功率IC行业概况分析

功率IC行业概况分析 一、 功率IC行业概况 1、功率IC市场规模 根据QYResearch测算，2021年全球PWM控制IC的市场规模为46．23亿美元，预计2028年将达到67．70亿美元，年化增长率为4．92%。2021年中国PWM控制IC的市场规模约为17．86亿美元，预计2028年将达到30．12亿美元，年化增长率达7．28%；其中中国高可靠领域PWM控制IC市场规模为4．55亿美元，预计2028年将达到7．61亿美元，年化增长率达7．63%。 2021年全球栅极驱动IC市场规模为22．9亿美元，预计2025年将达到37．5亿美元，年化增长率达13．12%。国内栅极驱动IC的市场规模以及应用于高可靠领域的市场规模数据暂无公开资料，按照中国电源管理IC市场规模约占据全球约40%市场份额估算，2021年国内栅极驱动IC市场规模为9．2亿美元，预计2025年将达到15．0亿美元，中国高可靠领域栅极驱动IC的市场规模尚无公开数据。 2、功率IC竞争格局 高可靠领域电子元器件市场相对特殊，对供应商的各项资质、研发实力和质量管理体系有相当严格的要求，对产品的质量、可靠性和长期持续稳定供货能力更为关注。高可靠领域客户一般首先考虑向现有合格供应商采购，在现有合格供应商提供的产品无法满足需求时，才会委托新的供应商开发新产品，且新产品认证周期较长，因此国内高可靠领域功率IC产品的市场参与者均具有各自相对擅长的产品领域和较为稳定的下游订单需求，行业内市场化竞争程度较为温和。 3、功率IC产品的技术门槛 功率IC产品属于模拟IC的一种，在产品研发设计时需要在速度、功耗、增益、精度、电源电压、工艺、工作温度、噪声、面积等多种因素间进行考量。功率IC产品内部由多种功能模块电路构成，内部集成的功能模块有高精度低温漂的电压基准源、电流基准源、线性稳压器、高频振荡器、输出驱动模块及各种保护模块，需要充分考虑噪声、串扰等在各功能模块间的影响，每个功能模块电路均会影响到功率IC的性能指标，影响功率IC产品的研发速度和成功率，版图的布局布线的复杂度较高。因此对于功率IC设计企业来讲，需要相对专业资深的设计团队，不断进行功能模块IP电路的验证和储备，才能打磨出高性能的功率IC产品。 功率IC产品集成了低压CMOS、中压CMOS、高压CMOS、LDMOS、双极器件、各种阻容等多种器件，需采用高压BCD工艺来进行设计研发。由于功率IC产品的市场需求多样，晶圆代工厂提供的BCD工艺平台往往无法完全满足产品设计的要求，因此IC设计企业需同时具备工艺和器件的研发能力，能够针对线路设计过程中的需求开发功率IC产品所需要的工艺平台。高压BCD工艺层次多，器件结构复杂，对功率IC产品研发提出较高的要求。 PWM控制IC可用于AC-DC或隔离式DC-DC开关电源模块。为满足不同应用场景的性能指标要求，开关电源模块的拓扑结构较多，可以分为反激、正激、推挽、半桥、全桥、移相全桥等，针对不同功率的应用场景需采用不同的拓扑结构，不同拓扑结构的研发难度亦有所不同。面对多样化的下游需求，设计企业需具备较多PWM控制IC拓扑结构研发能力和对应的工艺平台开发能力。 开关频率的高低影响到开关电源系统的功率密度。开关频率高，则可以减小磁性元件、容性元件等无源器件的尺寸和体积，从而降低电源系统的重量和体积，但系统体积减小，则带来热管理问题。因此在提高开关频率的同时，还要确保系统高的工作效率，降低热损耗。 栅极驱动IC内部电路工作在100~600V的高压下，产品损耗和传输延时之间呈现负相关关系，即传输延迟越小，损耗越大，限制了产品的工作频率。因此，栅极驱动IC需解决如何在高工作频率、低损耗的前提下，实现低传输延迟。 电机驱动系统需在极强扭矩的场合下工作，因此栅极驱动IC需保证在短时间内能够工作在100%占空比下，使高边功率器件持续导通，输出强功率，对栅极驱动IC的线路设计提出较高的要求。 栅极驱动IC的高边电路的地电平为浮地，该电平会在负电平、零电压电平和高压驱动母线电平之间来回跳变，在浮地电平跳变过程中，驱动IC的电平位移电路和驱动输出电路需具有高的抗dv/dt和负压能力，保证输出信号的正确性，这就要求研发团队兼具版图设计和工艺平台开发的能力。 二、 功率半导体行业产业链剖析：产业链中游工艺复杂，全球生态分工明确 功率半导体产业链上游主要是原材料及设备供应环节，包括晶圆、光刻机、引线框架、宽禁带材料及其他辅助材料的供应;功率半导体产业链中游主要是芯片制造设计封装的生产制造环节，包括功率半导体分立器件和功率模块;功率半导体产业链下游的应用市场涵盖不同领域的电子电器应用环节，包括消费电子家用电器领域、工业控制网络通信领域、航空轨道交通领域以及从发电、输电到用电的整个流程。 三、 功率半导体行业前景 功率半导体是下游消费电子、新能源汽车等领域的刚需产品。在下游需求的持续带动以及相关政策的支持下，我国功率半导体行业规模将继续保持平稳增长，预计2027年市场规模达238亿美元。 根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）的分类，半导体产业可细分为四大领域：集成电路、分立器件、光电子器件和传感器。其中分立器件主要分为两类，一类是功率器件（包括模块），另一类是集成电路的功率IC。 IHS数据显示，2019年全球功率半导体市场规模达到403亿美元。从单个产品市场规模占比数据来看，功率IC与功率器件的总体市场规模占比基本持平，分别占比54%和46%。 中国是全球最主要的功率器件消费国，功率器件细分的主要产品在中国的市场份额均处于第一位。虽然国际大厂目前占据主要市场，但其高端产品价格高昂，无法满足国内迅速爆发的市场需求，空间十分广阔。 四、 中国功率半导体行业发展历程：行业处在突飞猛进阶段 功率半导体行业是电子产业发展的基础性产业，全球功率半导体行业发展起源于20世纪30年代的贝尔实验室，1938年，贝尔实验室的WalterSchottky以半导体与金属表面存在稳定的空间电荷区解释了金属半导体之间的非线性电流传输现象，肖特基二极管也因此得名。自此之后，全球功率半导体行业不断发展进步。相对于发达国家，中国的功率半导体行业发展起步相对较晚，其发展大致可划分以下为四个阶段：拓荒时代、本土联盟、结构性变革和。 五、 中国功率半导体行业发展现状分析 （一）中国功率半导体市场需求高景气，代表企业产品销量逐年增长 中国是全球功率半导体最大需求国，新能源光伏发展有望带动比重进一步提升。随着工业控制、通信和消费电子等核心下游不断往国内转移，中国已成长为全球最大的功率半导体需求国之一。功率半导体用于所有电力电子领域，应用范围涵盖电源管理、计算机及外设设备、通信、消费电子、汽车电子、工业控制等多个领域。传统市场成熟稳定且增速缓慢。行业发展主要依靠新兴领域如新能源汽车、可再生能源发电、变频家电等带来的巨大需求缺口。 整体来看，2018年以来，随着国内经济结构转型升级，物联网、新能源、新材料、节能环保和新一代通信网络等新兴行业强力发展，推动了我国电子制造产业快速回升，大大拉升了对上游功率半导体产品的需求。功率半导体代表性企业逐步扩大生产规模，随着公司与既有客户的合作关系日趋稳固，以及公司不断打开新的市场，产品销量同步呈不断提高的趋势。 自2020年下半年起，国内功率半导体需求呈现高景气特征，叠加产能不足因素，供求出现显著错配。自2020年11月以来，相关功率半导体龙头公司纷纷宣布提价。2021年2月，士兰微发布部分产品品类涨价通知，包括MOS类、IGBT、SBD、FRD、功率对管等。另外，瑞萨火灾等意外事件也使得本已紧张的全球产能更加吃紧。 （二）中国功率半导体行业进出口总额整体呈增长趋势，贸易逆差波动变化 近年来，我国功率半导体制造进出口贸易情况总体较好，2017-2021年进出口总额呈波动上升态势，2021年为309．44亿美元，较2020年增长27．88%。其中，进口金额为18．35亿美元，出口金额为12．59亿美元，贸易逆差为5．76亿美元。 从中国功率半导体行业进口来源地的金额占比来看，中国保税区、马来西亚、日本、菲律宾、台澎金马关税区、德国、韩国、匈牙利、泰国、墨西哥、马来西亚是我国功率半导体行业的前十大进口来源地，进口金额的占比分别为49．49%、11．43%、7．52%、5．90%、、5．75%、3．67%、3．44%、2．85%、2．47%、1．38%、0．44%。 从中国功率半导体制造行业出口地的金额占比来看，中国香港、新加坡、德国、台澎金马关税区、日本、美国、韩国、越南、印度、泰国是我国功率半导体制造行业的前十大出口地，出口金额占比分别为18．37%、12．91%、9．75%、5．19%、4．29%、3．26%、2．45%、2．21%、1．91%和1．81%。尤其是对中国香港的出口金额，占据了我国功率半导体制造行业出口金额的58．28%，是功率半导体行业的主要出口地。 （三）中国功率半导体市场规模波动变化 新能源汽车、风电、光伏等应用市场容量持续扩张，以及第三代半导体技术升级，推动功率半导体市场规模持续增长。根据Omdia数据，2018年全球功率器件市场规模约为481亿美元，年复合增长率达到9．1%，我国功率半导体市场规模达到183亿美元，占全球需求比例高达38%。2019年贸易摩擦干扰整体市场收入略微下降至177亿美元，2020年受疫情对终端需求短期的影响，根据Omdia的统计，中国功率半导体市场规模相对2019年同比下降2．8%左右至172亿美元。 2021年汽车、消费类电子等抑制性需求释放将带动功率半导体市场整体迎来复苏，随着疫情后企业复工复产有序开展，初步核算2021年中国功率半导体市场规模或反弹至183亿美元，同比增长6．3%。 六、 功率半导体产业分析 游生产厂商产业链中层面，国内功率半导体厂商基本为IDM模式，即具备从设计、制造到封装测试完整生产链，但绝大多数厂商只在二极管、低压MOS器件、晶闸管等相对低端器件的生产工艺方面较为成熟，对于IGBT等高端器件，国内只有极少数厂商拥有生产和封装能力，国内销售的高端功率器件产品仍然被美、日、欧厂商所主导。 下游几乎应用于所有的电子制造业。功率模组多用于新能源汽车、智能电网、轨道交通等各传统和新兴产业中的DC/AC逆变器、整流器、驱动控制电路方面。