【华鑫证券】功率半导体行业专题报告：行至功率周期底部，静待下游复苏云起.pdf

2024-03-15

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功率半导体：电能转换的载体

功率半导体：功率分立器件与电源管理IC 的集合

功率半导体是以电能转换为核心的半导体器件，通过对电流与电压进行调控实现电能在系统中的形式转换与传输分配，其作用近似于人体的血液循环系统，将调整后的电能输送到对应的用电终端，为系统运行提供基础保障。在以电供能的基础上，传感器将外界光、声音、压力和温度等物理量转换为电信号，通过模拟信号链芯片将电信号转换为数字信号给数字芯片进行计算处理并指导各部分芯片进行功能实现。

功率半导体包含分立器件及电源管理芯片且细分种类繁多，预计2022 年总市场规模约为 543 亿美元。功率半导体由分立功率器件与电源管理芯片组成；根据OMDIA 与 Yole 数据，2022 年全球功率半导体（含功率器件及电源管理芯片）市场规模约为 543 亿美元，占半导体市场 9%；其中分立功率器件281 亿美元，电源管理芯片 262 亿美元。尽管功率半导体市场规模远小于数字芯片市场规模，但作为电子系统底层能量流的核心，功率半导体是电子系统正常运行的基础。

功率器件：快速的电子“开关”

功率器件是快速的电子“开关”，通过切换“开”与“关”状态配合其驱动电路实现电流与电压状态的改变。其开关内部各功能的联系及交互影响决定了开关的特性，最终可实现直流-直流\交流-交流电压高低、电流频率及电流方向（整流\逆变）的改变，并应用于稳压器、变频器、逆变器、整流器及DC-DC 电源中。

功率器件包括二极管、晶闸管及晶体管等品类，其中晶体管包括双极型（BJT）、场效应型如 MOSFET 及绝缘栅型如 IGBT 等器件。总体可按可控性、驱动方式及载流子类型等维度进行分类。

二极管：二极管是由 PN 结或肖特基结(金属-半导体)构成的元件，具备单向特性即电流流动（正向）或不流动（反向）取决于施加电压的方向，以实现交流电整流的功能。根据其应用电压范围及结构可分为整流二极管、快恢复二极管、TVS 二极管及肖特基二极管等。

晶闸管：由 PNPN 四层半导体组成；当晶闸管接入正向电压并产生足够大的电流时，晶闸管就可导通，由于一旦导通后门极失效，因而为半控型器件。由于其没有导通和关断之间的放大区，因此通态内阻最小，发热最少，承受过电流能力极强且耐高压，可直接用于控制交流电。

晶体管：由三个端子组成的器件，可通过控制三端的电流或电压实现器件的导通或关断，包括双极型（BJT）、场效应型如 MOSFET 及绝缘栅型如IGBT等器件：（1）BJT（Bipolar Transistor）即双极晶体管，具有电流放大的功能，可以将小信号转换成大信号。当小电流（IB）从基极流向发射极时，IB×hFE（直流电流增益）的电流从集电极流向发射极。BJTs 有两种类型：NPN 型和PNP 型,NPN型包括低耐受电压到高耐受电压产品；PNP 型主要为耐受电压为400V 或以下的产品。（2）MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）即金属-氧化物半导体场效应晶体管：通过控制漏极和源极、栅极与源极之间的电压，可使得电子在器件中形成“沟道”，实现器件的导通；通过调节电压的大小可以控制导通电流大小，最终实现“开”与“关”的切换。由于其为单极型器件，开关性能佳，适用于低电流密度和大约 100kHz 的开关电源。（3）IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）即绝缘栅双极型晶体管：作为 MOSFET 和 BJT 组成的复合功率半导体器件，其工作原理与MOSFET 类似。既具备了 MOSFET 输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度快的优势，也具备了 BJT 通态电流大、通电压低、损耗小等优点,解决了MOSFET 高压情况下电流不能太大的问题，适用于高电流密度和 20kHz 以下的交流驱动条件下工作。

以电为能量来源的下游应用均需用到功率器件。一方面，新能源应用增加，电网、光伏、风电、储能、新能源汽车均需用到功率器件且集中于中高功率段，器件以IGBT、SiC 器件及大功率晶闸管为主，对器件可靠性与热管理要求较高。另一方面，工业自动化（电机、UPS）、数据中心等场景对用电效率提升的要求催生了中功率段功率器件如 IGBT、中高压 MOSFET 的应用，对器件集成度、可靠性及热管理均提出了要求。此外，在消费电子、电源等低功率应用中，硅基和GaN基功率器件均有应用，该类应用对器件的紧凑性和集成度提出了较高要求。

功率器件制造流程包括硅晶圆-外延-芯片制造-封装：(1)衬底：通过区熔（CZ）法和直拉（FZ）法得到单晶硅，并通过切割抛光后获得器件衬底（晶圆）；(2)根据器件结构进行外延、薄膜沉积、光刻、刻蚀和离子注入-扩散等多道工艺获得裸芯片晶圆；(3)裸露的芯片需要封装进一个外壳里并填充绝缘材料，再把芯片电极引到外部制成完整的功率器件产品，外壳中有一颗芯片的为单管产品，有多颗芯片电气互连并包含散热通道、连接接口和绝缘保护等单元的为模块产品，其封装方式根据应用工况不同而有所区别；最后，再将封装好的单管或模块等器件产品应用到逆变器等电源系统中。

功率器件行业特点与竞争要素

制造为先，IDM 为长远发展趋势

前道工艺是功率器件芯片性能的决定性因素。在集成电路中，模拟芯片是晶体管、电阻和电容等元件的有机组合，逻辑芯片是晶体管的堆叠与排列，其芯片功能差异主要来源于 IC 设计，因此包括芯片架构、IP、指令集、设计流程和设计软件工具等在内的设计环节是芯片附加值的核心。与集成电路不同，功率器件的功能实现及差异化来源于不同的器件结构，而器件结构需通过前道制造工艺实现的，制造工艺好坏直接决定了芯片的电子传输等性能表现。因此，为掌握核心工艺环节，全球功率器件龙头制造商多以 IDM 模式为主。

后道封装是保证器件可靠性的关键环节。功率半导体器件是电系统工作的关键，因此产品可靠性是核心参数。通常功率器件要根据应用的实际工况对芯片进行定制化封装以保证其在使用中的可靠性；特别是在工业、汽车等对产品耐压、耐温、耐冲击等可靠性要求较高的应用领域，产品形式以模块为主，厂商需对模块进行热管理、电磁干扰（EMI）等方面进行合理设计以保证多个芯片有机组合进行功能实现，因此在高可靠性 IGBT 模块中，封装环节成本占比可超30%。

单管拉开芯片差距，模块建立客户粘性

应用场景定义器件类型，器件性能定义芯片参数。应用端的个性化需求主要是对芯片特性及模块的电路结构、拓扑结构、外形和接口控制等的设计要求。以汽车主逆变器为例，大功率主驱动通常需要用到多个芯片并联，若使用单管多个并联，管之间电流均流和平衡、同时开断等难度大，且接口较多；通过芯片互连配合保护元件具备较好一致性及稳定性的功率模块成为主流选择。而模块根据汽车工况对耐高温、耐腐蚀、抗氧化及机械振动的要求进行定制化设计，据此再对芯片的动态性能、结温等方面提出要求，并通过制造工艺进行实现。

单管依靠芯片技术拉开差距，模块依靠定制化设计建立客户黏性。单管产品封装形式标准化，以规模化生产为主，产品竞争力来源于芯片结构优化、性能提升以及芯片面积减小带来的成本降低。模块产品是基于应用的定制化产品，而应用系统电路拓扑及空间设计亦均基于模块的电性能、热管理与外部尺寸等参数，因此，模块是与客户建立长期合作关系的桥梁。在此过程中，器件厂商不仅需要芯片设计团队还需要培养强大的应用团队，能快速、准确地理解客户的个性化需求，并将这种需求转化成产品要求进行模块开发，再反馈到芯片端进行对应的设计开发。

差异化 vs.标准化、高性能与可靠性：器件制造商与集成商的差异化考量

功率产品生命周期长且迭代慢，差异化器件产品铸就芯片制造商核心竞争力。功率器件迭代升级的驱动力来源于下游用电量的提升及低功耗的应用需求，可靠耐用的应用要求决定了其产品生命周期长，因此自 20 世纪50 年代功率二极管、功率三极管面世至今功率器件迭代速度较慢。每代产品源于应用的新增要求，故各类型器件非绝对替代关系，而是各有分工和部分竞争的关系。在此过程中，功率器件制造商可通过器件结构设计提升产品性能，减小芯片面积降低制造成本，模块定制化打造差异性，最终实现利润空间与行业壁垒的提升。

可靠性为先，“标准化”产品是系统集成商降低供应链成本的需求。考虑系统故障带来的售后成本，系统集成商将产品可靠性作为首要考量。以高压应用为例，在部分系统设计时会降低单个芯片性能要求，优先考虑选用结构简单面积较大的平面型器件以保证芯片的耐压裕量及散热水平。同时，为降低成本及开发时间，集成商会采用“平台”方式开发(如汽车)，故功率器件产品需在集成商内部有一定通用性且有多家可替换的供应商。在此背景下，功率器件厂商倾向于争取做第一供应商，引领模块参数及器件设计“标准”形成，铸就护城河；对于后进入者，则选择对标“一供”性能，以提升性价比作为主要发力点来赢得更多市场份额。

发展趋势：高效率、高可靠性、低成本与新材料

芯片向着高效率、低成本的器件结构发展

功率器件是电能传输效率的关键，产品向着高转换效率、高功率密度即小体积方向发展，相应地，芯片向着结构优化以提升传输效率、减小芯片面积以降低成本的方向不断演进。以英飞凌 IGBT 产品为例，7 代产品围绕器件的电场分布、结温、短路能力等参数进行结构的设计优化，其中 3/4/7 代器件实现了变革性的技术突破：IGBT3通过背面注入了一个掺杂浓度略高于 N-衬底的 N 缓冲层，使得电场强度可迅速降低，整体电场呈梯形且漂移区厚度减小，实现了器件关断时拖尾电流及损耗（低导通压降）的降低。IGBT4 则通过薄晶圆及优化背面结构，进一步降低了开关损耗，提升了器件输出电流的能力。IGBT7 则是增加了多种形式沟槽，综合各沟槽形式的优点，使得器件性能显著提升。此外，沟槽结构使得芯片面积不断减小，在功率密度提升的同时降低了芯片成本。

封装形式向着高可靠性和高集成度方向发展

单管封装向小体积方向发展，模块封装向高可靠性发展。在汽车、工业等温度变化大、振动等动态工况复杂的场景中，模块是保证系统稳定运行的关键。为提升可靠性，未来模块将向着优化组合装配和连接技术、提高抗温度和负载变化的可靠性、改善散热效果、通过改善外壳和灌注材料和配方来提高抗气候变化的适应性、优化内部连接和外部配件布线、提高功率模块的集成度以降低系统成本的方向发展。

制造工艺向 12 英寸拓展

功率器件应用场景逐渐丰富，12 英寸产线可用于生产的需求较大的中低压器件以提升单位产量。晶圆面积增加单位晶圆产出芯片量提升，芯片成本降低，因此，功率器件龙头厂商均布局了 12 英寸产线，将用量较大的中低压功率器件放于12英寸线上生产。此外，由于 12 英寸硅片仅能用直拉法（CZ）生产，因此需要区熔法（FZ）硅片的中高功率器件还是以 8 英寸及以下产线为主。

相比 8 英寸产线，12 英寸线设备更易购买且具备成本优势，芯片数量翻倍，前道成本将降低 20%-30%左右。一条 12 英寸线建设需经历厂房建设、设备安装及验证，投产后还需进行洗线，从简单工艺平台到复杂工艺平台进行调试并达到稳定生产状态，需要 2 年以上的时间。

大功率应用向宽禁带半导体器件发展

随着终端应用电子架构复杂程度提升，硅基器件物理极限无法满足部分高压、高温、高频及低功耗的应用要求，具备热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速率高等特点的碳化硅（SiC）器件作为功率器件材料端的技术迭代产品出现，应用于新能源汽车、光伏等领域，在电力电子设备中实现对电能的高效管理。以逆变器为例，碳化硅模块代替硅基 IGBT 后，逆变器输出功率可增至硅基系统的2.5倍，体积缩小 1.5 倍，功率密度为原有 3.6 倍，最终实现系统成本整体降低。

全球格局渐稳，新能源触发新一轮变革

历经整合洗牌，行业格局渐清晰

回顾功率半导体行业历史，市场需求驱动力来源于用电场景的变化，从消费电子外延至高铁、变频白电、工控及新能源。我们以英飞凌、安森美、意法半导体三大功率器件厂商营收增速及各公司年报为参考对行业增长动因进行剖析：2013年前，功率器件需求来源集中在消费电子、传统汽车、照明等领域，2013年-2015年随亚洲光伏设施扩建，高铁快速发展为中高压功率器件如IGBT 带来了应用场景及需求；而后 2016 年后由于对工业用电效率提升及家电功耗降低的要求，“变频化”成为了此阶段功率半导体的新增动能，IPM 等模块产品大量开始应用。自2020年开始，新能源发电与新能源汽车从试点、推广向需求驱动阶段转变，用电场景大幅增加，功率半导体进入景气长周期。

市场集中度不高，第一大厂商市占率不到 20%。从CR5 的集中度及各厂商市占率看，2014 年前功率半导体市场集中度较低，各家市占率接近，在经历2010-2013年的下行周期后，2014-2016 年行业进入并购整合期，行业集中度大幅提升：2015年英飞凌完成美国国际整流器公司(IR)的并购，收购韩国企业LS Power Semitech的所有股权、收购专注于驾驶辅助系统的 PCB 制造商Schweizer ElectronicandTTTech 的股权，NXP freescale 合并，安森美半导体(On Semiconductor)宣布并购仙童半导体(Fairchild)，行业重整后龙头效应凸显，CR5 稳定格局已成。进入 2019 年各家开始新一轮并购，CR5 格局至今保持稳定：Diodes 宣布收购德州仪器晶圆制造厂 GFAB，英飞凌收购赛普拉斯提升汽车半导体市占率，罗姆宣布收购松下半导体的二极管和三极管业务以扩充汽车、工业市场份额，安森美半导体宣布以 4.3 亿美元收购格芯位于美国纽约州的300mm 晶圆厂获取格芯先进的CMOS、MOSFET 和 IGBT 制造能力，瑞萨以 67 亿美元收购IDT。

碳化硅引领行业增速，汽车、新能源与工控驱动行业增长

2021-2025 年全球功率器件市场将由 259 亿美元增至357 亿美元，年复合增速约为 8.4%。其中，宽禁带半导体如碳化硅、氮化镓市场增速最快均超40%，结合Omdia、Yole 数据，我们测算 25 年全球碳化硅器件市场将达43 亿美元（占12%）；IGBT为最主要器件，受益于汽车、新能源等新增应用，市场规模将从21 年9.7亿美元快速增至 136 亿美元（占 38%），年复合增速约为12.8%；MOSFET 消费类应用等存量市场下降而汽车、新能源等新增应用增长，市场基本保持稳定，25 年市场规模约为 104 亿美元（占 29%）。

2025 年汽车和工控将成为功率器件最主要市场，占比达41%和30%。结合Omdia、Yole 数据，我们测算 2025 年全球汽车（含新能源汽车）功率器件市场将增至142亿美元(占 41%)，21-25 年复合增速最快为 18%，工控市场将增至107 亿美元(占30%)，21-25 年复合增速为 13%，新能源发电市场将增至20 亿美元(占6%)，21-25年复合增速达 13%；此外，电网市场将增至 8 亿美元(占2%)，21-25 年复合增速达 19%.

新能源汽车中电能取代燃油成为汽车驱动的能量来源，每次电流电压的变换均需用到功率器件。“三电系统”即电池、电机及电控系统取代汽油发动机、油箱或变速器；同时，配套新增 DC-DC 模块、电机控制系统、电池管理系统及高压电路等系统以完成电能在汽车中的分配与管理。以纯电动汽车为例，在驱动端，电流依次经外部充电设备、车载充电机 OBC（输入为交流电流时使用）、电池、逆变器、电机电控、减速箱及车轮，同时通过电池管理系统进行能量管理；在车身及辅助系统端，电流从电池处流出，经过 DC-DC 转换器、低压电池、辅助系统。

汽车电动化加速，功率器件单车价值量最多将增至700 美金以上。根据英飞凌汽车事业部数据，汽车电动化和智能化芯片市场未来五年将分别以22%和21%的复合增速快速增长，21 年纯电动汽车功率器件单车价值量约450 美元，其中主逆变器占 70%，车载充电器（OBC）、BMS 及 DC-DC 电源等系统占30%。随着自动驾驶、汽车功率提升、碳化硅及氮化镓加速渗透，25 年纯电动汽车功率器件单车价值量将约 700 美元。

工业电机及其控制系统的用电量将增至全球耗电量的一半，其中通用变频器占60%。根据英飞凌数据，预计到 2040 年工业电机系统中电机耗电量将占60%。全球工业驱动市场高压电机变频器（>1kV）占 9%；中低电压驱动（<1kV）占91%，其中约三分之二为通用型占 60%，包括风机、泵类和空气压缩机及升降、起重电机和船舶驱动等领域；约三分之一为伺服驱动，包括协作机器人、物流机器人等。以协作机器人为例，其单机半导体价值量达 350 欧元，其中功率器件约200欧元。

新能源发电带来电网架构变革，光伏、风电、储能及新型电网均为功率器件应用增量。随着光伏、风电及储能等新型直流装备将接入配电网，配电网的整体架构随之发生变化。直流设备接入交流电网再以直流或交流的形式分配于储能设备中，每次电能变换均需用到功率器件。根据英飞凌数据，光伏、风电与储能的逆变器等配电装置单位 MW 的功率器件价值量分别在 2000-3500、2000-5000、2500-3500欧元左右。此外，由于配电网遭受的扰动类型会明显增加，电网中将有越来越多的如中高压大容量 AC-DC 换流器、DC-DC 直流变压器以及直流断路器等装置，对应地 IGBT 等中高压功率器件用量将大幅增加。

家电变频化带来半导体单机价值量提升，白电 IPM 模块国产化空间大。根据英飞凌数据，随着家用空调、商用空调、冰箱、洗衣机和热泵的变频化，变速电机的应用使得半导体单机价值量由 0.7 欧元提升至 9.5 欧元。其中，IPM 模块、IGBT等功率半导体大量应用于变频白电中以实现电流频率的变化。根据产业在线统计，尽管中国已成为全球最大的白色家电生产基地，其中空调占全球80%的产能，冰箱和洗衣机亦超 50%，然而家电 IPM 模块国产比例仍小于15%，国产化空间较大。

碳化硅为增速最快的功率器件 21-25 年 CAGR 42%，预计25 年全球碳化硅器件市场将超 43 亿美元。与 Si 相比，SiC 击穿场强是 Si 的10 倍，这意味着同样电压等级 SiC MOSFET 外延层厚度只需要 Si 的十分之一，对应漂移区阻抗大大降低；且 SiC 禁带宽度是 Si 的 3 倍，导电能力更强。同时，SiC 热导率及熔点非常高，是 Si 的 2-3 倍；SiC 电子饱和速度是 Si 的 2-3 倍，能够实现10 倍的工作频率；因此与 IGBT 相比，SiC 器件开关损耗最多可减少 74%。

结合 Yole 数据，我们预计 SiC 器件市场将从 2021 年10.9 亿美元增至2025年43亿美元以上，复合增速达 42%。其中，新能源汽车将从2021 年6.7 亿增至2025年 34 亿美元，复合增速 51%，占整个市场 80%。除汽车外，光伏、风电及储能等新能源市场将从 2021 年 1.54 亿美元增加至 2025 年5.14 亿美元，此外，充电设施、轨道交通和电机驱动等领域也将快速增加。

存量替代与增量渗透驱动中国企业快速成长

中国企业份额提升迅速，产品结构不断升级

2021 年亚太地区占全球功率半导体市场的 74.3%，其中中国厂商成长迅速。根据Yole 数据，亚太地区在全球功率半导体市场的占比由2020 年71.4%增加到2021年的 74.3%。中国企业在各细分市场成长迅速：2021 年全球IGBT 分立器件市场，士兰微市占率 3.5%(位列第八)；在智能功率模块 IPM(Intelligent PowerModule)领域，士兰微市占率 2.2%(位列第八)，华微电子市占率1.0%(位列第十)；在IGBT模块领域，斯达半导市占率 3.0%(位列第六)，时代电气市占率2.0%(位列第十)；在 MOSFET 分立器件领域，华润微市占率 4.0%(位列第八)，安世半导体市占率3.7%(位列第九)，士兰微市占率 3.0%(位列第十)。

我国的功率半导体以低门槛细分应用为起点，逐步向技术实现较难的应用领域发展，并随新能源头部厂商出海逐步走向国际化。随着各公司技术边界的拓宽，产品形式逐步从单品替代阶段向解决方案发展；在行业缺货叠加新能源领域渗透加速的催化下，从部分低价值量且技术门槛较低的消费、家电及低端工控如焊机等领域逐步向验证壁垒较高的高端工控、光伏及新能源汽车高端模块等领域进行突破。此外，在供应链环境多变的背景下，国内下游应用厂商国产化意愿增强，光伏、储能及新能源汽车等新兴领域国产化率大幅提升。

以新能源汽车为例，作为增量市场，乘用车功率 IGBT 模块国产化率已迅速提升至 50%以上。根据 NE 时代数据，我国 22 年前三季度新能源上险乘用车主驱IGBT方案中国产供应商合计占比 54%。其中比亚迪半导体搭载约69.9 万套（占23%），斯达半导约 54.3 万套（占 18%），时代电气约 41.1 万套（占13%），预计国产化率将随各家产能释放环比提升。

IDM or Fabless？存量与增量的博弈

我国功率半导体仍处于单品替代阶段，代工平台工艺仍领先，IDM 优势体现尚需时日。我国功率半导体发展仍处于早期阶段，IGBT、超结MOS 等中高端器件国产化率仍较低，处单品替代阶段。20 年下半年行业缺货、新能源加速渗透以及国际环境变化等多因素催化下，汽车、光伏等新能源应用为国产功率厂商提供验证机会，国产化率提升迅速；而工控、光伏模块等存量或高技术门槛领域国产化率仍较低，IDM 多品类规模化优势仍不明显。此外，由于我国特色工艺代工平台如华虹等技术积累深厚，国内 IDM 厂商工艺仍处于追赶阶段，技术迭代优势需在更长的时间维度内才能体现。

特色工艺代工厂扩产持续，Fabless 与 IDM 界限渐模糊。与全球功率半导体IDM为主的产能格局不同，我国特色工艺代工厂在政策及市场双重驱动下迅速成长。通过对国内可用于生产 MOSFET\IGBT 的主要代工厂及代表性IDM 厂商产能增量进行梳理，我们预计 21-25 年我国特色工艺代工产能增速将高于IDM 的产能增速，以华虹、积塔半导体、中芯集成为代表的代工平台在产能与工艺成熟度上均具备竞争力，头部设计公司近几年内产能相对充裕且工艺平台较成熟，短期内与IDM的界限将逐步模糊、差异化竞争尚不显著。

22 年前三季度功率半导体整体保持加速增长

回顾 22 年前三季度，我国主要功率半导体上市公司合计营收同比增长20.7%至373.13 亿元，合计归母净利润同比增加 26%至 69.37 亿元。3Q22 功率半导体板块合计营收同比上升 16.00%、环比增长 1.8%至 133.1 亿元，合计归母净利润同比增加 12%、环比下降 0.48%至 24.7 亿元。功率半导体整体景气持续，自2Q22部分公司出现业绩分化，主要系：1)手机、家电等消费终端产品需求受到疫情、通胀等因素压制；2)新能源汽车、光伏、储能等新能源需求持续增加。

3Q22 功率半导体板块利润率同比、环比回落，存货周转天数、应收账款周转天数环比小幅下降。功率半导体板块 3Q22 毛利率同比下降3.62pct、环比下降2.1pct至 30.9%，其中除斯达半导、东微半导外均同环比回落；3Q22 净利率同比下降3.18pct、环比下降 2.3pct 至 16.8%。3Q22 功率半导体板块存货周转天数同比增加 13.36 天、环比下降 1.67 天至 117.16 天；应收账款周转天数同比减少2.62天、环比下降 2.19 天至 86.42 天。

根据 IC insights 数据，预计 22 年全球功率分立器件的销售额将同比增长11%，达到 245 亿美元，实现连续六年增长，创历史新高。在汽车及工业的拉动下，分立器件平均销售价格涨幅创十年新高，22 年同比增速达11%。预计23 年随全球经济增长放缓以及缺货情况缓解，预计收入将下降 2%至240 亿美元，从24年开始进入另一个增长周期。

中国主要功率半导体公司分析

斯达半导

斯达半导是我国 IGBT 的龙头企业，2021 年全球 IGBT 模块市场市占率排名第六（市占率 3.0%），国内 IGBT 模块市场份额第一。公司产品主要应用于工业控制、新能源及白色变频家电等领域。2017-2021 年公司营业收入年均复合增长率40.5%；扣非归母净利润年均复合增长率 65.5%；在产品技术升级及应用结构优化的驱动下，公司毛利率从 2017 年的 30.60%提升至 1H22 的40.89%，盈利能力持续增强。

公司产品应用逐年向新能源汽车、光伏、储能和风力发电等新能源领域转移，工控端向大客户方向发展。新能源行业营收占比由 17 年 15%增至1H22 的47%。其中，1H22公司新能源汽车 IGBT 模块合计配套超过 50 万辆新能源汽车，SiC MOSFET 模块已开始批量装车应用；预计 23 年公司新能源汽车市场份额随定点车型放量进一步提升。此外，公司 IGBT 单管已成为光伏逆变器和储能变流器主要供应商，IGBT 模块在光伏电站和储能系统中开始批量应用，预计 23 年随集中式电站及储能需求增加快速增长。

公司在 Fabless 模式基础上，通过自建产线补充产品类型，拓宽未来增长空间。公司中低压 IGBT 等芯片一直与国内技术领先的代工平台长期合作，并进行产品技术的迭代升级；在此基础上，公司自建 6 英寸高压功率芯片产线将IGBT产品向3300V 以上的电网、轨交和风电等应用拓展，碳化硅芯片产线作为从模块到芯片产品逐步发展的衔接为未来碳化硅行业加速期做好产能端的准备。

士兰微

士兰微是国内最早的 IDM 厂商之一，从国内首条 5/6 英寸线、8 英寸线到12英寸特色工艺线，公司始终保持行业领先，形成了包括化合物半导体在内，从外延、芯片设计与制造到封装的垂直整合模式，公司产品涵盖功率半导体、模拟芯片及LED 等领域。近 5 年公司快速成长，2017-2021 年公司营业收入年均复合增长率27.3%；扣非归母净利润年均复合增长率 73.5%。

公司在功率器件业务保持领先，IGBT、MOSFET 分立器件及IPM 模块均为全球前十。21 年公司 MOSFET 全球市占率达 3.0%，排名第十；IGBT 分立器件市占率达3.5%，排名第十；IPM 市占率达 2.2%，排名第八。在光伏领域，公司IGBT 已获阳光等逆变器主要厂商认可；在汽车领域，公司 21 年已批量供应零跑、汇川、比亚迪和菱电等客户，产品涵盖主驱 IGBT 模块、空调 IGBT 等多种车用半导体器件，目前正在与部分整车厂和Tier1 配合上量中，预计车载半导体器件将是公司 23 年销售增长的主要来源之一。

公司产能持续布局，12 英寸产线、汽车功率模块封装项目产能逐步释放，碳化硅产线基本通线。截至 1H22 联营子公司士兰集科已释放 12 英寸产能5 万片/月，实际产出达4.7 万片/月，预计 4Q22 产能有望达 6 万片/月；叠加子公司士兰集昕“年产36万片12 英寸芯片生产线项目”，预计公司 25 年 12 英寸线总产能将达9 万片/月。子公司士兰明镓碳化硅产线规划 SiC MOSFET 芯片 12 万片/年、SiC SBD 芯片2.4万片/年，目前已初步实现通线，22 年底有望形成月产 2000 片产能。子公司成都士兰“年产720万块汽车级功率模块封装项目”预计 22 年 12 月模块将达到80-100K，23 年4月实现150K，未来将随扩建项目持续上量。

时代电气

时代电气以轨道交通为起点，在新能源、工业等新兴领域形成了“同心多元化”的业务布局。中车时代电气是中国中车旗下股份制企业，经过多年深耕细作，公司在轨道交通等领域成为了掌握核心器件技术的装备制造龙头。依托于在轨道交通装备领域的核心技术和资源优势，公司开拓了功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器件及海工装备等新兴装备业务，产品沿产业链自上而下从电子器件、零部件到系统铺开。

新能源发电与汽车驱动公司新兴装备业务加速成长。光伏、风电、储能及新能源汽车带来电网架构升级，带来了从逆变器、电驱动等整机到功率器件、传感器的量价齐升。公司 22 年前三季度新兴装备整体实现营收35.3 亿(YoY+137.0%)；其中，工业变流营收 8.45 亿元（ YoY +193.8%) ，海工装备营收2.91亿元(YoY+91.59%)，新能源汽车电驱系统营收 8.35 亿元(YoY+193.8%))，功率半导体营收 12.92 亿元(YoY+77.82%)，传感器件营收 2.66 亿元(YoY+127.3%）。公司光伏逆变器 22 年 7 月-9 月（7.20-9.20）国内累计中标5.62GW，其中7、8月市占率位列第一，新能源汽车 IGBT 模块位列国内前五及电驱动系统位列国内前十。

硅基与碳化硅基功率器件产能同步升级。公司 8 英寸芯片产线一期已稳定产出，二期已逐步接近设计产能 24 万片/年；在此基础上，公司布局了中低压功率器件产业化项目：宜兴子项目聚焦新能源汽车领域，产能36 万片/年（可拓至72万片/年）；株洲子项目聚焦新能源发电及工控、家电领域，产能36 万片/年（可拓至72 万片/年）。此外，公司将现有 4 英寸碳化硅产线(1 万片/月)提升至6 英寸(2.5万片/月)以实现芯片工艺及产能的提升。基于新能源汽车、光风储、电网及轨交的国内外客户积累，整机端的业务拓展，公司功率器件业务将成未来重要增长点。

BYD 半导

比亚迪半导体是是国内领先的汽车半导体供应平台之一。作为比亚迪子公司，主要从事功率半导体、智能控制 IC、智能传感器及光电半导体等产品研发、生产及销售。公司以车规级半导体为核心，同步推动工业、家电、新能源和消费电子等领域的半导体应用。借由比亚迪汽车领域的积累，目前公司已量产IGBT、SiC器件、IPM、MCU、CMOS 图像传感器、电磁传感器、LED 光源及显示等产品，应用于汽车电机驱动控制系统、整车热管理系统、车身控制系统、电池管理系统、车载影像系统及照明系统等重要领域。2018-2021 年公司营业收入年均复合增长率33.2%；扣非归母净利润年均复合增长率 123.3%。

整车拉动汽车半导体快速增长，产能布局拓宽公司成长空间。母公司比亚迪整车销量持续保持国内领先，叠加新能源汽车行业增速驱动，比亚迪半导体在汽车国产功率半导体中保持第一，根据 NE 时代数据，1-9 月我国新能源上险乘用车比亚迪半导体配套约 72.4 万套(占 21.1%)，仅次于英飞凌（占25.7%）。未来，随着济南半导体逐步满产，长沙半导体产能逐步释放，公司将功率及智能IC 业务将进一步加速成长。

东微半导

公司是国内高压超级结 MOSFET 的领军企业，产品包括高压超级结MOSFET及中低压屏蔽栅 MOSFET、超级硅 MOSFET 及 TGBT 等封装偏标准化的功率单管器件为主，因而公司以其产品性能明显好于竞品铸就了在细分领域的领先地位，产品平均售价明显高于同行；以公司高压超级结产品为例，其性能达到了与国际龙头可比水平，在部分小功率逆变器中公司超结 MOS 芯片实现了替换IGBT 芯片并实现系统效率的大幅提高。2018-2021 年公司营业收入年均复合增长率72.3%；扣非归母净利润年均复合增长率 95.1%。

新能源是公司行业务的主要驱动力，1H22 公司汽车及工业级应用占比已超过70%。其收入主要来自于新能源汽车车载充电机、光伏与储能逆变器和充电桩与工业电源等领域并已覆盖各领域的头部客户。在光储领域，公司客户包含客户A、昱能科技、禾迈股份、爱士惟、日月元等光伏逆变厂商，洛仑兹、宁德时代和图为电气等储能厂商；在新能源汽车及直流充电桩领域客户涵盖比亚迪、英搏尔、铁城科技、英威腾、欣锐科技和威迈斯等车载充电器及整车厂商，英可瑞、英飞源、特锐德、永联科技、盛弘股份、优优绿能和客户 A 等充电桩厂商。

宏微科技

公司是深耕 IGBT、FRED 等器件及模块产品的国内代表厂商之一，产品主要应用于光伏、变频器等工业领域，未来汽车 IGBT 模块产品将逐步放量。公司在IGBT及FRD 领域积累多年，公司基于 12 寸 IGBT 平台的微沟槽技术有望22 年完成验证，FRED 涉及的软恢复结构和非均匀少子寿命控制技术等芯片设计与制造技术已成熟。2017-2021 年公司营业收入年均复合增长率 27.4%；扣非归母净利润年均复合增长率 87.7%。

工控 IGBT 产品夯实基础，新能源应用占比提升。1-3Q22 公司工控收入占比约53%，光伏收入占比由 21 年约 10%增至 29%，充电桩收入占比约为4%，车规产品占比全年有望实现 15%以上；未来光伏和汽车业务占比将逐年提升。目前公司工控客户涵盖台达集团、汇川技术、英威腾和合康新能等多家变频器头部企业，松下、佳士科技、奥太集团和上海沪工等多家电焊机知名企业。新能源汽车客户涵盖比亚迪、汇川技术和臻驱科技等；充电桩客户包括英飞源、英可瑞、优优绿能和特来电等公司，光伏客户包括 A 公司、阳光电源、固德威和格瑞瓦特等多家龙头。预计 23 年光伏与新能源汽车模块的放量将拉动公司业务快速增长。

扬杰科技

扬杰科技是国内最早的功率半导体 IDM 厂商之一，公司具备功率半导体硅片、芯片及器件制造、封装测试的综合制造能力，产品包括为单晶硅棒、硅片、外延片、5 寸、6 寸及 8 寸等各类电力电子器件芯片、MOSFET、IGBT、SiC 系列产品、大功率模块、小信号二三极管、功率二极管及整流桥等，产品广泛应用于汽车电子、新能源、5G 通讯、电力电子、安防、工业及消费类电子等诸多领域。2017-2021年公司营业收入年均复合增长率 31.5%；扣非归母净利润年均复合增长率34.7%。

“双品牌”战略形成国内外正循环。公司在欧美市场主推“MCC”（美微科）品牌。公司早在 2015 年就收购了该品牌，该品牌作为北美半导体知名品牌与DIGI-KEY、Future 集团及 Arrow 集团等全球性电子元器件代理商及终端国际客户长期合作，对标安森美等国际第一梯队品牌，产品价格优且毛利较高，收购后公司海外业务收入逐年提升。截止 22 年前三季度，公司海外业务销售收入同比翻倍增长，收入占比达 30%以上。此外，在中国地区及亚太市场，公司主推“YJ”品牌；整体以“双品牌”为锚点形成了国内外业务的正向循环。

产品结构持续升级，产能布局逐步完善。公司产品获得多家海内外著名汽车零部件企业认可，并批量供货超 300 家，22 年前三季度汽车电子业绩同比增长超500%，公司车规级封装产能已实现 5 倍以上增长。此外，公司MOSFET、IGBT 及SiC等新产品 22 年前三季度公司销售收入同比增长均超过100%，IGBT 在光伏应用已取得大批量订单，SiC SBD 已得到光伏逆变器客户认可并批量出货。在MOSFET、IGBT产品端发力的同时，公司收购了湖南楚微半导体将在未来补齐8 英寸晶圆制造能力。目前，楚微半导体一期已有一条月产 1 万片的8 英寸线，二期将建设1条月产 3 万片的 8 英寸硅基芯片产线和 1 条月产 0.5 万片的6 英寸碳化硅基芯片产线，将为公司未来产品结构优化提供产能保证。

新洁能

新洁能是国内 MOSFET 品类最齐全且产品技术领先的设计公司，主要产品包括以IGBT、屏蔽栅 MOSFET（SGT MOSFET）、超结 MOSFET（SJ MOSFET）、沟槽型MOSFET（Trench MOSFET）四大工艺平台为基础的芯片及功率器件，SiC MOSFET、GaNHEMT、功率模块及智能功率 IC 等新产品。公司整体产品型号超1600 款，电压覆盖12V~1700V 全系列，广泛应用与汽车电子、光伏和储能、数据中心、5G 通讯、工业电源、机器人、安防、变频家电、农用无人机、医疗设备及锂电保护等十余个行业。2017-2021 年公司营业收入年均复合增长率 31.6%；扣非归母净利润年均复合增长率 55.5%。

产品与应用结构不断优化，拓宽公司成长空间。公司IGBT、SGT MOS、超级结MOS等新能源需求旺盛的品类比例逐年提升，其中 IGBT 在光伏、储能驱动下1H22销售收入同比增长371.23%，占比从 1H21的 3.89%提升到1H22的14.57%；SGT-MOSFET为替代国际一流厂商料号最多的产品且较多料号进入新能源汽车领域，销售占比从 1H21 的 39.66%提升到 1H22 的 41.89%；SJ-MOSFET 在数据中心、汽车OBC、充电桩及微型逆变器等应用驱动下 1H22 销售收入同比增长66.16%；占比从1H21的8.72%提升至 1H22 的 11.52%。

华润微

华润微是国内领先的功率器件 IDM 厂商，主要产品包括以MOSFET、IGBT 为代表的功率半导体产品，以光电传感器、烟报传感器及 MEMS 传感器为主的传感器产品，和以 MCU 为代表的智能控制产品等。根据 Omdia 和中国半导体行业协会（CSIA）的统计，以 2021 年度销售额计，公司在中国功率器件企业排名第二、中国封装测试企业排名第五、中国 MOSFET 规模排名第一、中国MEMS 规模排名第三及中国掩模制造企业排名第一。2017-2021 年公司营业收入年均复合增长率12%；扣非归母净利润年均复合增长率 313.5%。

产能与产品应用结构不断优化，IGBT、碳化硅等新产品加速拓展。截止3Q22，公司产品消费类占比 46%，工控及汽车电子占比超过 50%；其中电动车与汽车电子占比 19%，通信设备占 19%，工业设备占 14%，新能源占13%，计算机及智能穿戴占8%。公司 12 英寸产线持续推进，重庆产线(3 万片/月)聚焦功率器件，预计22年年底通线，23 年开始贡献产能与收入；深圳产线则聚焦功率IC 等模拟特色工艺。此外，公司 IGBT 产品在汽车、工控与新能源应用合计占比达到85%，预计22年有望实现 4 亿收入，明年有望翻倍增长；碳化硅二极管在充电桩、光伏逆变与工业电源等领域实现批量供货，汽车 OBC 上已通过测试，未来有望快速提升。

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