扩容&替代并重，化合物布局长远请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明仅供机构投资者使用证券研究报告孙远峰/王海维/王臣复/郑敏宏SAC NO：S11205190800052020年12月13日华西电子团队—走进“芯”时代系列深度之三十六“功率&化合物” 【重点推荐】：华润微、斯达半导、三安光电、扬杰科技、中环股份（电新联合覆盖）、北方华创，等等【重点受益】：新洁能、士兰微、中芯国际（代工）、华虹半导体（代工），等等风险提示：中美贸易进一步恶化；5G建设低于预期、技术产品创新低于预期；行业竞争加剧。国内产业链已构建基本配套环境，进口替代提速：我们认为，目前功率半导体国产供应商已构建基本配套环境，设计、制造、封测到模块均相对健全。从设计环节来看，以IGBT为例，目前全球最领先的英飞凌已经更新迭代至第七代，国内公司与英飞凌的差距大概逐渐缩短至一代以内，并且由于整个IGBT技术更新迭代速度相对缓慢基本接近硅材料的极限，随着国内企业不断加强研发投入提升自身技术和产品水平，有望进一步缩短与海外龙头的差距；从制造环节来看，国内目前已具备4/6/8英寸产能，并以华虹半导体/士兰微/华润微等为代表的公司预计会增加12英寸产能，专注特色工艺；从终端产品环节来看，目前在二极管整流桥、MOSFET、IGBT及IPM模块等均已具备稳定的供货能力，同时从设备和材料环节来看瓶颈不明显。我们认为，国产配套能力逐步增强下预计功率器件板块进口替代有望提速。下游客户对国产核心供应商需求强烈，替代领域延伸至工控汽车白电等高门槛领域：根据我们产业链研究，此前国产功率器件多数应用于电源、LED照明、光伏等领域，随着中美贸易的摩擦带来产业链稳定供货的不确定性，终端客户都在寻求本土战略合作伙伴。以白色家电板块为例，2019年是国产品牌替代的元年，目前国内例如士兰微、华润微等在变频空调、冰箱等领域逐渐取得突破。伴随国产功率器件产品、技术能力的提升，依托与本土终端客户的产业链合作，将替代领域不断延伸至手机配套、家电、汽车和工业等领域。此外，在化合物半导体板块，SiC系列产品预计随着新能源汽车加速渗透市场空间不断扩大，而GaN在功率器件板块更多应用于电源包括快充领域，此外GaN还应用于射频领域，随着5G基站的大规模建设以及产业链的逐步成熟，预计到2025年GaAs市场份额基本维持不变，GaN有望替代大部分LDMOS份额，占据射频器件市场50%左右的份额。1本土配套完善，进口替代延伸至白电工控汽车领域 目录从供需关系看8寸景气度持续应用端看“功率半导体”产品端看“进口替代”，及其空间化合物半导体积极卡位A股功率半导体公司对比分析风险提示证券研究报告 2022年，8寸每月产能约650万片全球IC晶圆制造厂各size占比（%）全球200mm总产能增加有限过去几年晶圆制造工厂更倾向于投资扩产300mm（12寸）产线，200mm（8寸）产能扩张较少；IC Insights数据指出，19年12寸晶圆制造产能占比预计突破70%；200mm晶圆厂是较老的设施，可在350nm至90nm的成熟节点上处理芯片。从产品结构来看，“代工+分立器件+模拟+MEMS”产品占比显著提升，“存储器”占比显著下降，主要系转移至12寸Fab ；部分产品在8寸产线中完成性价比/稳定性等更高，从全球市场的角度来看，电源相关产品，例如电源管理IC（PMIC）和分立器件，以及RF开关，MCU和显示驱动器IC仍然是200mm制造的主要支柱，MEMS也将保持在200mm621931891932130501001502002501995年2007年2016年2017年2022年全球8寸产线数量（个）资料来源：SEMI、华西证券研究所资料来源：SEMI、华西证券研究所资料来源：SEMI、华西证券研究所3 8寸下游应用：汽车/智能手机/工业汽车领域以200mm（8寸）晶圆为主（千片/月）汽车领域也是如此，BMW i3芯片数量为545片，其中484片均采用200mm及以下晶圆制造；200mm下游需求持续增长（车用电子、物联网、消费电子（5G带来PMIC、射频器件等需求增加）等），供给由于设备采购以及成本等因素无法快速扩张；预计“Gap”会逐渐增加；200mm（8寸）晶圆下游应用分类（千片/月）资料来源：SUMCO、华西证券研究所资料来源：SUMCO、华西证券研究所4115014401610176018909201170133014201550570670790920110019602040182015701200010002000300040005000600070002016年2017年2018年2019年2020年汽车工业智能手机其他 联电：20Q2以来8寸产能持续满产联电：2020年Q1~Q4产能（千片）持续满产联电：2020Q2和2020Q3下游应用领域联电：2018Q4~2020Q3产能利用率75%80%85%90%95%100%2018Q12018Q42019Q12019Q22019Q32019Q42020Q12020Q22020Q3产能利用率（%）联电法说会：今年8寸晶圆定价已经确定（从公司公开Q3ASP也能看出并未出现明显涨幅），但是急单和新增订单价格将有调涨；背景疫情带来远程办公，笔电，平板等终端装置热卖，智慧物联网相关需求大，联电大尺寸面板驱动IC、电源管理芯片、MOS等客户投片量逐月攀升，8寸产能供不应求平均涨幅5%~10%，今年11月份投片的客户开始适用新价格急单价格另谈，采【价高者得】方式分配产能效益由于8寸设备已经折旧完毕，联电Q4有望再上一个台阶，创近年来单季度高峰联电调涨8寸晶圆代工价格涨价内容资料来源：均来自联电官网、华西证券研究所5资料来源：半导体行业观察、华西证券研究所 世界先进：聚焦电源管理IC与面板驱动IC世界先进：产品组合（大面板驱动IC占比提升）世界先进：20Q3出货量量65.3万片世界先进法说会：世界先进董事长方略表示，下半年8寸晶圆代工需求将持续强劲，由于大尺寸及小尺寸面板驱动IC、电源管理IC及功率元件等全面成长，预计8寸晶圆代工市场产能供不应求将持续至明年，因此公司决定扩增新加坡厂每月1万片产能。资料来源：均来自联电官网、华西证券研究所6 华虹：8寸持续满产华虹：2019Q3~2020Q3产能及产能利用率华虹半导体2020年Q3业绩报告显示，公司整体产能利用率达到93.4%，环比提升11%。华虹目前拥有4家晶圆厂，华虹官网表格（如下）显示，公司8寸晶圆代工厂月产能17.8万片，产能利用率高达102.4%。在IGBT、超级结MOS、MCU和CIS等多项产品的市场需求推动下，8寸整体产能持续满产资料来源：华虹官网、华西证券研究所7 目录从供需关系看8寸景气度持续应用端看“功率半导体”产品端看“进口替代”，及其空间化合物半导体积极卡位A股功率半导体公司对比分析风险提示证券研究报告 PN单向导电性工作原理在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结；二极管电路符号：PN结具备单向导电性PN结正向偏置PN结反向偏置PN9资料来源：Google、华西证券研究所 二极管工作原理二极管主要参数：1）. 最大整流电流IOM：二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流；2）. 反向击穿电压UBR：二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏3）. 反向电流IR：指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。二极管伏安特性曲线二极管半波整流示意图10资料来源：Google、华西证券研究所 整流桥工作原理整流桥是四个二极管的集成电路,整流桥的电路形式等同于四个二极管搭建桥型整流电路。其内部主要是通过四个二极管组成的桥路来实现将输入的交流电压转化为输出的直流电压。整流桥是通过二极管的单向导通原理来完成整流作的，在整流桥的每个工作周期内，同一时间只有两个二极管进行工作，把交流电转换成单向的直流脉动电压。整流桥的工作原理和作用整流桥的工作原理示意图u2>0 时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:A D1RLD3Bu2<0 时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！11资料来源：Google、华西证券研究所 MOSFET简介MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。N沟道增强型MOSFET结构图资料来源：Google、华西证券研究所利用半导体表面的电场效应进行工作，也称为表面场效应器件;由于栅极与源极、漏极均无电接触，又称为绝缘栅场效应管;分N沟道和P沟道两类；每一类又分增强型和耗尽型两种；P沟道增强型MOSFET结构图12 N沟道增强型MOS工作原理N沟通增强型MOS截止状态N沟通增强型MOS导通状态N沟通增强型MOS管输出特性与转移特性资料来源：Google、华西证券研究所13 MOSFET常见应用MOSFET最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。消费电子家庭音响设备、游戏控制器等电动自行车、家庭控制等交换机、手机与媒体平板等工业控制计算机电力设备汽车及充电桩网络通信资料来源：Google、华西证券研究所14 MOSFET之新能源汽车充电桩“心脏”充电解决方案英飞凌官网指出，单个充电站使用的功率半导体器件价值约为200~300美元，且预计到2020年中国共建450万个充电站；直流充电桩一般由通信模块、开关电源模块及控制模块等构成。其中，MOSFET是开关电源模块中最核心的部分，是实现电能高效率转换，确保充电桩稳定不过热的关键器件；实现1000V以上、350A以上大功率直流快充，才需要用IGBT，短期内大功率快速充电难以实现，以MOSFET为主比亚迪充电桩资料来源：英飞凌、华西证券研究所15 IGBT：高功率领域IGBT具有MOSFET的高频开关特性又有其所不具备的高阻断电压；直流电压转成3相交流电压使用IGBT的变换器产生电压、频率受控的强电，来灵活控制电机的转速。反映到高铁上，就是高铁列车的车速；同时广泛应用于电磁炉、变频空调等家电领域；目前，在家电领域国内IDM厂商士兰微和华润微IPM模块正逐渐实现进口替代；备注举例：比如空调在正常运转的时候功率很低，也就1000W左右。但在刚启动时，要瞬间制冷、瞬间制热，会达到4000到6000W，所以还是必须采用IGBT空调中PFC驱动电源电路原理图资料来源：君芯科技、华西证券研究所16 MOSFET与IGBT区别MOSFET与IGBT区别类别MOSFETIGBT频率可以工作到几百KHZ，上MHZ，以至几十MHZ，射频领域的产品。目前IGBT硬开关速度可以到100KHZ前提耐压能力&功率通常它可以做到电流很大，可以到上KA，不耐高压，在高压大电流场合功耗较大IGBT导通压降小，耐高压．功率可以达到5000W应用MOSFET应用于开关电源，镇流器，高频感应加热，高频逆变焊机，通信电源等等高频电源领域IGBT集中应用于焊机，逆变器，变频器，电镀电解电源，超音频感应加热等领域。IGBT应用于高功率；MOSFET应用在更高频率中17资料来源：Google、华西证券研究所 IGBT简介IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由BJT(双极结型晶体三极管) 和MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其具有自关断的特征。简单讲，是一个非通