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报告摘要：
能源消费管理需求日益强烈，电力半导体市长/市场空间广阔
电力半导体作为以需求为中心的产业，随着新能源汽车、产业控制等终端市场对能源管理的需求日益强烈，市场正在稳步增长。
集邦咨询数据 显示 2018 年中国功率半导体市场规模同比增长 12.76%至 2591 亿元 人民币。IHS预估全球车用功率半导体市场规模 2022 年将达到 85 亿 美元，2015~2022 年复合增长率为 7.5%。中国大陆市场需求占全球 份额约 43%，但国内厂商自给率却只有约 5%，进口替代空间巨大。中美贸易新形势，政策支持助力半导体国产厂商迎来发展良机美国技术管制打压我国半导体产业发展，中国作为工业和交通大国， 功率器件和电源管理芯片需求旺盛，半导体自主可控涉及经济和战略 安全，政府政策和产业基金大力支持，国产厂商迎来发展良机。生产端 政府联合投资克服制造业高投资门槛，客户端半导体器件和芯片国产 化意愿明显，产品验证门槛降低。
国内产业链逐步完善，静待技术迭代
功率器件和芯片产品多样，定制化程度高，研发投入门槛相对低，功率 半导体对制程敏感度不及数字电路，国际主流产线依旧为 6 寸和 8 寸 产线，这也为国内企业进入该领域创造了合适的条件，功率半导体是 国产半导体比较好的突破口。目前国内士兰微等企业在功率 IC 领域已 取得一定成就，相应模块产品已导入白电产业链。捷捷微电、台基股份 等在晶闸管领域实现了部分的进口代替，国内产业链已逐步完善，未 来国内企业将伴随市场需求进行技术迭代，追赶国际领先企业。
报告摘要：
1. 功率半导体是微电子领域的重要基础器件
1.1功率半导体主要用作电子器件中的开关及整流器
功率半导体是硅、砷化镓、氮化硅等半导体材料，经历沉积、清除、布线以及电学属 性的调整等工艺后，所得到的电学器件。功率半导体的应用十分广泛:从几十毫瓦的 耳机放大系统，到上千兆瓦的高压直流传输过程;从储能、家电，到 IT 产品、网络 通讯，只要是涉及电的领域，都有着它的影子。
1.2功率半导体历史悠久，产品类型丰富多样
功率半导体发展历史悠久，最早可以追溯到 1904 年法国实验者 A.Nodon 发明的第 一个用于电源电路的半导体器件——电解整流器。这深受早期无线电实验者的欢迎。 而随着科技的发展，功率半导体在电子领域的重要性逐渐凸显出来，至今，功率半导 体已经成为电子电力行业的核心。
功率半导体用处广泛、种类繁多，而在销售市场中，分立器件主要以功率二极管、晶 闸管、功率 MOSFET和 IGBT 模组为占比最大的四个方面。此外，模拟集成电路中 的功率集成电路也是功率半导体的重要组成之一。
1.2.1功率二极管为两极元器件，应用范围广泛
二极管是一种不可控的两极元件，由于其有电流电压曲线不对称，因此一般被用作交 流变直流的整流器件以及电路方向电流控制等方面。
二极管存在着齐纳效应与雪崩效应。齐纳效应为高反向电压将硅原子的电子拽出，称 为自由带电离子，导致电流上升很陡，反应在二极管上即为相对较低的反向击穿电压。 雪崩效应则为在反向电压很大时，反向的载流子能量很高，撞在硅原子上使之电离， 产生出大量的电子，导致反向电流迅速增大。
二极管产品类型很多，按用途分可以分为普通二极管和特殊二极管。普通二极管包括 检波二极管、整流二极管、开关二极管和稳压二极管;特殊工极管包括变容二极管、 光电二极管和发光二极管。
1.2.2晶闸管为半可控器件，可用于高电压和大电流环境
晶闸管是一个半可控的半导体元件，能控制打开，无法控制关闭。被广泛应用于可控 整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，是典型的小电流控制 大电流的设备。
晶闸管的其派生器件有:快速晶闸管，可关断晶闸管(GT0)，逆导晶闸管，光控晶 闸管等。晶闸管往往有着闩锁效应，闩锁效应(latch - up)就是有一个强电场施加在器 件结构中的氧化物薄膜上，则该氧化物薄膜就会因介质击穿而损坏。很细的金属化迹 线会由于大电流而损坏，并会由于浪涌电流造成的过热而形成开路。
1.2.3功率 MOSFET 作为全控型器件下游应用市场最大
功率 MOSFET 的特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功 率小、开关速度快、工作频率高，是制造AC-DC开关转换器(将交流电压转换成直流 电压) 和 DC-DC 转换器(将一个直流电压等级转换成另一个电压等级) 的必要器件。
功率 MOSFET 模组的等效电路包含三个电容、两个电阻，一个理想 MOSFET，一 个 NPN 晶体管以及一个寄生 NPN 晶体管基极-发射极之间的电阻。而这个寄生电阻 与其寄生的 NPN 晶体管的基极-发射极部分构成了逆向二极管，使得功率 MOSFET 具有反向导通性。
1.2.4 IGBT 作为高压功率器件正在快速发展
IGBT绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)一般指分立器件或 者IGBT模组。IGBT 分立器件是由三极管和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, IGBT 兼有 MOSFET 和 GTR 这两种器件的有点，输入阻 抗高、导通压降低和驱动功率小。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系 统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT模块是由 IGBT 与 FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模 块化半导体产品，具有节能、耐压高、安装维修方便、散热稳定等特点。IGBT 是能 源变换与传输的核心器件，在轨道交通、智能电网、电动汽车与新能源装备等领域应 用极广。
2015年国际 IGBT 市场规模约为 48 亿美元，预计到 2020 年市场规模可以达到 80 亿美元，年复合增长率约 10%。2014 年国内 IGBT 销售额是 88.7 亿元，约占全球 市场的 1∕3。预计 2020 年中国 IGBT 市场规模将超 200 亿元，年复合增长率约为 15%。国外企业如英飞凌、 ABB、三菱等厂商研发的 IGBT 器件产品规格涵盖电压 600V-6500V，电流 2A-3600A，已形成完善的 IGBT 产品系列。
功率器件种类较多，根据不同的器件特性分别应用于不同的应用领域。二极管晶闸管 等传统器件虽然是不可控或半可控器件，但优点是成本低，生产工艺相对简单，在大 量中低端领域还是大量使用。IGBT 等器件更多应用于高压高可靠性领域，器件结构 相对复杂并且生产工艺门槛高，成本相对较高，在轨道交通、汽车等领域广泛使用。
由于电路越来越复杂、越来越具有多样性，因此功率器件的种类也随之不断的多元化。 除去上述四种功率分立器件外，还有很多其他的功率半导体。功率半导体器件在中国 大陆的工业、消费、军事等领域都有着广泛应用，具有很高的战略地位，因此中国功 率半导体自主可控之路势在必行。
由于电路越来越复杂、越来越具有多样性，因此功率器件的种类也随之不断的多元化。 除去上述四种功率分立器件外，还有很多其他的功率半导体。功率半导体器件在中国 大陆的工业、消费、军事等领域都有着广泛应用，具有很高的战略地位，因此中国功 率半导体自主可控之路势在必行。
1.3功率半导体种类繁多，有多种分类方式
功率半导体种类繁多、用途广泛，因此从不同角度出发、根据不同用途，对功率半导 体有着不同的分类方法。一般而言，功率半导体可以从五个角度去分类:控制类型、 驱动方式、载流子类型、材料特性以及半导体的集成度。
1.3.1控制类型-不可控、半可控、全控型
控制类型是通过判断该功率半导体是否主动可控制其打开、关闭来进行分类，一般情 况下分为三类:不可控，半可控以及全控型。
1.3.2驱动方式-电流、电压、光学
驱动方式是根据该功率器件受何种动力因素而打开或者关闭，常见分为:电流驱动、 电压驱动与光控。
1.3.3载流子类型-单极型、多极型、混合型
载流子类型分类通常仅仅用在对功率器件运作机理的理论分析上，在市场上极少采 取此种分类方式。
1.3.4材料特性-从单晶材料过渡到化合物半导体材料
制作功率半导体器件的材料必须拥有一个足够大的禁带宽度，以确保在较高的工作 温度下，本征载流子浓度也不会超过轻掺杂区的浓度，避免器件紊乱。而随着禁带宽 度的增加，临界击穿电场也会增高，器件可以做到更高的耐压。当然，过大的禁带宽 度会导致杂质电离更困难，使自建电势和阈值电压增高。除去物理性质，制作功率半 导体器件的材料还被要求化学状态稳定。在功率半导体发展历史上，功率半导体可以 分为三代。
第三代半导体材料为未来发展的重点，但由于当前技术相对不是很成熟和高成本原因导致应用还并不普及，市场上主流的还是以硅为材料的功率半导体器件。
1.3.5 集成度-从分立器件发展至功率集成 IC
按照集成度可以分为功率半导体分立型器件、功率模组和功率集成电路三类。
功率分立器件由功率二极管、晶闸管等器件组成，为电路中最基本的元件。
功率模组往往为实现特定功能(如开关、电路保护等)而将一些分立器件的芯片组合 并重新组合绝缘得到。若将分立器件简单集中在一起，由于每个元件的散热片是同半 导体器件的一个主要端口相连接，因此必须相互隔离并用导线连接。这样在材料、体 积、生产工时等方面都是十分浪费的。
功率集成电路，是模拟集成电路的主要构成，主要是指由电容、晶体管、其他功率分 立器件等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。功率集成电路的主要构成电路有:放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。功 率集成电路，有着体积小、重量轻、引出线和焊接点少、寿命长、可靠性高、性能好、 成本低、便于大规模量产等优点。
1.4功率半导体通过晶圆制造获得成品
功率半导体器件的生产过程大致上可以分为:材料晶圆的制作，功率器件芯片的生产，对芯片的封装以及最后的下游应用这四个阶段。
1.5欧美日企业占据全球绝对主导位置
功率半导体的应用领域非常广泛，市场规模高达数百亿美元。根据Yole数据，2018 年全球功率半导体分立的器件市场规模为363 亿美元，预计到2022年达到426 亿美元，复合增长率为5.43%。
根据IHS 统计，2017 年英飞凌占据全球市场的18.5%，约为第二名安森美公司的两倍;此外，全球前五的企业均为欧日美的企业，加起来约占据全球份额的50%。前十的企业中也没有大陆地区的企业，目前在功率半导体行业中国企业还有很大的追赶空间。
中国大陆占有全球份额的 43%，且随着国内环保意识的逐渐增强，对功率半导体器 件的需也会逐渐增大。但是，中国大陆在功率半导体器件领域几乎处于全产业链落后 的被动局面，包含国际大厂产能在内的国内市场自给率大约只有 10%，而由本土企 业贡献的份额甚至只有 5%，这其中还包括了功率二极管等本土最具优势的中低端器 件，其余产品供应主要依赖进口实现。其主要原因，在于中国大陆企业受起步晚、技 术水平较低、产品线不齐全、企业规模小等因素，还处于追赶状态，远远落后于老牌 企业。
但目前本土企业也发展迅速，已基本完成了产业链的布局，且在功率半导体领域呈现 展现多点开花的良好形势。
2018年，中国半导体行业协会对国内的半导体厂商进行了评定，评选出了大陆十大 半导体功率器件厂商，这些厂商均以功率半导体器件为主营业务，且各有特色，如华 微电子的 IGBT 生产线、扬杰科技的“MCC”双品牌等。
除此之外，还有许多公司因其主要产品并非功率器件而未被收入该榜单，但实际上在 功率器件领域也已经有很大的发展。杭州士兰微在功率半导体领域已经形成分立器 件、功率 IC 等体系化产品构成;捷捷微电打造成国内晶闸管领域的龙头;三安光电 则在化合物半导体领域积极布局。2018 年底，闻泰科技收购安世半导体，成为国内 标准器件和功率半导体的龙头，这极大地增强了该公司在功率半导体领域的竞争力。
1.5.1 MOSFET 市场需求最大，依旧海外厂商占据主导
MOSFET是功率分立器件最大市场。根据 Yole 预测，在 2017 年，全球 MOSFET 市场规模为 58.35 亿美元，占总市场的 35.4%，功率 MOSFET 下游应用包含计算 机、消费电子等行业，因此在未来几年内，功率 MOSFET 将依旧保持着增长的势头。 但在全球竞争格局之中，功率 MOSFET 几乎集中在国际大厂之中，英飞凌、安森美 和瑞萨加起来占据了全球市场的仅 50%。
1.5.2 IGBT 市场成长迅速，国内外差距巨大
作为新能源汽车、高铁动车、智能电网等新兴产业不可缺少的一部分，IGBT 在上世 纪八十年代被设计出来之后，就开始了飞速发展的道路，并逐步成为功率半导体分立 器件的核心所在。
根据 Yole 预测，在 2018 年，全球 IGBT 市场(包括 IGBT 与 IGBT 模组)规模约为 48.97 亿美元，占功率半导体分立器件市场的 25%，此外，由于 IGBT 是新能源车必 不可缺的半导体器件，下游依旧保持着强劲的增长。但在全球竞争市场之中，IGBT 是英飞凌、三菱、富士电机等国际厂商的天下，此三家就已经占据全部市场份额的 50% 以上。
而在大陆地区，数据显示 2017 年中国 IGBT 的需求量为 6680 万只，而产量却仅有 820 万只，绝大多数依靠着进口。而 IGBT 又是轨道交通、智能电网等中国重点发展 行业不可缺少的一部分，因此在未来这个缺口会进一步的增大。
1.5.3功率集成 IC 领域欧美企业领先全球
电子电力系统均离不开电源供应，因此电源管理芯片(包括标准的功率 IC 以及模拟 ASSP 用途的功率 IC)也是功率半导体领域的中流砥柱，市场规模庞大。根据IHS的统计数据，2017 年全球功率 IC 市场的总市场规模为 236 亿美元，其中德州仪器 独占鳌头，拥有 15.9%的市占率，高通以 8.1%排名第二，英飞凌 7.6%排第三。前 十均为欧日美大型企业。而在中国对功率 IC 的需求同样巨大，根据集邦咨询最新数 据，2018 年中国大陆地区电源管理 IC 市场规模为 717 亿元人民币，较 2017 年同比 增长 8%。市场研调机构 TMR 预估，2013~2019 年全球电源管理 IC 市场年复合增 长率(CAGR)将达 6.1%。2012 年全球电源管理 IC 市场规模达 299 亿美元，到 2019 年预估规模将成长到 460 亿美元。
功率 IC 作为模拟 IC 的主要构成部分，其充分体现了模拟集成电路行业的四个特点: 从需求端角度，下游需求分散，产品生命周期较长;从供给端角度，偏向于成熟和特 种工艺，目前以八寸产线为主，部分国际大厂已经实现 12 寸功率产线的量产;从竞 争端角度，竞争格局分散，厂商之间竞争压力小;从技术端角度，行业技术壁垒较高， 重经验以人为本。
2.能源管理时代下游行业蓬勃发展带来旺盛需求
功率器件是进行功率处理，具有处理高电压，大电流能力的半导体器件。典型的功率 处理包括变频、变压、变流、功率管理等，所以功率器件几乎用于所有的电子制造业。 目前功率半导体的应用范围已从传统的工业控制和 4C 产业(计算机、通信、消费类 电子产品和汽车)扩展到新能源、轨道交通、智能电网等新领域。Gartner 统计数据 显示汽车行业越来越成为下游主要需求方。随着功率半导体器件性能的提高以及各 产品追求低功耗和高能效比，光伏、智能电网、汽车电子、5G 通讯等热点应用领域 将在推动功率半导体行业稳定发展的同时，进一步优化下游市场结构。
与国际市场相比，中国汽车电子的应用比例小于国际市场，但随着新能源汽车在国内 的逐渐推广以及配套充电站的普及，汽车电子有望成为功率半导体行业的突破口。
2.1新能源汽车高速发展带动汽车功率半导体需求增长迅猛
功率半导体特别的是 MOSFET 和 IGBT，是汽车电子的核心。无论是在汽车引擎中 的压力传感器，或者驱动系统中的转向、变速、制动，抑或是车灯、仪表盘等仪器的 运作控制，都离不开半导体功率器件。
相对传统燃油车，新能源汽车功率半导体使用量更大。根据 Strategy Analytics 的分 析，在传统内燃机车上，功率半导体价值为$71，占据车用半导体总价值的 21%;而 对于混合动力车，则在传统内燃汽车基础上新增的功率半导体价值为$354，占据新 增总价值的 76%;在纯电动车上，功率半导体价值为$387，占据车用半导体总价值 的 55%。
2.1.1政策扶植叠加汽车智能化，新能源车市场需求大幅扩大
新能源汽车消费增长迅速，带动汽车电子消费。在 2007 年，国内新能源汽车的总生 产量为 2,179 辆，而在 2017 年，国内生产量已经达到了 819,991 辆，年复合增长率 达到了惊人的 93%，且同比增长均稳定在 50%以上。而新能源汽车销量则从 2011 年的 15,736 辆增长到了 2018 年的 6,185,699 辆，年复合增长率为 111%。
2.1.2充电桩市场受益于电动车消费增长快速
作为新能源汽车不可缺少的配套措施，汽车充电桩也是对功率半导体增长的驱动力 之一。目前汽车充电桩的核心功率模块有两种:一种是采用 IGBT 芯片;另一种为采 用 MOSFET 芯片。国家能源局在《电动汽车充电基础设施建设规划》草案中提出， 到 2020 年国内充换电站数量将达到 1.2 万个，充电桩达到 450 万个。中国产业信息 研究院数据预计到 2020 年国内充电桩功率器件市场规模有望超过 35 亿元。
2.1.3应用需求驱动碳化硅等器件良好发展前景
宽禁带功率半导体的研发与应用日益受到重视，其中碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN) 以高效的光电转化能力、优良的高频功率特性、高温性能稳定和低能量损耗等优势， 成为支撑信息、能源、交通、先进制造、国防等领域发展的重点新材料。
GaN功率半导体的市场应用领域偏向中低电压范围，集中在 1000V 以下。在射频通 信方面，GaN 技术正助力 5G 通信的发展。5G 技术不仅需要超带宽，更需要高速接 入，低接入时延，低功耗和高可靠性，以支持海量设备的互联。GaN 功率器件可以 提供更高的功率密度、更高效率和更低功耗。
SiC功率半导体在 1000V 以上的中高电压范围内更具优势。在满足同等性能要求时，采用具有高温、高压、高频优势的碳化硅材料制作的功率器件，可以比硅材料的更薄、 更轻、更小巧。而碳化硅的高温、高压、高频的优势恰好满足新能源汽车的应用需求。
相较于硅器件，SiC 器件在新能源汽车上的使用有三个优点:
第一， 在相同电池包的情况下能带来里程的提升;
第二， 减小电动车的重量;
第三， 提高车的功率密度。
因此随着新能源车的发展，碳化硅器件性能上的优势将推进碳化硅器件市场规模的 扩张，也将促使更多的功率半导体企业将目光聚焦在碳化硅器件上。
随着 5G 建设和逐步商用，GaN 市场迎来高速发展。Yole 预计到 2023 年射频 GaN 的市场规模将大幅扩张 3.4 倍达 13 亿美元，2017~2023 的年复合平均成长率 CAGR 为 22.9%。2016 年全球 GaN 器件市场规模 165 亿美元，到 2023 年将达到 224.7 亿 美元。同时 Yole 预计全球 SiC 功率半导体市场将从 2017 年的 3.02 亿美元成长至 2023 年的 13.99 亿美元，2017~2023 年的市场规模年复合成长率(CAGR)为 29%， 推动力来自混合动力及电动汽车、电力和光伏(PV)逆变器等方面的需求。
2.2制造业升级，工业自动化促进功率半导体需求稳步增长
工业领域是功率半导体的支柱领域之一，拥有着庞大的功率半导体市场。根据中商 产业研究院的数据，全球的工业功率半导体的市场规模在 2017 年为 98 亿美元，并 将在 2020年达到 125 亿美元，且增长速度十分稳定，均维持在 8%左右。功率半导 体在工业领域，主要发挥着控制电压、电流和变频的作用。
2013年德国提出了工业 4.0 的高科技计划，也被称为第四次工业革命。其核心在于 是智能集成感控系统，可以主动排除生产障碍，此外在中国制造升级以及美国制造业 振兴计划中，也都重点强调了这一点。可见高度自动化以及智能化将会是现在以及未 来世界工业发展的核心所在。而功率半导体则是实现自动化中不可缺少的一块，从控 制到加工，都离不开安全、高效的功率IC以及传感器。因而世界范围内政策上的扶 持将会增大对功率半导体的需求，从而扩大功率半导体的市场。
2.3家居市场变频化智能化提升功率半导体需求
消费类电子也是功率半导体器件供应的重要领域。除了传统手机产品，家用电器产品 如电视机、电脑、冰箱、空调、照明等均开始步入节能降耗的时代，变频家电以及智 能家居则是当下最为热门的概念。
2.3.1变频家电更优能耗，市场快速增长
相对于传统的家电产品，变频家电产品在能效、性能及智能控制等方面有明显的先 天优势，主要应用于空调、微波炉、冰箱、热水器等耗电较大的电器。例如，变频冰 箱其冻能力比普通冰箱提高 20%，节能比普通冰箱提高 40%左右，而噪音则降低了 2~3dB。
变频家电的市场前景广阔。根据 IHS 的数据，2017 年全球家用电器销量约 7.11 亿 台，其中可变频家电数量为 2.44 亿台，占比为 34%。预计到 2022 年可变频家电销 售量将达到 5.85 亿台，占比达到 65%。
英飞凌的数据显示从不可变频家电到变频家电，单位家电中的半导体价值从$0.79 增 长到$10.67，且绝大部分的增加价值均属于功率半导体，因此全球家用电器变频化也 将推动家电领域功率器件的发展。
2.3.2智能家居逐步普及激发功率半导体系统化解决方案需求
智能家居是物联网的朝阳产业，它通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设 备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、网络家电等)连接到一起，提供家 电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、 红外转发等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能， 兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能。但要做 到“智能”，就需要配备合适的功率半导体解决方案的设备和系统，它们使得智能家 居的各个器件能够准确的收集实时数据并做出及时相应。
根据 ABI 市场数据的研究预测，全球智能家居市场规模将从 2016 年的$300.2 亿美 元增长到 2022 年的 1254 亿美元，年复合增长率达到 25%。而在中国，智能家居的 渗透率仅仅占据 0.1%，远远落后于美国(5.8%)等发达国家。但随着经济的增长以 及国民对生活质量要求的不断提高，智能家居在中国将会获得迅速发展。根据中国产 业信息网的分析，预计在 2020年，中国的智能家居渗透率将达到 0.5%，且整体的 总市场规模也将超过千亿规模。
2.4 5G 通讯建设和设备升级促进大量功率半导体需求
通讯行业也是功率半导体行业的一大终端市场，常规应用包括信号基站、交换机、光端机、路由器等。其中信号基站占据半壁江山。
5G 通信对功率半导体的刺激作用主要在两个方面，一方面是 5G 是高流量数据处理， 5G 基站能耗是 4G 基站的 3 倍，本身 5G 时代的基站建设带来更多的电源管理需求， 从而刺激功率半导体的需求;另一方面是 5G 时代相应消费电子设备如手机对功率 半导体的需求有显著增长，PA 单机数量增加会促进砷化镓功率器件需求，5G 手机 端大数据流也将推动手机电源管理 IC 的需求。5G 的核心技术 Massive MIMO 中， 对由功率 MOSFET 构成的射频器件的需求量大大提升。据中国产业信息研究院的数 据，通讯功率半导体市场将从2017年的 57.45 亿美元上升到 2021 年的 70.81 亿美 元。增速也从 3.38%增长至 7.35%。当前 5G 正处于建设阶段并将逐步商用，相较 于 4G，数据传输速率和延迟均有着更高的要求，这强有力的推动了通讯领域功率半 导体的发展。
2.5智能电网和光伏发电进一步推动功率半导体发展
功率半导体在新能源领域也有较多应用，例如光伏发电和智能电网。具体而言，在发 电过程中，光伏电池板产生的电流产生的是直流电，而由于太阳光强弱会改变等特性， 其产生电流也往往不稳定，无法直接输送入电网之中，因此需要有 MOSFET、IGBT 参与的整流器、逆变器。而在电流传输过程之中，如采用高压直流输电，则需要大功 率晶闸管、大功率 IGBT等功率器件，而采用柔性交流输电技术也需要大量使用 IGBT 等功率半导体器件。而在进入家庭之前，需要将高压电降至家用电压，而功率半导体 更是电力电子变压的关键器件。在风力发电过程之中，同样也大量的需要功率半导体。
智能电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。基于半导体技术与电力 技术的融合，其增强了电网的灵活性和可靠性，是智能电网的先进控制和调节手段。 传统的机械式控制手段，响应速度慢、不能频繁动作、控制功能离散，而大功率电力 电子器件作为智能电网的核心部件具有更强、更快、更有效的功能特点，最终使得智 能电网实现电力高效节能的传输。
传统能源消耗对地球造成不可逆的破坏，因而新型能源越来越受重视，近些年新能源 市场发展快速，从全球范围来看，风能太阳能发电增长都十分稳定和快速。风力发电 消费量从 2008 年的 219.12 亿万瓦时增长到了 2017 年的 1122.7 亿万瓦时，年复合 增长率达到 17.7%;光伏发电从 2008 年的 12.22 亿万瓦时增长到 2017 年的 442.64 亿万瓦时，年复合增长率更是超过了 43%。
3.产业政策护航，功率半导体是中国“芯”的最好突破口
3.1发达国家对中国技术封锁由来已久，中国芯自主可控势在必行
《瓦森纳尔协定》允许成员国在自愿的基础上对各自的技术出口实施控制，但实际上 成员国在重要的技术出口决策上受到美国的影响，中国、伊朗、利比亚等均在这个被 限制的国家名单之中。在中美高技术合作方面，美国总是从其全球安全战略考虑，并 以出口限制政策为借口，严格限制高技术向中国出口。美日欧等国家在高端技术领 域对中国进行了严密的封锁，其中包括部分高技术功率半导体器件，例如抗辐照 MOSFET、宽带大功率高频氮化镓功率管。
2019年，特朗普宣布将华为纳入出口管制“实体名单”，美国将全方位对华为进行技 术禁运，根据 2018年底华为公布的 92 家核心供应商名单，美国有 33 家，主要为半 导体和软件公司;而随着中美贸易战的不断升级，除去美国公司外，部分欧美公司受25%材料或技术来源于美国影响也被迫中止合作。核心芯片的缺失导致大陆半导体 产业链面临“卡脖子”风险，关乎国家战略安全，我国半导体国产化之路势在必行， 对应的国内半导体企业也将迎来发展良机。
3.1.1应对技术封锁，大陆积极出台政策支持产业技术突破
为了打破西方国家的技术封锁，中国陆续出台了多项政策以支持半导体行业的发展。 早在 1988年，国家科技部组织实施了“火炬计划”以充分发挥中国科技力量的优势 与潜力来促进中国高新技术的发展，扶持了诸如“台基股份”、“泰科天润”等功率半 导体公司的发展壮大。2006 年国务院在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006- 2020 年)》中提出《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》项目，因次序排在国家 重大装箱所列16个重大专项第二位，在行业内被称为“02 专项”，其目标为在集成 电路相关技术上缩小与世界先进水平的差距。02 专项提出至今已经有十多年，项目 支持了许多企业功率半导体技术的发展
3.1.2集成电路大基金为产业公司注入新鲜血液，助力企业长期发展
2014年 6 月，国务院颁布了《国家集成电路产业发展推进纲要》，提出设立国家集成电路产业基金(简称“大基金”)，将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。
大基金一期 – 2018.05)已经投资完毕，总投资额达到 1387 亿元，累计决 策投资项目达到 70 个左右，涉及公司 52 家，投资范围涵盖集成电路产业上、下游 各个环节。其中，集成电路制造占 67%，设计占 17%，封测占 10%，装备材料占 6%。受政策扶持影响，集成电路制造业进入高速增长阶段。
大基金二期也已进入募资阶段，据主流媒体报道二期规模会超过一期，达到1500亿 元以上，中国证券报称二期募资将超过 1500 亿人民币;经济参考报预计二期目标是 募集 1500亿-2000 亿元;华尔街日报则预计二期募集将达474亿美元，合计人民币 约 3000 亿。产业大基金政策的扶持将继续为集成电路产业的发展注入强大的动力。
在功率半导体领域，大基金也进行布局支持产业发展。2016 年 2 月 3 日，杭州士兰 微发布公告，公司将与国家集成电路产业投资基金股份有限公司共同投资建设8英 寸芯片生产线，共增资 8 亿元，公司增资 2 亿，大基金增资 6 亿。此外三安光电控 股股东三安集团与大基金签订了股份转让协议，截至 2019 年一季度，大基金持有三 安光电股份比例 11.3%，为公司第二大股东。大基金投资范围涵盖产业链上下游，功 率半导体作为其中一个重要分支也获得产业基金的支持。
除国家集成电路产业投资基金外，多个省市也相继成立或准备成立集成电路产业投 资基金，目前包括北京、上海、广东等在内的十几个省市已成立专门扶持半导体产业 发展的地方政府性基金。截止 2019 年 5 月，由大基金撬动的地方集成电路产业投资 基金已达 5836 亿元。
3.2功率半导体是国产芯片最好的突破口
3.2.1功率半导体潜在市场期待本土化
中国是全球最大的半导体消费国，但各类半导体器件和芯片的自给率低。大陆地区虽 然已诞生数家功率半导体企业，但产品主要集中在中低端领域，各类功率半导体器件 和功率 IC的国产化率不足 50%。
尽管大陆功率半导体市场需求占全球市场约 40%，但国际巨头占据国内市场绝大部 分份额，全球市占率靠前的企业中并没有来自本土。2017 年全球营收规模最大的功 率半导体厂商英飞凌在中国实现的营收是国内半导体厂商华微电子的8倍。Yole 数 据显示 2017 年大陆功率半导体产品国产化率均低于 50%，进口可替代空间巨大。随 着中兴华为事件的持续，下游国产厂商对功率半导体国产替代意愿明显，这将有利于 国产功率半导体厂商更容易进入下游客户的产品验证。
3.2.2新一代半导体材料初步发展，中国企业已开始布局
自从 1957 年第一个硅二极管问世以来，硅材料由于其稳定的性质、制取方法简单、 低廉的成本等因素，迅速成为功率半导体核心材料，但硅器件性能已经逐渐接近其物 理极限。但随着科技的发展，轨道交通、智能电网对功率半导体提出了更高耐压的需 求，工业控制、5G 设备则需要更高的响应频率。
第三代半导体材料可以满足现代社会对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等新要 求，且其拥有体积小、污染少、运行损耗低等经济和环保效益，因此第三代半导体材 料正逐步成为发展的重心。当前主流的第三代半导体材料为碳化硅与氮化硅，前者多 用于高压场合如智能电网、轨道交通;后者则在高频领域有更大的应用(5G 等)。功 率半导体市场主体被国外公司主导，在新一代半导体材料上国内公司也已取得一定 成就，正在积极追赶。
在碳化硅方面，国内公司已经逐步形成完整产业链，可以生产新一代的碳化硅功率半 导体;在氮化镓方面，国内目前诸多高等院校、研究机构、公司厂商，已经进行了大 量研究，拥有大量的专利技术;在氧化锌方面，国内已经成功生长出近两英寸的单晶 片，处于世界领先水平。
作为第三代半导体的代表材料，碳化硅市场发展迅速。据 IHS 数据，2017 年的碳化 硅市场总量为 3.99 亿美元，而在 2023 年将会达到 16.44 亿美元，年复合增长率达 到 26.6%。其中，发展最大的是新能源汽车领域，年复合增长率达到了惊人的 81.4%。
从二十世纪九十年代开始，碳化硅材料开始进入市场化。Cree 上世纪末就开始进行 碳化硅的研发工作，并在世界各国申请了多项专利，造成技术上的垄断，制约了其他 公司的发展;罗姆半导体从 2000 年开始对碳化硅技术的研究，并在 2009 年收购了 SiCrystal;英飞凌拥有雄厚的资本优势，这导致目前碳化硅市场主要由这三家把控。 而碳化硅晶圆市场，则更是几乎由科瑞、罗姆半导体、II-VI 国际公司垄断。
在国内如扬杰科技、中车、中电 13 所等公司及研究机构也加大对碳化硅器件的研究， 逐步打破国外公司的封锁，目前也已经形成完整的碳化硅产业链——即上游衬底、中 游外延片、下游器件制造。
与碳化硅相比，氮化镓适用于超高频功率器件领域，氮化镓器件最高频率超过106 Hz，功率在1000W左右，开关速度是碳化硅的四倍。但氮化镓目前尚处于起步阶段，市场规模较小。但随着5G 时代的到来、无线充电技术的兴起、电网对输电性能要求提高将给予氮化镓功率器件市场爆炸式增长。IHS 预测，在 2018 年，氮化镓功率器件 市场规模约为 9000 万美元，但在 2027 年时，将会突破 10 亿美元。
氮化镓处于刚刚起步状态，市场格局尚不明朗。但可以根据研究机构、公司拥有氮化 镓的专利情况去预测。根据 Knowmade的数据，截止 2018 年底，全球氮化镓专利 族拥有数量最多的依旧是科瑞、东芝这些国际厂商，但中国企业也已占据一席之地: 中国中车排名第四，西南电子科技大学排名第八，前十五名中共有五家中国机构。而 在纳入了专利的技术含量、实用性等性能的考量之后，根据Yole的数据，中国企业 依旧占据一席之地。
除在专利技术上紧跟世界前沿外，从单晶衬底、晶圆代工，到外延片技术，在到功率 器件或者射频器件的生产等环节，中国企业也已开始了全产业链的布局。
在产业链之中，国内不少公司也掌握着较为独到的技术，如纳维科技是国际上为数不 多能批量提供 2英寸氮化镓单晶产品的单位;士兰微也即将具备 8 英寸氮化镓功率 器件制造技术;三安光电更是早早就布局新一代半导体材料技术，目前是国内唯一一 家有能力批量制造氮化镓外延和芯片的企业。
氮化铝相较于氮化镓拥有更高的热导率，更容易实现半绝缘;而与碳化硅相比，则晶 格失配更小，有效提高器件性能。氧化锌的激子束缚能比其他材料高很多，使得其在 室温下更稳定，且激发效率更高，是一种在国防建设与经济上都有重要应用的多功能 晶体。氮化铝、氧化锌等第三代半导体材料目前还处于实验室阶段，尚未进入在市场 上形成完整产业链。
整体而言，第三代半导体技术尚处于发展状态，还有许多不足之处。以当前运用程度 最高的碳化硅为例，其技术上尚有几个缺陷:
- 材料成本过高。目前碳化硅芯片的工艺不如硅成熟，主要为 4 英寸晶圆，材料的 利用率不高，而 Si 芯片的晶圆早已经发展到 12 寸。具体而言，相同规格的产品， 碳化硅器件的整体价格达到硅器件的 5-6 倍。
- 高温损耗过大。碳化硅器件虽然能在高温下运行，但其在高温条件下产生的高功 率损耗很大程度上限制了其应用，这是与器件开发之初的目的相违背的。
- 封装技术滞后。目前碳化硅模块所使用的封状技术还是沿用硅模块的设计，其可 靠性和寿命均无法满足其工作温度的要求。
3.2.3平衡产业链上下游，减少进口依赖
据 IBS 预测，人们对于电子化智能化生活要求的提高，未来中国半导体市场将进一 步扩大，预计在2027年可达 5000 亿美元,市场前景可期将为国内半导体公司带来发 展机遇;但也面临挑战，半导体公司创新技术不足或将面临淘汰。目前国内半导体市 场规模占全球 41%，而本土半导体产业供应仅为 12%，其中包括产业链上游无晶圆 芯片设计销售占全球 11%与产业链下游纯晶圆代工厂的 7%。
我国半导体产业链及不平衡，下游领域我国在应用层面已十分成熟，但在中上游领域 远远落后与国际先进水平，这使得本国上游企业无法满足下游领域旺盛的需求，只能 大量依赖进口，依赖比例近 90%。突破技术难关，提升产品质量，实现进口替代将 一直是我国半导体行业发展方向。
3.2.4国产厂商厚积薄发，逐步获得阶段性成果
2017年中国功率 MOSFET 市场规模 26.39 亿美元，占据全球 67.12 亿元市场规模 的 39.3%，中国功率 MOSFET 市场需求量与中国企业供给量存在巨大差距，中国功 率 MOSFET 行业存在进口替代空间。
MOSFET领域国内厂商在中低端领域逐步实现进口替代。大陆企业凭借较强成本控 制能力在中低端领域逐步打开市场，实现进口替代。MOSFET 领域也有通过外延并 购方式获得国际领先厂商先进产能和技术的案例，如原恩智浦标准器件部门被中国 资本收购成为独立公司安世半导体，现被上市公司闻泰科技收购。外延方式获得先进 厂商是实现大陆功率半导体技术飞跃发展的捷径，但在新国际形势下这种途径无疑 变得越发困难，自主创新依旧是中国的必走之路。
IHS数据显示，中国功率 MOSFET 供应商排名依旧是英飞凌、安森美、瑞萨等国际 先进厂商排名靠前，但也可以乐观的看到国内安世半导体、士兰微等企业上榜，表明 国内企业产品已得到市场认可，尤其安世半导体作为前 NXP 旗下部门，已掌握高中 低端全系列分立器件和功率器件技术，未来将继续引领国内企业向国际厂商占领的 市场发起挑战。
随着国内的持续研发投入，近几年国内 IGBT 技术发展取得不错的进步，国外厂商 垄断状况有所打破，已取得一定的成果:
- 中车集团的西安永电电气公司生产的 6500V/600A IGBT 功率模块已成功下线， 使其成为全球第四个、国内第一个能够封装 6500V 以上电压等级 IGBT 的厂家。
- 华润上华和华虹宏力基于 6 英寸和 8 英寸的平面型和沟槽型1700V、2500V 和 3300V IGBT 芯片已进入量产。
- 士兰微电子推出了应用于家用电磁炉的1350VRC-IGBT系列产品。士兰微电子 的 600V 单管 IGBT 产品已经在电焊机和 IPM 领域大规模应用。
- 比亚迪发布车规级 IGBT4.0，电流输出能力较当前市场主流的 IGBT 高 15%; 而在同等工况下，综合损耗降低了约20%
IGBT领域市场端国内厂商尚未形成规模。由于 IGBT 开发难度大，产品验证周期长， 可靠性要求极高，产品替代周期蛮长，作为起步晚的国内企业还面临技术和市场的双 重困难。IHS数据显示，中国功率 IGBT 供应商排名前十几位均为传统 IGBT 海外厂 商，尚没有本土企业身影。随着国内企业技术的不断突破，未来在市场端将逐步出现 本土企业身影。
3.2.5国际厂商供不应求，国内厂商接机攻入市场
受 8 寸硅晶圆缺货价格上涨和国际厂商产能向汽车等高端产业切换等因素影响，导 致 2017 年以来 MOSFET、IGBT 等功率器件一直呈现紧缺上涨形势，交期延长。根 据富昌电子最新的市场行情分析报告显示，低压MOSFET、高压 MOSFET 在 2019 年一季度仍然表现出交期延长且价格上涨的趋势。这也为国内企业进入市场创造良 好的机会，我们也看到士兰微等企业2018年器件收入实现 28.5%的同比增长。
3.3海外龙头深耕细作长期占据行业顶尖位置
目前在功率半导体市场方面，由于国际厂商起步更早，并且通过行业间的相互整合， 已发展成规模体量巨大的国际巨头，国际厂商制造水平遥遥领先，占据市场主要份 额。在功率分立器件以及功率模组方面，英飞凌连续十五年独占鳌头，占据着全球最 大市场份额，而在模拟和功率IC方面，德州仪器已连续三年排名该领域世界第一。
根据 IHS 统计的调查显示，在当下市场前景较好的 IGBT 器件和 IGBT 模块方面、市 占率前十均为国际厂商，英飞凌在该领域占据 IGBT 领域统治地位，分别以 38.5% 和 32.6%的市场份额遥遥领先其他企业，是第二名富士电机的三倍以上。英飞凌凭 借优秀的产品品质充分享受中国轨道交通的发展红利，中国的动车组和高铁就大量 使用的是英飞凌的 IGBT产品。一辆 8 节编组动车包含 128 个英飞凌 IGBT 模块为 整个列车提供了 10 兆瓦的功率，每辆列车共装有 4 台变流器，每台搭载了 32 个英 飞凌 IGBT 模块。每个模块含 24 个 IGBT 芯片和 12 个二极管芯片，每个模块标称电 流 600 安，可承受 6500 伏高的电压。
在 MOSFET 领域，英飞凌同样占据世界领先位置，2017 年市场份额 26.3%，超过 第二名的 2 倍。公司还是全球汽车级 MOSFET 的领导者，在 2015-2016 财年，公 司售出超过 15 亿颗汽车级 MOSFET 器件，全球每款新车平均配备了 18 颗英飞凌 MOSFET 器件，而在高端电动汽车中数量则高达 250 颗。IPM 内置的驱动和保护电 路使系统硬件电路简单和可靠，IPM 模块广泛用于驱动电机，在 IPM 模块方面，三 菱电机领先全球，该领域同样没有国内企业身影。
3.3.1英飞凌(Infineon)-全球功率半导体分立器件航母：略
3.3.2德州仪器(TI)-全球模拟 IC 和功率 IC 的巨头：略
……
3.3.3他山之石可以攻玉，国际大厂发展路径值得借鉴
公司逐渐崛起成为龙头企业或许有着其不可复制的偶然性与巧合，但在这些背后所透露出来的发展理念以及共性值得学习。
精简业务组合，加强优势产业
第一个集成电路就诞生于德州仪器，从此德州仪器一直是集成电路行业的领跑者，但 随着集成电路产业的快速激增，德州仪器的发展速度无法跟上，于是德州仪器放弃了 在数字电路上的广大市场，专心发展于模拟集成电路这一领域;而由于模拟 IC 的多 元化导致模拟 IC 的种类不断的增多，因此德州仪器也不停的开展对其他相关公司进 行并购来进入模拟 IC 领域的新赛道，以保障其龙头地位。
英飞凌的例子也，从其上市开始，便在不停地剥离劣势产业，如奇梦达、光纤部门、 通信部门等，将全部精力放在功率半导体器件上，而在其成为功率半导体龙头之后， 再对本身较为强势的车用半导体以及智能卡进行加强，其智能卡领域在 16 年超越 NXP 成为龙头，以及在 2019 年完成对 Cypress 的收购后，预计在 2020 年将成为 车载半导体领域的龙头。
强调科研开发，重视人才招纳
德州仪器十分重视科研开发。在 1952 年，电子行业尚未兴起之时，德州仪器便开始 进行晶体管的制造与销售，并随后建立了中央研究室。而第一个商用硅晶体管、第一 个集成电路、第一个逻辑芯片等当下半导体的核心器件都诞生于此。而现在，TI 与
七十几所大学合作，共设立了近百个实验室。同时，德州仪器每年投入近百亿人民币 进行科研开发所用，占其公司总营收的 10%。
相较于一路领跑的德州仪器，英飞凌的发展则更具说服力。在 1999 年英飞凌刚刚上 市之时，英飞凌在科研投入占据其总营收的 35%!而后面，随着企业规模的不断扩 大，虽然其在诸如生产、销售上的成本不断提高，导致其科研投入占比不断下降，但 其净科研投入规模却始终保持增长状态，2018 年英飞凌在科研上投入8.36亿欧元， 约为人民币 65 亿元，约占营业收入比例为 11%。
对比海外功率半导体公司，国内的功率半导体公司无论是在研发投入比例上除少数 公司外均低于海外公司，这也与本土企业盈利能力不强有关，只有开发出有竞争力的 高附加值产品，为企业创造利润，进而能带动研发投入增加，形成良性循环。
借助资本力量，外延式并购打造强大平台
无论是英飞凌还是 TI，在公司成长过程中均通过 IPO 上市进行募资，后续又不断进 行外延式并购和扩张，深耕公司优势主业。
半导体产业技术门槛高，技术积累周期长，外延式并购可以一方面快速获得更多的核 心技术和优秀团队，围绕主业打造专利护城河，提高行业进入门槛，另一方面半导体 领域技术创新容易快速引发行业格局变化，外延式并购也达到消除潜在竞争对手的 目的，并且对于上市公司而已外延式并购可以快速增厚公司业绩，增强投资者信心， 进一步利于公司融资再投资。
4.投资逻辑
4.1投资主线
国内功率半导体产业发展逻辑:
- 功率半导体全球来看并非寡头垄断，功率器件和电路应用十分广泛，细分领域和 产品多而分散，市场多样化，研发投入相对低是最突出的特征，公司运营风险相 对低，因此国内企业具备进入该领域的机会，在特定领域或细分方向国内企业可 以找准赛道打造自身优势，形成细分领域的竞争优势。
- 国内企业规模和技术普遍大幅弱于国际厂商，国际大厂还具备专利优势，但功率 半导体发展历史久远，很多基础器件专利已过期，国内企业可以针对相关产品在 前人成果基础上进行突破和创新将更加高效。另据华润微电子测算，全球功率半 导体技术人才 20%为华人，通过人才的流动和引进，国内企业已逐渐掌握相关技 术的 Know-how。
- 功率半导体产品追求高可靠性，制程要求低于数字电路或存储领域，并不遵循摩 尔定律，这为制造端国内企业追赶国际厂商留出机会。但客户端壁垒更高，功率 半导体的验证周期长，成本敏感度低，但国内厂商在服务和交期上可以建立优势， 下游市场在大陆，在产品品质做到一致的情况下，服务端做到及时和高效，交期 优于国际厂商，国内厂商还是会逐步赢得市场认可和客户订单。
- 华为、中兴事件反应国际厂商对我国先进技术封堵之心昭然若揭，以市场换技术 的路径将越来越难，半导体自主可控已上升至国家战略层面，下游厂商担忧芯片 过度依赖海外厂商，卡脖子风险将会造成公司停摆，因此国内半导体厂商迎来黄 金发展期，客户端验证将易于从前。但当前产业最大瓶颈不在于技术，而是人才 缺乏，当前有国内政策支持，人才团队引进将变得相对容易，并伴随资本持续进 入该领域，行业人才的待遇将得到改善，也将吸引更多的人才进入该领域。
现今新能源已成为功率半导体最大的市场，尤其是在新能源汽车需求持续走高的条 件下，市场对于功率半导体的需求量呈现稳步上涨。在轨道交通、智能电网以及变频 家电等领域，功率半导体市场表现也十分活跃。纵观整个功率器件市场，行业领先企 业均为欧美日厂商，如英飞凌、NXP、TI、瑞萨等，国内仍处于起步阶段。伴随政策 和资本市场的支持，国内半导体产业发展路径将更加清晰，市场的需求和进口替代的 紧迫性将促进国内企业逐步成长壮大。目前国内功率半导体发展已取得一定成绩，但 进口依赖程度依旧很高，国内企业有巨大成长空间，我们推荐关注研发实力较强并有 自主制造能力的国内公司，重点关注业绩稳定可持续的企业。
4.2 重点公司：略
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（报告来源：国元证券；分析师：刘单于）