功率IC产业发展前景预测与投资战略规划

功率IC产业发展前景预测与投资战略规划 一、 功率半导体行业概况 功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要是通过利用半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能，具体用途包括变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开关等。 功率半导体按照封装形式和集成化程度可分为功率分立器件、功率模组及功率IC。①功率半导体分立器件：指二极管、晶闸管等用于处理电能的器件，其本身在功能上不能再进行细分。②功率模块：由两个或两个以上半导体分立器件芯片按一定电路连接并进行模块化封装，主要应用于高压大电流场合，如新能源汽车主驱逆变、高铁/动车组等。③功率IC：指将高压功率器件与其控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在同一芯片的集成电路。 在功率器件中，晶体管份额最大，常见的晶体管主要有BJT、MOSFET和IGBT。①MOSFET：是金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，更适用于高频场景。②IGBT：是绝缘栅双极晶体管，是同时具备MOSFET的栅电极电压控制特性和BJT的低导通电阻特性的全控型功率半导体器件，更适用于高压场景。 二、 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。 三、 功率半导体行业现状 功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。近年来随着工业控制、通信和消费电子等核心下游产业发展，我国功率半导体需求逐渐增多，行业市场规模持续增长。据数据，2021年我国功率半导体市场规模达183亿美元左右，较上年同比增长6．3%。 2017年以来我国功率半导体进出口贸易市场情况良好，进出口总额呈增长态势。数据显示，2021年我国功率半导体进出口总额为3094424万美元，较上年同比增长27．9%；其中进口金额为1835061万美元，较上年同比增长27．4%，出口金额为1259363万美元，较上年同比增长27．4%，贸易逆差为1259363万美元。 从主要进出口地区看，我国功率半导体主要进口来源地为中国保税区、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，进口金额分别占比49．49%、11．43%、7．52%、5．90%、、5．75%、3．67%、3．44%、2．85%、2．47%、1．38%、0．44%。我国功率半导体主要出口至中国香港、新加坡、德国、台澎金马关税区、日本、美国、韩国、越南、印度、泰国，出口金额分别占比18．37%、12．91%、9．75%、5．19%、4．29%、3．26%、2．45%、2．21%、1．91%和1．81%。 四、 功率半导体产业链 功率半导体是处理较高电压的半导体器件，是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等，一般处理的电压范围在几十伏到几百伏之间。功率半导体产业链包括上游原材料，中游的芯片制造设计封装，以及下游的应用。功率半导体产业链上游原材料层面，与整体半导体产业相似，晶圆供应商在上游产业链中仍占据较大话语权。 全球范围来看，12寸晶圆产能是过去几年主流新建方向，8寸晶圆产能增长缓慢。在行业需求迅速回暖之时，功率器件代工供给资源更显紧张。在供需失衡情况下，晶圆代工成本及功率器件售价均呈现上涨趋势，行业有望迎来量价齐升。 五、 功率半导体下游应用领域 功率半导体的下游应用十分广阔，涉及电路控制和电能转换的产品，均离不开功率半导体的应用，功率半导体主要下游应用领域包括消费电子、工业控制、汽车电子、高可靠领域等。 以MOSFET为代表的功率器件在消费电子产品中具有广泛应用，根据Yole数据，2020年全球硅基MOSFET下游需求中，消费电子应用需求占比位居第一，市场规模达28亿美元。消费电子市场的景气度是影响MOSFET下游需求的重要因素之一。根据前瞻产业研究院和国金证券研究所数据，消费电子在功率器件下游应用中占比20%。 近年来中国消费电子产品的普及程度越来越高，人均消费电子设备保有量快速上升，促进了电子市场的快速发展。根据GfK相关数据，中国科技消费电子产品2020年市场规模为2．08万亿元，预计2022年将达2．36万亿元。消费电子市场的快速增长，有力地拉动了对功率半导体产品的需求。 功率半导体产品已广泛用于变频器、逆变器、数据中心、通讯电源等产品。近年来，随着智能制造的趋势不断加深，工厂的智能化生产制造、智能仓储等的升级改造成为工业领域功率半导体的增长驱动力之一。以动力控制为例，根据中信建投证券研究所相关报告，传统工业电机消耗了全球45%的能源，而采用IPM模块的变频驱动电机可降低60%的能耗，这种交流感应驱动电机向变频驱动电机的升级可带来单机40美元的功率半导体产品市场增量。根据网数据，全球工业功率半导体的市场规模2020年达125亿美元，2016年至2020年的复合增长率为8．56%。 近年来，汽车行业呈现出电动化智能化和网联化的特点。新能源汽车的兴起，尤其是众多国内造车新势力品牌的发展壮大，一定程度打破了原有的汽车电子供应链格局，为国内功率半导体厂商加速进入汽车电子产业链提供了良好机遇。相较传统汽车，功率半导体器件在新能源汽车中应用数量更多，单车应用金额更高。栅极驱动IC、MOSFET、IGBT等功率半导体产品已广泛应用于电池管理系统（BMS）、电驱系统、电动制动系统等众多涉及电力管理、能量转换的功能单元中。伴随着新能源汽车的兴起，预计全球汽车功率半导体市场也将持续蓬勃发展。 功率半导体还广泛应用于国家战略需求等高可靠领域。该领域对功率半导体的产品质量要求高于其他应用领域，对相关功率半导体企业的研发能力、技术水平、工艺水平、供货稳定性等提出了更高的要求。近年来，国际经济形势存在一定不确定性，国际贸易摩擦频发、外国对我国半导体产业采取诸多限制措施。在此背景下，国家出台了众多产业政策，积极推动我国半导体产业链的自主可控，半导体芯片进程加速，为国内功率半导体厂商提供了良好的发展机遇。 六、 功率半导体行业概述 根据《功率半导体分立器件产业及标准化白皮书（2019版）》，功率半导体按器件集成度可以分为功率器件和功率IC两大类。功率器件包括二极管、晶体管和晶闸管三大类，其中晶体管市场份额最大，常见的晶体管主要包括MOSFET、IGBT、BJT等。功率IC是指将高压功率器件与其控制电路、外围接口电路及各种保护电路等集成于同一芯片的集成电路，是系统信号处理部分和执行部分的桥梁。 （一）功率半导体市场规模 功率半导体的应用十分广阔，涉及电路控制和电能转换的产品均离不开功率半导体的使用。根据Omdia的数据及预测，2021年全球功率半导体市场规模为462亿美元（主要包括功率器件、功率IC和功率模组），预计2024年将达到522亿美元。 中国的功率半导体行业在国家相关政策支持、加速及资本推动等因素合力下，取得了长足的进步与发展。根据Omdia数据及预测，2021年中国功率半导体市场规模为182亿美元，预计2024年将达206亿美元，中国作为全球最大的功率半导体市场，发展前景十分广阔。 （二）功率器件市场 功率半导体主要可分为功率器件和功率IC两大类。根据Omdia数据，2020年全球功率器件市场规模约为149．82亿美元。随着各个领域对功率器件的电压和工作频率要求逐渐提升，能较好满足该需求的MOSFET等功率器件产品成为了功率器件的主流产品。根据Omdia数据，2020年全球MOSFET器件市场规模为80．8亿美元，在所有功率器件类别中占比最高，占比达53．90%，且增速与功率器件总体增速接近，需求保持稳定增长。 （三）MOSFET细分市场的情况 MOSFET全称为金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种广泛应用于模拟电路与数字电路的场效晶体管，用于将输入电压的变化转化为输出电流的变化，可实现开关和信号放大等功能，与双极型晶体管（BipolarJunctionTransistor，也称BJT、三极管）和绝缘栅双极晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，也称IGBT）同属于晶体管领域。MOSFET具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等特性，应用于包括通信、消费电子、汽车电子、工业控制在内的众多领域。 根据芯谋研究（ICwise）数据，2021年全球MOSFET市场规模为113．2亿美元，预计2025年将增长至150．5亿美元，年化复合增长率达7．4%。全球MOSFET市场规模预计将保持稳定扩张，市场前景广阔。 2021年中国MOSFET市场规模约为46．6亿美元，占全球市场的41%。预计2025年中国MOSFET市场规模将增长至64．7亿美元，年化复合增长率为8．5%，增速高于全球市场增速。 MOSFET和IGBT同属于功率器件大类下的晶体管产品。与BJT相比，MOSFET可在低电流和低电压条件下工作，也可用于大电流开关电路和高频高速电路，应用场景更为广泛；MOSFET具有易于驱动、输入阻抗高、开关速度快、导通内阻小等特点，结构较BJT更为复杂；部分MOSFET可将源极和漏极互换运用，栅极可正可负，灵活性较BJT更优。IGBT兼具BJT的高耐压和MOSFET输入阻抗高的特性，适用于高电压、大电流场合。 根据工作电压划分，以400V为分界，MOSFET可分为高压MOSFET和中低压MOSFET；根据器件结构划分，MOSFET可分为平面MOSFET、沟槽型MOSFET、超结MOSFET等。 根据芯谋研究，2021年全球平面MOSFET的市场规模约为20．8亿美元，预计2025年可增长至30．2亿美元；2021年全球沟槽型MOSFET的市场规模约为19．0亿美元，预计2025年可增长至23．9亿美元；2021年全球超结MOSFET的市场规模约为6．8亿美元，预计2025年可增长至10．7亿美元。整体来看，未来三类MOSFET的市场规模均将继续增长，三类MOSFET共存于市场。 国产化率方面，整体来看高压MOSFET的国产化率低于中低压产品。根据芯谋研究，2021年中低压平面（400V以下）MOSFET的国产化率约为42．2%，高压平面MOSFET的国产化率约为29．9%，超高压平面MOSFET的国产化率约为18．2%。 MOSFET的主要技术发展维度包括器件结构、制程、工艺、材料等多个方面，MOSFET的发展不高度依赖于先进制程工艺，更侧重于打造特色平台，在结构、工艺及材料方面不断优化。 基于MOSFET不追求极致线宽、不必遵循摩尔定律的技术发展特点，MOSFET产品的整体研发方向为：在考虑成本因素的前提下，进一步优化工艺以提升良率、改进优化器件参数，达到性能、成本、可靠性的最优解。具体来看，三类MOSFET的研发难度各有侧重；平面MOSFET偏重于设计和工艺的结合，沟槽型MOSFET和超结MOSFET偏重于实现工艺，对设备精度的依赖性更高。 三类MOSFET均可应用于消费电子、工业控制等领域，以消费电子代表性品类智能家居产品为例，根据StrategyAnalytics数据，拥有一件以上智能家居产品的家庭比例将由2021年的1