智能汽车系列深度报告之三：功率半导体：乘风新能源汽车，国产替代渐行渐近

乘风新能源汽车，国产替代渐行渐近 智能汽车系列深度报告之三：功率半导体东亚前海证券分析师：王刚执业证书编号：S17105210100032021年11月22日东亚前海证券联系人：赵翼zhaoy593@easec.com.cn 目录CONTENTS01/功率半导体解密：究竟为何功率半导体是半导体领域中的优质赛道？02/功率半导体行业总览：千亿赛道，中国企业有望重塑产业格局03/功率半导体各产品梳理：主要产品包括二极管、晶闸管、晶体管、功率IC04/ 功率半导体下游需求：新能源汽车、充电桩、可再生能源市场需求旺盛，功率半导体市场规模持续增长05/ 功率半导体新机遇：第三代功率半导体加速渗透，打开功率半导体成长天花板06/ 建议关注标的：推荐整体研发实力强劲，产品高端化布局的各细分赛道领先企业 核心观点Ø功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心。功率半导体指转换并控制电力的功率半导体器件，主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等。按集成度分类可分为功率分立器件和功率IC两大类。主要产品包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT、电源管理IC等。功率半导体应用领域十分广泛，覆盖消费电子、白色家电、工业控制、新能源汽车等。Ø千亿赛道，国产替代渐行渐近。随着下游应用领域的不断拓宽，功率半导体市场规模呈快速增长态势。据Omdia预测，2024年全球功率半导体市场规模将达到553亿美元（约3500亿元人民币），2019-2024年CAGR达到4%。国内功率半导体市场发展日益成熟，中国作为全球最大的功率半导体消费国，市场规模稳步增长。据IHS数据，2018年中国功率半导体市场规模占全球总规模的35%，2021年中国市场规模将达到159亿美元（约1000亿元人民币），2015-2021年CAGR达到6.3%。目前功率半导体市场主要被海外大厂占据，国内企业起步较晚，高端产品自给率仍然较低，国产替代空间较大。目前全球功率半导体缺货涨价现象仍未改善，中国功率半导体企业有望把握机遇，加速推进国产替代，市场份额快速提升。Ø新能源汽车、充电桩、可再生能源发电市场需求旺盛，功率半导体行业市场需求持续扩大。功率半导体下游应用广泛，其中新能源汽车、充电桩、可再生能源发电等新兴领域的快速发展将带动功率半导体市场空间持续扩大。（1）新能源汽车：汽车电动化趋势带动车规功率半导体市场需求高速增长，预计2025年我国新能源汽车市场功率半导体规模将达到193亿元， 2021-2025年CAGR达32%。 （2）充电桩：新能源汽车快速发展带动配套充电桩保有量持续提升，预计2025年我国充电桩保有量将升至1240万台。按各类充电桩市场成本及IGBT在充电桩中成本占比20%测算，预计2025年我国充电桩IGBT市场规模将达324亿元， 2021-2025年CAGR达49.1% 。（3）可再生能源（光伏&风电）：在全球各国积极推行碳中和的背景下，可再生能源发展进入快车道，作为光伏逆变器及风电变频器中的核心组件，预计2025年我国光伏逆变器及风电变频器功率半导体市场规模将分别达105.5亿元和277.74亿元， 2021-2025年CAGR分别达17.2%和10.4%。Ø投资建议：对标海外龙头企业，建议关注整体研发实力强劲，产品高端化布局的各细分赛道领先企业。建议关注：闻泰科技、新洁能、斯达半导、时代电气、华润微、士兰微、捷捷微电、扬杰科技、芯朋微、富满微。Ø风险提示：（1）功率半导体下游需求不及预期（2）国产替代进度不及预期（3）市场竞争造成价格下滑风险 1PART 01功率半导体解密：究竟为何功率将会成为半导体领域中的优质赛道？ 1.1 功率半导体：电子装置电能转换与电路控制的核心n资料来源：富士电机，东亚前海证券研究所Ø功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心。功率半导体是一种广泛用于电力电子装置和电能转换和控制电路的半导体元件，可通过半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能。Ø功率半导体具有能够支持高电压、大电流的特性，主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等。除保障电路正常运行外，因其能够减少电能浪费，功率半导体还能起到节能、省电的作用。电源输入（AC/DC）功率半导体控制电路负载输出(AC/DC)图表：功率半导体原理 1.2 功率半导体=功率器件+功率ICn资料来源：华润微招股书，东亚前海证券研究所Ø功率半导体按器件集成度可以分为功率分立器件和功率IC两大类。Ø功率分立器件包括二极管、晶体管和晶闸管三大类，其中晶体管市场规模最大，常见的晶体管主要包括IGBT、MOSFET、BJT（双极结型晶体管）。Ø功率IC是指将高压功率器件与其控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在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。晶体管电源管理IC半导体集成电路分立器件数字IC模拟IC放大镜比较器数据转换IC转接口IC光电子传感器功率器件小信号功率IC驱动管理ICDC/DCAC/DC晶闸管二极管双极结型晶体管...MOSFETIGBT图表：功率半导体产品范围示意图 1.3 针对不同下游需求，各类功率产品应用于不同应用领域 ØIGBT、MOSFET等全控器件主要用于汽车、逆变器、轨交等结构相对复杂的应用领域。功率半导体种类较多，根据可控性分类可以将功率半导体分为不可控型（二极管）、半可控型（晶闸管为主）及全控型（IGBT、MOSFET为主）。Ø二极管、晶闸管等传统器件在较复杂的高频率下应用较为困难，但优势在于成本较低，生产工艺相对简单，主要适用于结构相对简单的产品领域。IGBT、MOSFET等器件更多应用于高压、高可靠性领域，工艺结构相对复杂且生产工艺难度较高，成本也相对较高，在汽车、逆变器、轨交等领域广泛使用。n资料来源：Yole，东亚前海证券研究所图表：各类功率半导体特性图表：功率半导体按频率及材料分类n资料来源：电子发烧友，东亚前海证券研究所 Ø功率半导体下游应用广泛，新能源汽车、可再生能源发电贡献增量市场空间。功率半导体下游应用主要包括消费电子、白色家电、工业控制、新能源汽车等。针对不同应用场景对应的功率和频率，各领域产品选择使用相应的功率器件。功率MOSFET因其开关高频、低损耗特性，主要应用于手机、相机、PC、车载、照明、TV等领域。IGBT因其耐压高、开关速度快特性，主要应用于变频家电、新能源汽车、工业领域。Ø根据Yole报告，未来新能源汽车无疑将是功率半导体下游中最具发展潜力的行业。 同时电气化需求及新能源汽车发展也将驱动可再生能源发电、工业（包括IoT和自动驾驶）等领域成长，这些领域都将驱动功率半导体市场需求增长。n资料来源：Rohm，东亚前海证券研究所1.4 下游应用：新能源汽车、可再生能源、工业引领行业需求增长图表：功率半导体下游应用广泛图表：2019-2025年功率半导体主要应用趋势n资料来源：Yole，东亚前海证券研究所 1.5 发展历程：功率半导体发展趋向集成化、模块化Ø高速、微型化的集成模块逐渐成为制造商更好的选择。早期的功率半导体主要以结构相对简单的二极管为主；60-70年代各类型晶闸管有了很大的发展；20世纪80年代以后，功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路为主。Ø伴随功率半导体的发展，设计工艺不断进步，高速、微型化的集成模块成为制造商更好的选择。根据目前国内在研项目和产品布局看，国内企业开始向价值量更高的中高端产品转型。n资料来源：电子发烧友，ELE Times，Conponents 101，贸泽电子，三菱电机，Yole，东亚前海证券研究所1950s 二极管 1960s 晶闸管 1970s MOSFET 1980s IGBT 1980s IGBT 模块 1990s IPM模块 图表：功率半导体发展历史 2PART 02功率半导体行业总览：千亿赛道，中国企业有望重塑产业格局 2.1. 市场规模：2024年全球功率半导体市场规模将达553亿美元Ø2024年全球功率半导体市场规模将达553亿美元，功率IC占比保持在50%以上。随着下游应用领域的不管拓宽，功率半导体市场规模呈现稳健增长的态势。根据Omdia数据，2019年全球功率半导体市场规模达到455亿美元，预计到2024年将达到553亿美元，2019-2024年CAGR达到4%。Ø功率半导体细分市场中功率IC占比常年保持在功率半导体总规模的50%以上，2020年功率IC市场占比54%，功率器件占比近34%，功率模组占比近12%。n资料来源：Omdia，东亚前海证券研究所图表：2018-2024年全球功率半导体市场规模（单位：亿美元）图表：全球功率半导体细分市场规模（单位：亿美元）455553-6%-4%-2%0%2%4%6%8%10%0100200300400500600201820192020E2021E2022E2023E2024E全球半导体（亿美元）同比增长0501001502002503003502017201820192020E2021E2022E2023E2024E功率IC功率器件功率模组 Ø2021年中国功率半导体市场规模将达159亿美元，2015-2021年CAGR达6.3%。国内功率半导体市场发展日益成熟，中国作为全球最大的功率半导体消费国，市场规模稳步增长。根据IHS数据，2018年市场需求规模达到138亿美元，占全球需求比例的35%，2021年市场规模将达到159亿美元，2015-2021年CAGR达到6.3%。Ø目前国内功率半导体市场产品需求主要以电源管理IC、MOSFET及IGBT为主，根据IHS统计，中国功率半导体市场中前三大产品电源管理IC、MOSFET、IGBT三者市场规模占 2018年中国功率半导体市场规模比例分别为61%，20.2%与13.9%。n资料来源：IHS，华润微招股书，东亚前海证券研究所61.0%20.2%13.9%4.9%电源管理ICMOSFETIGBT其他2.1.市场规模：2021年中国功率半导体市场规模将达159亿美元图表：2018年中国功率半导体市场各产品规模占比111110112126138144153159-2%0%2%4%6%8%10%12%14%020406080100120140160180201420152016201720182019E2020E2021E中国功率半导体（亿美元）增长率图表：2014-2021年中国功率半导体市场规模及增长预测（单位：亿美元） 16%8%7%6%6%5%4%4%4%4%37%德州仪器英飞凌ADI高通意法半导体安森美联发科美信Dialog瑞萨其他Ø全球功率半导体市场集中度较高，主要由海外IDM巨头占据。海外企业布局功率半导体市场时间较早，行业内具备先发优势，同时借助收购整合的方式快速抢占市场份额，目前功率半导体市场集中度较高，主要被海外IDM巨头占据。Ø根据Omdia数据，2020年，全球功率器件与模块市场，CR5达到44%，其中英飞凌占据20%市场份额。高居第一。全球功率IC市场，CR5达到43%，其中德州仪器占据16%市场份额。图表：2020年功率IC市场格局及规模（单位：亿美元 ）n资料来源： Omdia ，东亚前海证券研究所图表：2020年全球功率器件与模块市场份额（单位：亿美元 ）2.2. 市场格局：市场集中度较高，主要由海外巨头占据2020年功率IC市场规模达到243亿美元2020年功率器与模块市场规模达到209亿美元20%8%6%5%5%5%4%3%3%2%41%英飞凌安森美意法半导体三菱东芝富士电机威世瑞萨罗姆Diodes其他 2.2. 市场格局：我国企业规模仍较小，处于快速追赶阶段n资料来源：前瞻产业研究院，东亚前海证券研究所图表：2020年国内领先的功率分立器件企业营收同比保持20%以上增长（单位：亿元）Ø我国功率半导