功率半導體分類、市場空間及國產(chǎn)替代機遇分析

受益新能源需求拉動，功率半導體國產(chǎn)替代空間巨大。

1. 電能轉(zhuǎn)換核心部件，功率半導體應(yīng)用場景不斷拓寬

功率半導體在電路中主要利用半導體的單向?qū)щ娞匦詫崿F(xiàn)電源開關(guān)和電能轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅和開關(guān)等特定功能，是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路 控制的核心部件，功率半導體分為功率器件和功率 IC，其中功率器件包括二極管、晶體管 和晶閘管，功率 IC 包括 AC/DC、DC/DC、電源管理和驅(qū)動芯片等。

不同結(jié)構(gòu)的功率半導體器件具備不同的性能，應(yīng)用場景亦不盡相同： 二極管：結(jié)構(gòu)簡單，具有單向?qū)щ娦裕饕靡哉鳌z波及開關(guān)，因可承受的電流 電壓較小，主要被應(yīng)用于消費電子，二極管產(chǎn)品主要包括肖特基二極管（SBD）、快 恢復二極管（FRD）、超快速恢復二極管、小電流整流二極管和電容二極管等，其中 快恢復二極管適用于較大功率場景。

晶閘管：體積小、可靠性高，可承受較高的電壓和電流，一般用于可控整流、交流調(diào) 壓、變頻器和逆變器等電路，多用于高壓直流輸電和軌道交通，最基礎(chǔ)的為可控硅 （SCR），較為常見的還有門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）。

晶體管：電子電路的核心元件，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為金屬氧化物半導體場效應(yīng)管 （MOSFET）、雙極型晶體管（BJT）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），其中 MOSFET 具有驅(qū)動簡單、高頻特性好等特點，被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、鎮(zhèn)流器和高頻感應(yīng)加熱 電路；IGBT 是 BJT 和 MOSFET 組合而成的復合元器件，同時具備兩者優(yōu)點，適用 于低頻高功率場景，廣泛應(yīng)用于逆變器、變頻器和電源開關(guān)等。

在功率半導體市場中，功率器件約占 40%左右的市場，其中，MOSFET 在功率器件市場 中占比最高，約為 40%，緊隨其后的為功率二極管和 IGBT（包含芯片、模組和模塊）， 分別約占 30%和 25%市場，晶閘管占約 5%市場。

功率半導體市場成長推動力逐漸由家電、工控轉(zhuǎn)向新能源、風電、光伏與儲能等。功率半 導體是弱電控制和強電運行之間的橋梁，其應(yīng)用場景相當廣泛，傳統(tǒng)場景以家電、工業(yè)控 制和通信等下游為主，而由于其將“粗電”轉(zhuǎn)變成“精電”的特性，成為了節(jié)能減排核心 基礎(chǔ)技術(shù)，隨著全球范圍內(nèi)綠色環(huán)保能源的不斷推廣，功率半導體器件的場景已經(jīng)被擴展 至新能源車、光伏、風電和儲能等，未來，上述新興市場的不斷成長，將為功率半導體市 場進一步發(fā)展帶來重要的推動力。

2. 新能源車、光伏成長趨勢仍將延續(xù)，功率半導體有望同步成長

汽車電動化、智能化趨勢推升功率半導體單車價值量。汽車原本便是功率半導體核心傳統(tǒng) 下游，近兩年的電動化和智能化趨勢對功率半導體需求的提升尤為明確，尤其是電動化程 度的提升下，新能源車普遍需要采用高壓電路，當電池輸入高壓時，需要頻繁進行電壓變 化，由此推升了 AC/DC、變壓器、換流器等器件模塊的需求，而這類模塊正是 IGBT、 MOSFET、晶閘管和二極管等功率器件的主要應(yīng)用場景。據(jù)英飛凌統(tǒng)計，2018 年，與傳統(tǒng)燃油車相比，在 48V/MHEV 和 FHEV/PHEV 中，半導體價值量分別新增 100 美元和 365 美元，其中功率半導體價值量分別新增 75 美元和 300 億美元，在純電動車中，單車半導 體價值量為 750 億美元，功率半導體占 455 美元。

2021 年為新能源車發(fā)展元年，電動化趨勢愈加明朗。在特斯拉的帶動下，新能源車技術(shù) 和產(chǎn)業(yè)鏈不斷成熟，國內(nèi)一大批造車新勢力以及華為、小米等傳統(tǒng)科技強者亦相繼切入新 能源賽道，汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化趨勢不斷加速，在各國政府政策支持下，新能源 車銷量有望持續(xù)增長，TrendForce 最新數(shù)據(jù)顯示，2021 年全球新能源車銷量達 647.3 萬 輛，同比增長 122%，其中純電動約占 72%，插電混合式電動約占 28%。

整體而言，隨著新能源車銷量的不斷增長以及汽車電子化率的提升，車載功率半導體市場 有望持續(xù)擴張，據(jù) Yole 預測，從 2022 年到 2026 年，全球新能源車（EV+HEV）的功 率半導體器件市場有望以年復合 25.9%的增速穩(wěn)步成長。

光伏發(fā)電是 IGBT、MOSFET、晶體管等功率器件重要應(yīng)用場景。在光伏發(fā)電過程中，光 伏陣列所產(chǎn)生的電能是直流電，然而許多負載需要交流電能，因此將直流電轉(zhuǎn)變成交流電 的逆變器成為不可或缺的部件，光伏逆變器主要由輸入濾波電路、DC/DC MPPT 電路、 DC/AC 逆變電路、輸出濾波電路和核心控制單元電路組成，這些電路中需要大量使用 IGBT、 晶體管等功率器件，在上市公司固德威披露的原材料成本中，IGBT 元器件、IC 半導體占 比高達 10-15%。

光伏新增裝機量增長直接推升逆變器需求，市場亦有望迎來更替需求。在全球各國政府相 關(guān)政策推動下，從傳統(tǒng)能源往清潔能源轉(zhuǎn)型的步伐正逐漸加快，未來幾年，全球每年新增 光伏裝機量有望不斷攀升，據(jù) Trendforce 預計，2023 年全球有望新增光伏裝機 351GW， 同比增長 53.4%，這將為逆變器需求帶來最直接的帶動作用，此外，逆變器中 IGBT 等電 子元器件的使用年限為 10-15 年，回顧 2013-2019 年間，全球新增光伏裝機量年復合增 長 20%，累計裝機量超過 500GW，這意味著，未來幾年光伏逆變器市場有望迎來一輪可 觀的更替需求。

儲能有效降低棄光率，與光伏相輔相成。光伏屬于間歇性可再生能源，隨著這類能源的高 比例并網(wǎng)，現(xiàn)有的電網(wǎng)消納能力瓶頸有限，會被沖擊影響穩(wěn)定性，而且會造成棄光率的提 升。儲能可以通過特定的裝置或物理介質(zhì)將能量儲存起來，以便在需要時利用，因此，對 電網(wǎng)配置儲能，不可以平抑光伏等新能源的發(fā)電波動，降低棄光率，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性，這 意味著，儲能與光伏相輔相成，光伏裝機量的不斷攀升，將帶動儲能市場的不斷擴容。 電化學儲能前景廣闊，儲能逆變器需求明確。根據(jù)存儲能量形式，儲能分為電儲能、熱儲 能和氫儲能，當前，電儲能是最為主要的儲能方式，從 2020 年我國已投運的儲能項目裝 機規(guī)模情況分析，機械儲能（抽水儲能）占比較高，電化學儲能次之，但隨著鋰電池技術(shù) 的不斷成熟，以及退役動力電池回收函待解決，電化學儲能正迎來大范圍推廣階段，裝機 增速較快。電化學儲能最核心的構(gòu)成是電池和儲能變流器。其中，儲能逆變器是功率半導 體的核心應(yīng)用場景之一，而且，與光伏逆變器不同的是，儲能逆變器在滿足逆變需求的同 時，還需兼顧整流作用，因此對功率半導體的要求更高。

整體而言，在新能源車、光伏和儲能的帶動下，全球功率半導體市場規(guī)模有望加速成長， 據(jù) Omdia 預測，2019 年全球功率半導體市場規(guī)模為 455 億美元，2024 年有望增長至 553億美元，年復合增長 3.98%，其中，功率器件市場亦有望實現(xiàn)同步高質(zhì)量增長，據(jù) Yole 預測，2020 年-2026 年，全球功率器件市場有望以 6.9%的年復合增速，從 175 億美元增 長至 262 億美元。

3. 全球最大本土市場，內(nèi)資迎國產(chǎn)替代最佳機遇

中國是全球功率半導體最大需求國，新能源光伏發(fā)展有望帶動比重進一步提升。隨著工業(yè) 控制、通信和消費電子等核心下游不斷往國內(nèi)轉(zhuǎn)移，中國已成長為全球最大的功率半導體 需求國之一，占全球市場比重超過 40%。展望未來，功率半導體成長所需的兩大核心下游 應(yīng)用場景（新能源車、光伏）中，中國市場亦將扮演不可或缺的角色，因此可以預見，中 國功率半導體市場占全球市場的比重有望繼續(xù)提升，中國市場的重要性有望進一步凸顯。

中美貿(mào)易摩擦，國家政策引導功率半導體國產(chǎn)替代。我國功率半導體企業(yè)大部分存在起步 晚、技術(shù)水準低、產(chǎn)品線不齊全和規(guī)模小等弊病，而模擬芯片行業(yè)中，工程師經(jīng)驗和 know-how、企業(yè)技術(shù)儲備等極為重要，這使得內(nèi)資企業(yè)過往在追趕時往往有心無力，而 近幾年，中美貿(mào)易摩擦導致的美國為首的西方國家對我國半導體產(chǎn)業(yè)的限制，使得我國政 府不斷出臺鼓勵扶持政策，反而為本土功率半導體行業(yè)的發(fā)展營造了良好的政策氛圍，隨 著內(nèi)資企業(yè)不斷突破技術(shù)壁壘，依托龐大的本土市場，我國功率半導體行業(yè)的國產(chǎn)替代有 望加速推進。

由于 2020 年上半年疫情、貿(mào)易摩擦以及實體名單的疊加影響，以及過去幾年市場對于晶 圓需求的投資錯配，從 2020 年下半年開始，全球 MOSFET、IGBT 等功率芯片開始出現(xiàn) 缺貨狀態(tài)，且這一狀態(tài)維持了 2021 年全年，而國內(nèi)功率晶圓代工產(chǎn)能恰好在這輪缺貨周 期中逐漸釋放，這為內(nèi)資晶圓廠以及上游相關(guān)設(shè)計公司提供了客戶導入、快速放量的重要 契機。 從數(shù)據(jù)看，當前全球功率芯片的龍頭企業(yè)仍是英飛凌、安森美和意法半導體等外資企業(yè)， 國內(nèi)企業(yè)則展現(xiàn)出了較強的成長性，2021 年，全球功率芯片營收前 20 的公司中，中國企 業(yè)已有 6 家，其中安世半導體、華潤微更是闖入前十，揚杰、士蘭微等的排名亦穩(wěn)步上升。 考慮到國內(nèi)超 100 億美元的市場空間，以及對比安世半導體、揚杰等 2021 年的營收，民 德電子當前半導體業(yè)務(wù)不到 3 億的收入，顯然還具備較大的成長空間。