功率半導體:國產替代迎黃金機遇

功率半導體是電力電子技術的基礎,也是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心器件,主要用於改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等。應用範圍覆蓋工業控制、4C領域(Computer計算機產品、Communication通訊產品、Consumerelectronics數碼家電、COM網絡產品)、新能源車、光伏、智能電網等領域。

中國是全球最大的功率半導體消費國。根據IHS數據,2018年,我國功率半導體市場規模達到138億美元,增速為9.5%,佔全球需求比例高達35%。2021年我國功率半導體市場規模有望達到159億美元,年複合增長率達到4.83%,超過全球功率半導體增長速度。

功率半導體:國產替代迎黃金機遇

功率半導體產品可以分為功率分立器件、電源管理IC和功率模組三大類。

根據Yole Development的數據,2018年全球功率半導體中分立器件/模組/功率IC佔比32.7%、13.3%和54.0%。

分立器件主要包括功率二極管、功率三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等半導體功率器件產品;其中,MOSFET和IGBT屬於電壓控制型開關器件,相比於功率三極管、晶閘管等電流控制型開關器件,具有易於驅動、開關速度快、損耗低等特點。

對國內市場而言,功率二極管、功率三極管、晶閘管等分立器件產品大部分已實現國產化,而MOSFET、IGBT等分立器件產品由於其技術及工藝的先進性,還較大程度上依賴進口,未來進口替代空間大。

IHS Markit預測,MOSFET和IGBT是未來5年增長最強勁的半導體功率器件。

功率半導體:國產替代迎黃金機遇

MOSFET全稱金屬氧化物半導體場效應管,是一種可以廣泛使用在模擬與數字電路的場效應晶體管。MOSFET具有高頻、驅動簡單、抗擊穿性好等特點,應用範圍涵蓋電源管理、計算機及外設設備、通信、消費電子、汽車電子、工業控制等多個領域。

IGBT全稱絕緣柵雙極晶體管,是由雙極型三極管BJT和MOSFET組成的複合全控型電壓驅動式功率器件。IGBT具有電導調製能力,以及較強的正向電流傳導密度和低通態壓降。IGBT的開關特性可以實現直流電和交流電之間的轉化或者改變電流的頻率,有逆變和變頻的作用,應用於逆變器、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

IGBT是新能源汽車電控系統和直流充電樁的核心器件,成本佔到新能源汽車整車成本的10%,佔充電樁成本的20%。由於未來幾年新能源汽車/充電樁等新興市場的快速發展,IGBT等半導體功率器件將迎來黃金髮展期。

中國產業信息網數據,到2020年全球IGBT單管市場空間達到60億美元左右,預計未來五年我國新能源汽車和充電樁市場將帶動200億元IGBT模塊的國內市場需求。

功率半導體:國產替代迎黃金機遇

電源管理IC在電子設備中承擔變換、分配、檢測等電能管理功能,有提升集成度、模塊化、數字化的發展趨勢,同時GaN、SiC等新型材料研發與應用也為電源管理IC發展注入全新動力。得益於下游消費電子、新能源汽車、通訊行業近幾年的快速發展,電源管理IC市場近幾年持穩健增長的態勢。

由於複雜電子系統對電壓和電流水平的要求不斷提高以及需要將系統與電源隔離,用於功率管理的模擬IC將迎來持續的增長。根據yole的全球電源管理IC市場追蹤報告,2022年,電源管理IC市場將達到180億美元,2016至2020年間,有望實現3.6%的複合年增長率。

功率半導體:國產替代迎黃金機遇

從市場格局來看,全球功率半導體市場中,海外龍頭企業佔據主導地位。半導體分立器件起源於歐美,日韓後續不斷形成其自身競爭優勢。

在MOSFET領域,根據iHS數據,收入前五大廠商高分別為英飛凌、安森美、瑞薩、東芝和意法半導體,市佔率合計為62%,集中度較高,英飛凌以27%的市佔率高居龍頭地位,長期穩居行業第一。目前,國廠商由於技術落後,主要在低壓領域佈局,在中高壓領域基本還是外國企業處於主導地位。

在IGBT領域,根據IHS數據,2018年全球IGBT市場收入前五大供應商分別為英飛凌、三菱、富士機電、賽米控、威科電子,五家企業市場份額為67%,佔比較大。其中,英飛凌一家市佔率就高達34%。

在功率IC領域,總體來看,市場競爭格局比較成熟,美國廠商具有絕對優勢,日本企業雖然數量眾多,但是市場份額普遍較小。根據IHS數據,2018年全球功率IC前五大廠商分別為德州儀器、英飛凌、高通、ADI和意法半導體,市佔率合計為44%,德州儀器以16%的市佔率穩居行業龍頭地位。

據Gartner數據,德州儀器(TI)在電源管理IC市場份額最高,其次是Maxim Integrated,Linear Technology等。下游應用來看通信、消費、工業/醫療、數據處理佔比較高。

國際大廠長期佔據著我國半導體分立器件的高端應用市場,但該等廠商產品的價格十分高昂,無法滿足國內迅速爆發的市場需求,導致國內市場供求存在失衡。

功率半導體:國產替代迎黃金機遇

在下游的應用領域中,功率半導體已從工業控制和消費電子拓展至新能源、軌道交通、智能電網、變頻家電等諸多市場,其中消費電子與汽車電子佔比最高,整體市場規模呈現穩健增長態勢。

在消費電子領域,主板、顯卡的升級換代、快充、Type-C接口的持續滲透持續帶動MOSFET的市場需求。

在汽車電子領域,MOSFET在電動馬達輔助驅動、電動助力轉向及電制動等動力控制系統,以及電池管理系統等功率變換模塊領域均發揮重要作用,有著廣泛的應用市場及發展前景。

電控系統是新能源汽車三大核心部件之一,佔整車成本約20%,而電控系統需要運用大量的MOSFET和IGBT等半導體功率器件。因此,新能源汽車產銷規模擴大將拉動對MOSFET、IGBT等半導體功率器件的需求。

新能源汽車單車半導體價值將達到傳統汽車的兩倍,同時功率半導體用量比例也從20%提升到近50%。根據McKinsey&Company統計,純電動汽車的半導體成本為704美元,是傳統汽車的350美元的2倍,其中功率器件成本高達387美元,佔55%。純電動汽車相比傳統汽車新增的半導體成本中,功率器件成本約為269美元,佔新增成本的76%。

StrategyAnalytics研究表明,鑑於新能源汽車對於半導體功率器件的需求,未來半導體功率器件市場規模有望快速增長。

通訊行業是功率半導體的另一大領域,在信號基站、交換機、光端機、路由器等上均有應用,其中信號基站的需求規模最大,佔據半壁江山。5G建設所需的基站設備及其普及後帶來物聯網、雲計算的快速發展,將對功率半導體產生長期大量需求。

5G的核心技術MassiveMIMO大大提升對於功率MOSFET構成的射頻器件的需求量。據中國產業信息研究院的數據,通訊功率半導體市場在2021年有望達到70.81億美元。

功率半導體:國產替代迎黃金機遇

未來,隨著國內企業逐步突破行業高端產品的技術瓶頸,我國半導體分立器件對進口的依賴將會進一步減弱,進口替代效應將顯著增強。伴隨新興行業快速發展,功率半導體市場規模呈增長態勢。


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