功率半導體器件供需格局

限于技術實力、電子制造行業需求的不同，全球功率半導體器件的供需呈現出了非常明顯的特點。

歐美日牢牢掌控并領導著全球功率半導體器件技術與市場的走向；即便在全球半導體市場有很強影響力的中國臺灣，在功率半導體器件領域也存在諸多不足。

而中國大陸無論技術還是產能更是落后，與之相對應的是，作為世界工廠，其需求卻領銜全球，呈現出巨大的供需缺口，功率半導體器件主要依賴進口來滿足。下面進行具體分析。

主要供應國家/地區分布

全球功率半導體產能主要集中在歐洲、美國、日本三個國家和地區，擁有先進的技術和生產制造工藝，品質管理也領先其他國家和地區，是IGBT、中高壓MOSFET等高端器件的主要提供方，長期占據全球70％的市場份額。

其次是中國臺灣地區，從代工起步，目前技術水平較歐、美、日仍有差距，大約占據全球10％的市場份額。

最后是中國大陸，處于功率半導體器件供應鏈末端，以提供二極管、晶閘管、低壓MOSFET等低端功率半導體器件為主；用于生產、制造的設備也需要從國外進口，整體實力還比較弱。

圖表22 2017年全球功率半導體器件主要產地市場份額分析（來源：東興證券研究院）

全球銷售國家/地區分布

與供應不同的是，在銷售端，全球最大的功率半導體器件消費地在中國大陸。

根據Yole和中國半導體協會數據顯示，2017年中國大陸功率半導體器件銷售額達2170億元人民幣，同比增長3.93％，約占據全球市場份額的39％，其次才是歐洲地區的18％；另外，美國和日本的銷售額占比差不多，分別為8％、6％。

圖表23 2017年全球功率半導體器件銷售額占比分析（來源：Yole，中泰證券研究院）

需要說明的是，中國大陸已經成為國際功率半導體器件龍頭企業的重要銷售市場，甚至是它們在全球的最大市場，比如英飛凌、達爾、恩智浦等知名企業。

圖表24 2016-2017年度中國大陸市場3大功率半導體器件廠家營收比重分析（來源：產業信息研究院）

原廠特點及分布

與很多邏輯、存儲半導體廠家不同，功率半導體器件原廠基本都具備完整的晶圓廠、芯片制造廠、封裝廠等產業鏈環節，尤其是幾家龍頭企業，均為IDM（整合組件制造商Integrated Design and Manufacture的英文縮寫）模式，如英飛凌、安森美、羅姆等，無需代工就可獨立執行產品制造的全部流程，利于成本的控制和對工藝及品控的改進。

圖表25 全球功率半導體IDM企業（來源：中泰證券研究所）

全產業鏈布局，除了需要技術外，還需要充足的資金支持，但行業內很多企業無法承擔高成本風險，于是也衍生出了專門的功率半導體器件設計企業，需要借助臺積電/聯電/中芯國際等代工廠、長電科技/臺灣日月光等封裝企業來輔助完成制造。

當然，相比IDM功率半導體器件企業的規模來說，這部分廠家的產能及產值占比較小。

圖表26 全球功率半導體產業鏈情況（來源：中泰證券研究所）

從地域分布來看，歐洲、美國、日本的功率半導體器件廠家多采用IDM模式，中國大陸也基本為IDM廠家，唯獨中國臺灣以Fabless為主。

圖表27 功率半導體器件主要產地產業鏈模式及優勢分析（來源：樂晴智庫）

功率半導體器件企業的分布相對來說較為集中，英飛凌、意法半導體、賽米控等不僅是歐洲的代表企業，更在全球名列前茅；美國則有安森美、IR、凌力爾特等為其揚名立萬；日本也是功率半導體器件的主要玩家，瑞薩、東芝、富士電機、羅姆聞名全球。

中國臺灣和韓國也有不少功率半導體器件企業，不過相對來說，他們的影響力較為有限。

作為需求大國，中國大陸也早已對功率半導體產業進行布局，但發展至今，本土品牌的話語權仍較低，以IGBT為例，活躍于中國大陸的一線品牌為賽米控、EUPEC（優派，英飛凌子公司）、三菱電機、三墾電氣、仙童半導體等以歐洲品牌為主導的歐美日公司。

二線品牌則以日企主導的歐美日梯隊，如富士電機、IR、東芝、艾賽斯、意法半導體等；第三梯隊才是中國大陸的本土企業，如南車、華微電子、中環股份、無錫鳳凰等。

圖表28 各國家/地區主要功率半導體器件代表企業（來源：芯師爺研究院整理）

產業高度集中于國際大廠

功率半導體器件是一個規模高度集中的行業，根據IHS的分析，2017年全球前10大廠商清一色為歐美日企業，供應規模占比達到了全球的60％以上，其中英飛凌（18.5％）、安森美（9.2％）、意法半導體（5.3％）分別位列第一、二、三位。

雖然歐洲的企業數量沒有美、日兩國多，但幾乎都是行業內有著重大影響力的企業，尤其是英飛凌，雄霸功率半導體器件市場榜首，市占率是排在第二位安森美的2倍。

圖表29 2017年前十功率半導體器件企業市場占有率分析（來源：IHS）

中國大陸企業受起步晚、技術水平較低、產品線不齊全、企業規模小等因素制約，目前還處于追趕階段。

2016年建廣資產以27.5億美元收購恩智浦（NXP）標準件業務并獨立為安世半導體（Nexperia），建廣資產也由此成為了中國大陸半導體業規模最大且利潤最高的IDM（垂直一體化）企業，并成為中國大陸功率半導體器件的重要支柱，致力于填補國內汽車、工業IC領域的空白。

而吉林華微作為中國大陸功率半導體器件排名第一的企業，2017年其與行業龍頭英飛凌的差距，僅營收一項就達34倍以上，差距仍然非常明顯。

圖表30 2017年中國大陸功率半導體器件十強企業排名（來源：中國半導體協會）

國產替代可行性

國產替代機會點

目前，中國大陸在功率半導體器件領域幾乎處于全產業鏈落后的被動局面，包含國際大廠產能在內的國內市場自給率大約只有10％，而由本土企業貢獻的份額甚至只有5％，這其中還包括了功率二極管等本土最具優勢的中低端器件，其余產品供應主要依賴進口實現。

圖表31 2017年中國大陸功率半導體器件自給率分析（來源：樂晴智庫）

與活躍于中國大陸的國際功率半導體器件廠商相比，本土企業優勢不明顯，如消費領域為西門康、仙童半導體的天下；中等電壓的工業級市場基本被ABB、英飛凌、三菱電機所把持；而在3300V以上高電壓領域，更是被英飛凌、ABB、三菱電機三家所壟斷；在大功率溝槽技術方面，也為英飛凌、三菱電機馬首是瞻。

而在新材料技術方面，國際龍頭的研發都比較早，如豐田早在上世紀80年代就開始進行SiC等第三代半導體材料研發，Cree、三菱也在上世紀90年代就初就取得了SiC成果，這些企業在第三代半導體領域的技術積累，領先中國大陸20-30年，造成了目前本土企業突圍困難的局面。

但這不是說本土企業就沒有機會。中國大陸是世界上產業鏈最齊全的經濟活躍區，在功率半導體領域，同樣活躍著一群本土制造商，目前已基本完成了產業鏈的布局，且正處于快速發展當中。雖然短期內仍與國際龍頭存在非常大的技術差距，但在他們的努力下，已在中低端領域實現了部分國產替代。

分析認為，本土企業在用量最大的0-40V低壓領域的替代機會最大；同時在400-6500V的高壓領域開始有了本土企業的聲音；但在40-100V、100-400V應用較多的中間領域，本土企業還在努力爭取擠進世界前15大企業排名中；呈現出先發展兩極，再向中間包圍的態勢。

圖表32 功率半導體市場格局及國產化替換機會分析（來源：中信證券研究部、中泰證券研究所）

本土國產替代潛力企業

從行業走勢看，由于國際大廠漸漸往新能源汽車等高端領域發展，對低端市場的投入將會逐漸下降，給了中國大陸本土功率半導體器件企業良好的替代發展機會；并在眾多領域開始展現多點開花的良好形勢，如耕耘MOSFET的華微、揚杰、士蘭微，精于IGBT的嘉興斯達、中國中車、比亞迪、士蘭微，在SiC領域有所建樹的北京泰科天潤等企業。

圖表33 中國大陸主要功率半導體器件廠家主營業務及市場地位分析（來源：WIND）

以本土車企比亞迪為例介紹，2018年9月，比亞迪第一次對外宣布其新能源汽車采用了自主研發的IGBT功率半導體器件。

截至2018年11月，比亞迪在該領域累計申請IGBT相關專利175件，其中授權專利114件。其實比亞迪早已經在秦、唐等多個新能源車型中采用自主研發的IGBT模塊。截至目前，比亞迪車用IGBT裝車量已累計超過60萬只。

不僅如此，比亞迪還對性能更優異的第三代半導體材料SiC（碳化硅）投入巨資，并成功研發了SiC MOSFET，有望于2019年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年，比亞迪旗下的電動車將全面搭載SiC電控。

圖表34 比亞迪自主研發的IGBT模塊（來源：騰訊網）

大環境對國產替代的影響

目前，影響功率半導體器件價格走勢的最大因素為中美貿易戰，持續至今，對中國大陸電子產品及出口貿易的不利影響日益顯現。目前美國仍掌控著大約5000億美元關稅的主動權，如果其在進入2019年后對這部分進口產品關稅全部提升至25％，將會加劇中國大陸電子制造業的低迷走勢。

與此同時，美國對華頻頻采取禁運措施，嚴重依賴進口的中國大陸功率半導體器件市場將受此影響，產品供給得不到穩定保證。

中美貿易戰還會對中國大陸全產業鏈水平的持續提升產生影響，尤其是在制造設備和材料方面表現得最為明顯。

目前本土設備供應商并不能提供所需的所有設備，部分設備的技術水平距離國際先進水平還有不少差距，如國產設備芯片焊接空洞率高達20%-50%，而德國的真空焊接機可將空洞率控制低于1%。

即便可以通過國際采購也只能解決部分問題，不少設備很難采購得到，往往需要付出高昂代價，如薄片加工設備；更有甚者，部分設備被禁止進口，如日本的表面噴砂設備等。

中美貿易戰的持續，不利于中國大陸功率半導體器件產業的國產替代發展。

市場缺貨有助于國產替代

由于國際功率半導體器件大廠近年尋求向新能源領域產品升級，又對原有產能的擴產計劃異常謹慎，使得原有產能無法應對新增需求。

直到2018年5月，英飛凌才在奧地利菲拉赫投入16億歐元建300毫米芯片工廠，這是近年來功率半導體器件大廠的最大動作，不過該項目投產時間最快要到2021年初；另外，羅姆也在日本計劃投建新廠房來強化SiC功率元器件產能，但該項目基建至少要到2020年才能建成；擴產計劃對當下缺貨問題并無幫助。

而汽車、高鐵、動車、物聯網以及智能手機等領域又在持續發展中，尤其是新能源汽車，對功率半導體器件的需求量逐年快速上漲，導致了市面庫存緊張。

另外指紋識別IC、雙攝芯片與第三代身份證IC等產品又不斷擠占原有的8英寸、6英寸產能，導致用于MOSFET等功率半導體器件生產的晶圓產能萎縮；更為重要的是，不少8英寸晶圓廠開始轉向利潤更高的12英寸晶圓制造，加劇了功率半導體器件的可用晶圓的短缺。

中國大陸目前公開的19個擴建產能項目中，僅有5個新工廠是針對8英寸晶圓制造，其中明確用于功率半導體器件生產的工廠并不多，僅有萬國半導體重慶廠、華潤微電子重慶廠等少數幾家。

圖表35 中國大陸晶圓廠新產能建設規劃情況（來源：ittbank，安信證券研究中心）

在2018年3月左右，功率半導體器件同比漲幅普遍在15%-20%區間，其中高壓MOSFET市場缺口最大，達到了30％。此后供需矛盾持續緊張，截至2018年第三季度，以MOSFET為首的功率半導體器件出現了罕見的價格連續3個季度調漲情況。

由此，功率半導體器件成為了繼MLCC等被動元件之后，大幅漲價的半導體器件；與之相伴而來的是，交貨周期一再延長，并致使主要功率器件原廠2019年上半年產能都被預訂完。

圖表36 2018年上半年低壓（上圖）、高壓（下圖）MOSFET交貨周期情況（來源：ittbank、中泰證券研究所）

直至2018年10月，功率半導體器件才收住了漲價勢頭；不過2019年1月，合晶打響了2019年硅晶圓漲價第一槍，給功率半導體器件2019年的價格走勢再次蒙上了一層陰影。

與此同時，在新能源汽車上使用的車規級IGBT的延期情況仍未得到有效解決。據全球知名分銷商富昌電子統計，2018年，應用于新能源汽車的IGBT模塊的交貨周期最長已經達到52周（IGBT的交貨周期正常情況下為8-12周）。

而2018-2022年全球新能源汽車產量年復合增長率超過30%，但同期車規級IGBT產量的年復合增長率僅為15.7%（IGBT產業整體同期增長率為10.69%）。由此可見，車規級IGBT未來仍將繼續面臨交期延長問題。

本土功率半導體器件企業將可繼續借助市場缺貨行情獲得巨大的成長機會。

與國際大廠一樣，本土企業的擴產計劃也處置得很謹慎，不過本土企業于2015-2016年間實施的產能擴產工程，幾乎都在本輪漲價過程中得以順利投產，并加快了企業業績的增長勢頭。

如揚杰科技的4寸線、6寸線擴產項目如期投產并實現產能釋放，其在2018年上半年業績同比增長了27.75%，第三季度再度同比增長24.93%；華微電子的利潤率更是一路走強，自進入2017年以來，凈利潤率同比增速基本都維持在40％以上。

同時，本土企業的產能利用率也得到了良好提升。

圖表37 本土4大功率半導體器件企業2015-2018年上半年營收情況（來源：企業財報，單位：億人民幣）

在借助行業良好勢頭，本土企業擴產計劃也將陸續出臺。

華微電子正在進行的新型電力電子器件基地項目（二期）建設正在如火如荼進行中，建成后將成為大陸本土首家以新能源領域功率半導體芯片制造為核心、規模最大的八英寸生產線；該項目有望打破市場格局，享受進口替代紅利，華微電子也將借此具備加工8英寸芯片產能24萬片/年的能力。

本土IGBT龍頭企業嘉興斯達，在2018年上半年產銷率已達到97％，基本達到了產銷平衡；目前正計劃擴建新產線，用于IPM模塊生產，新增產能計劃為700萬個/年。

另外，捷捷半導體也在計劃投建四條生產線及三條新產品研發線，一個產品性能檢測和試驗站，預計可形成年產90萬片半導體分立器件芯片及11.48億只半導體分立器件生產能力。

不僅如此，本土企業還發力技術、人才及產業鏈布局，靜待破發時機。如揚杰科技一方面控股宜興杰芯，進行6寸產線、8寸產線技術及人才儲備；另一方面收購成都青洋電子，以獲得穩定外延片供應；同時加大第三代半導體SiC的技術儲備與產品開發工作。

第三代硅基材料發展現狀

傳統的硅基功率半導體器件及其材料已經滿足不了當下行業對高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣環境及小型化功率半導體器件發展需求，且每取得一次突破都要付出高昂的代價。

于是人們的目光轉向了以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體材料，它們具有禁帶寬、擊穿電場強度高、飽和電子遷移率高、熱導率大、介電常數小、抗輻射能力強等優點，結合卓越的開關性能、溫度穩定性和低電磁干擾（EMI），更適用于如太陽能逆變器、電源、電動汽車和工業動力等下一代電源轉換。

圖表38 SiC、GaN相比于傳統材料性能更優（來源：中泰證券研究所）

碳化硅（SiC）現狀及前景

目前碳化硅器件定位于功率在1kw-500kw的應用，工作頻率在10Khz-10Mhz之間的場景，特別是一些對能量效率和空間尺寸要求較高的應用，如電動汽車充電裝置、電動汽車動力總成、光伏微型逆變器領域等應用。

隨著技術缺陷不斷得到補足，以及規模化生產，SiC的成本正在不斷下降，如從2012-2015年3年中，SiC器件價格就下降了35-50％。

而隨著汽車、工業領域的規模化應用，雖然單個碳化硅器件的成本仍高于傳統Si基產品數倍，但SiC憑借其產品特性，大幅下降外圍器件成本，使得整體成本與Si基方案的差距已經縮小到可接受范圍。

如單個60kw碳化硅功率模塊的BOM（物料清單）成本在732美元，而相應的硅基IGBT功率模塊的BOM成本約為458美元，碳化硅功率系統已成本降低至硅基功率系統成本的159.8%。隨著成本進一步下降，未來SiC器件的替代將會加速。

圖表39 SiC器件單價走勢分析（來源：中國產業信息研究院）

從全球角度看，目前SiC的技術和市場都被國際企業所壟斷，主要為Infineon、Cree和Rohm，而且他們已經形成了產品體系。

英飛凌公司最早在2001年推出SiC肖特基二極管。

羅姆于2008年收購生產SiC晶圓的德國SiCrystal公司后，形成了從晶圓制造、前期工序、后期工序再到功率模塊的一條龍生產體系，并率先量產SiC器件。

Cree在2002年推出首款商業化600V SiC肖特基二極管，并于2011年發布工業用SiC MOSFET。

這三家企業目前約占據了90％的SiC市場份額，處于三足鼎立的龍頭地位。此外，意法半導體、豐田也在積極進行SiC布局。

與國際大廠相比，中國大陸的碳化硅功率半導體器件研發起步晚，于20世紀末才開始重視SiC的開發，在技術上仍有很大差距。

不過截至2018年，中國大陸的SiC已經形成了相對完整的產業鏈，比如，泰科天潤研發的碳化硅肖特基二極管產品已于2014年成功量產，產品涵蓋600V-3300V等中高壓范圍，產品成品率達到國際先進水平；華天恒芯已經具備量產650V/1200V/1700V SiC肖特基二極管的能力；嘉興思達、揚杰科技、三安光電等公司也在積極布局SiC功率半導體器件。

圖表40 國內外碳化硅產業鏈代表企業一覽表（來源：中國產業信息研究院、創頭條）

氮化鎵（GaN）現狀及前景

與適用于中大功率的SiC相比，GaN的方向是中小功率，因此GaN成為緊隨SiC的第三代半導體材料。

國際上，住友電工、日立電線、古河機械金屬和三菱化學等日本公司已可以出售標準2-3英寸HVPE制備的GaN襯底，具備4英寸襯底的小批量供應能力。

6英寸制備600V以上電力電子器件的Si上GaN外延材料則由美國Nitronex、德國Azzuro和日本企業提供；目前已推出耐壓650V及以下系列Si基GaN功率半導體器件，主要應用于服務器電源（PFC）、車載充電、光伏逆變器等，美國Navitas、美國Dialog均為此類供應商。

GaN微波射頻器件目前主要用于遠距離信號傳輸和高功率級別，如雷達、移動基站、衛星通信、電子戰等，主要玩家有東芝、三星等。

而中國大陸，在國家多項科研計劃的扶持下，已經大幅縮小了與國際的技術差距，并取得了不少成就，如中電13所已形成系列化GaN微波功率半導體器件和MMIC產品，已獲得華為、中興用于基站研發；蘇州納維、東莞中鎵具備2-4英寸GaN單晶襯底材料的供貨能力。

蘇州能訊、蘇州晶湛、江蘇能華、杭州士蘭微、江蘇華功半導體均已進入布局GaN電力電子材料和器件；三安光電也已建設GaN射頻器件工藝線；海特高新通過其子公司海威華芯開始建設6英寸的第二代/第三代半導體集成電路芯片生產線，氮化鎵（GaN）半導體芯片（6寸）項目建設規模為30000片/年。

2018年11月，聚力成半導體（重慶）有限公司奠基儀式在大足高新區舉行，該項目以研發、生產全球半導體領域前沿的氮化鎵外延片、芯片為主，計劃在12個月內完成一期廠房建設并開始試生產；該項目同時是聚力成在中國大陸的第一個生產、研發基地，將有望打破德國、日本、美國對GaN的壟斷局面。

該項目建成后，可為高鐵、新能源汽車、5G通訊、雷達、機器人等行業的電力控制系統和通訊系統的核心部件提供大量的氮化鎵高功率半導體和高射頻半導部件。

圖表41 國內外氮化鎵（GaN）產業鏈代表企業一覽表（來源：材料深一度）

中國大陸第三代半導體材料發展計劃

鑒于本土與國際在第三代半導體材料領域存在的巨大差距，在2016-2017年2年時間里，中國大陸以中央政府為主導，聯合各地方政府集中出臺了近30個第三代半導體材料相關政策，并分2批部署了11個研究方向。

進入2018年，則轉由地方政府為主導，對第三代半導體材料的發展進行具體推動及落實。

圖表42 2016-2018年中國大陸第三代半導體材料相關支持政策（來源：CASA，中信證券研究部）

在應用端，中國大陸半導體照明產業是全球最大的半導體照明產品生產和出口地，成為中國大陸第三代半導體材料成功產業化的第一個突破口。

以大基金入股三安光電/士蘭微、安世半導體本土化為標志，目前中國大陸已開始圍繞長三角、珠三角、環渤海經濟圈及閩贛地區開展第三代半導體產業布局，其中珠三角地區是中國大陸LED封裝企業最集中、封裝產業規模最大的地區，企業數量約占全國一半左右。

全球第三代半導體材料市場規模

根據Yole的統計，2017年全球SiC模組市場為2.8億美元，GaN模組的市場規模約為4000萬美元左右；結合時下國內外發展情況，芯師爺研究院預測，至2020年，全球SiC模組市場將達7.8億美元，GaN的模組市場規模也將擴大到1.1億美元左右。

圖表43 全球SiC、GaN模組市場規模及增速分析（來源：Yole，單位：百萬美元）

小結

由于第三代半導體材料及其制作的各種器件的優越性、實用性和戰略性，未來，由SiC和GaN材料制成的半導體功率器件將支撐起當今節能技術的發展趨勢，成為節能設備最核心的器件，許多發達國家已將第三代半導體材料列入國家計劃，全面部署，竭力搶占戰略制高點。

根據發展目標，2018~2020年間，中國大陸將完成第三代半導體的產業基礎建設，進行產業鏈的完善、核心裝備研發、核心工藝開發、開發基礎器件并開始示范應用等。

但由于中國大陸開展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比較晚，與國外相比水平較低，在SiC和GaN材料的制備與質量等方面仍有較多亟待破解的問題。

目前看，阻礙中國大陸第三代半導體研究進展的重要因素是原始創新問題。借助功率器件產業的國產替代，或將能讓中國大陸在實踐應用中，更利于獲得更多有利于第三代半導體材料研發的原始創新專利。

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