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400億美元大蛋糕,國產功率半導體企業能分多少?
上傳更新:2020-03-30

                                                                                                    轉自:芯師爺 2020年3月27日


       要點

       功率半導體行業波動:符合大宗商品走勢規律 ,產品和全球GDP走勢密切相關,4- 5年的行業波動期非常吻合半導體周期規律。
行業增長:需求來自手機、5G、汽車、電力系統、風電系統、高鐵,單機半導體(硅)含量的提升是核心規律。
        行業發展:所有技術進步都指向更高的功率、更小的體積、更低的損耗、更好的性價比。
        行業壁壘:參與競爭的主流廠商都是IDM模式,能在規?;疤嵯绿嵘|量品質和掌握每年各個產品成本優化情況
國產功率半導體IDM模式企業:當前IDM模式的企業比fabless在成本端上更有優勢,可多留意國內聞泰科技、捷捷微電、揚杰科技。
        功率半導體是電子設備必選消費品,人需要吃“柴米油鹽”,機器同樣也需要消耗功率器件,任何和電能轉換有關的都需要功率半導體 。
        從行業增長來看,需求來自于各行各業,單機半導體(硅)含量的提升是核心規律。從行業發展來看,所有技術進步都指向更高的功率 、更小的體積、更低的損耗、更好的性價比。方正證券預計,未來3-4年,IDM模式的企業比fabless在成本端上更有優勢。


 一行業增長模型:需求驅動
       行業增長需求來自各行各業,單機半導體(硅)含量的提升是核心規律。功率半導體使得變頻設備廣泛應用于日常消費。
      ◆手機:ESD保護相關的功率半導體遍布全身,推動手機功率半導體需求不斷增長 。

      ◆手機充電器:“閃充”需求逐步增加,功率半導體數量和性能要求提升。

      ◆汽車:功率半導體遍布整個汽車電子系統,推動汽車 功率半導體需求增加。

      ◆電力:柔性輸電技術都需要大量使用IGBT等功率器件。

      ◆風電:可再生清潔能源提供功率半導體新市場。

      ◆高鐵:隨著變流器需求增加,行業得到持續穩定的發展。


手機:單機硅含量保持穩定
         手機上所有有接口的地斱都需要有 ESD保護,比如麥克風、聽筒、耳機、揚聲器、SIM卡、Micro SD、NFC天線、GPS天線、WiFi天線、觸屏、2G/3G/4G RF 天線、USB 接口、鋰電池、電源鍵位置都有ESD 保護器件。最多的手機用20多顆,少的用10多顆。


手機充電器:快充推動硅含量進一步提升
         隨著人們對充電效率的要求逐步提高,手機充電出現了“快充”模式,即通過提高電壓來達到高電流高功率充電,但高電壓存在安全隱患,需要添加同步整流的MOS管來調整;后來出現較為安全的“閃充” 模式,即通過低電壓高電流來實現高速充電,這對同步整流MOS管的要求更高,目前較為普遍的是GaN-mos管,它可以實現發熱少、體積小的目的。



       汽車:單車含硅量不斷提升


       

         根據富士電機資料,汽車電子的核心是MOSFET和IGBT,無論是在引擎、戒者驅動系統中的變速箱控制和制動、轉向控制中還是在車身中,都離丌開功率半導體。在傳統汽車中的劣力轉向 、輔助剎車以及座椅等控制系統等,都需要加上電機,所以傳統汽車的內置電機數 量 迅 速 增 長 , 帶 動了MOSFET的市場增長。
新能源汽車中,除了傳統汽車用到的半導體需求之外,還需要以高壓為主的產品,如IGBT,對應的部件有逆變器、PCT加熱器、空調控制板等。

    

         根據Strategy Analytics分析,在傳統汽車中,平均車身半導體總價值約為338美元,其中功率半導體占比21%,約71美元;在混合電動車中,車身半導體總價值約為 710美元,其中功率半導體的占比達到49.8%, 而在純電動汽車中的功率半導體占比最高,高達 55%。

特斯拉(雙電機全驅動版)使用 132個IGBT管,其中后電機為96個,前電機為36個,每個單管的價格大約4-5美元,雙電機合計大約 650美元,如果采用模塊,需要12-16個模塊,成本大約1200美元。
通信:5G帶來基站電源硅含量提升 


      電力:每公里硅含量保持穩定 

         智能電網的各個環節, 整流器、逆變器和特高壓直流輸電中的FACTS柔性輸電技術都需要大量使用IGBT等功率器件。根據中國產業信息網發布的數據,預計到2021年我國智能電網行業投資規模將達到近23000億元。 

風電:每兆瓦硅含量保持穩定
         風力發電的逆變設備,可以將蓄電池中的DC12V直流電轉換為和市電相同AC220V交流電。逆變器主要是由MOS場效應管與電源變壓器為核心,通過模擬電路技術連接的。2016年至2018年,我國風電裝機量從18.73GW增至21GW,2019年僅前5個月裝機量就新增6.88GW,增長趨勢迅猛。 


高鐵:單列車硅含量保持穩定 

         牽引變流器將赸高電流轉化為強大的動力 ,每輛列車裝有4臺變流器,每臺變流器搭載了32個IGBT模塊。 總的來說,一輛高鐵電動機車需要 500個IGBT模塊,動車組需要赸過 100個IGBT模塊,一節地鐵需要50-80 個IGBT模塊。
2018年全國動車組產量達 2724列,同比增長5%。世界范圍內新一輪高鐵建設熱潮正在展開,而大多數國家對高速鐵路的技術研究仍處于初級階段 。從需求來看,中國高鐵的出口將存在廣闊的國際市場空間。


行業發展邏輯:技術驅動
       綜述:產品性能要求:1)更高的功率 2)更小的體積 3)更低的損耗 4)更好的性價比。
       產品形態從單一的二極管,MOS管向融合的 IGBT發展,從硅襯底往寬禁帶半導體襯底邁進。
硅襯底(高損耗,高性價比)◆二極管:高電壓(高功率)◆MOS管:高頻率(小體積)◆IGBT:高電壓+高頻率(高功率+高頻率)
化合物半導體襯底(低損耗,低性價比)
         更寬的禁帶使得產品產品性能和效率進勝于硅襯底的功率器件,目前只是性價比斱面還不是太有優勢。
未來趨勢:化合物半導體制造的成本降低,憑借其優勢替代硅基的功率半導體器件指日可待。


硅襯底:二極管(高電壓)
         二極管是最簡單的功率器件,只允許電流在一個斱向上流動 。二極管的作用相當于電流的開關, 常用作整流器,將模擬信號轉換為數字信號,廣泛應用于功率轉換 ,無線電調制和電流轉向。


硅襯底:MOS管(高頻率)
         功率MOSFET器件工作速度快,故障率低,開關損耗小,擴展性好。適合低壓 、大電流的環境,要求的工作頻率高于其他功率器件 。


硅襯底:IGBT(高電壓+高頻率)
          IGBT=二極管+MOS管,IGBT結合了 MOSFET不二極管的雙重優點,即驅動功率小 、飽和壓降低,廣泛應用于 600V 以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路等領域。


化合物襯底的功率半導體
          需求:應用于效率很關鍵的電力電子設備中。
          優勢:禁帶寬度是硅的3倍,零界擊穿電場強度是硅的9倍,導熱系數更高。


化合物半導體市場空間
           SiC器件正廣泛應用于電力電子領域 ,市場前景廣闊,據Yole預測,2020年到2022年,SiC年復合增長率將達到40%,新能源汽車為其最大驅動力 。GaN市場也迎來高速發展,主要推動力來自電源 、 新能源汽車等斱面的需求。




氮化鎵(GaN)襯底
          GaN的臨界電場強度比硅片高,在導通電阻和擊穿電壓斱面更加有優勢,實現做出更小器件的目的,同 時其電氣端子也能更緊密地相聯系。目前,GaN顯示出廣闊的發展前景,盡管只有少數廠商展示商業化的GaN技術,但已有許多公司投入GaN技術進行研發。GaN具有不MOS制程的相容性和低成本的優勢, 將逐步取代MOSFET幵實現新的應用。




碳化硅(SiC)襯底



三行業壁壘和競爭格局
本章綜述:

         1、IDM模式的優勢:參與競爭的主流廠商都是IDM模式,IDM廠家是設計和制造一體化,優勢在于:
         1)制造產品的特殊工藝保密性好,產品效率提升,參數優化更容易實現;            2)優化設備參數更加靈活,規?;a更加方便。
         2、長期被歐美廠商壟斷:國內IDM模式廠很少,核心的工藝都在歐美廠商自己內部,憑借其產品優勢控制交貨周期,從而掌控整個行業的價格體系。
IDM模式:自主掌握核心BCD模擬電路工藝


C-D工藝:功率集成電路最核心的工藝。
          每種BCD工藝都具備在同一顆芯片上成功整合三種不同制造技術的優點, 給產品帶來高可靠性,低電磁干擾,縮小芯片面積等作用。


全球功率半導體市場空間
          根據IHS數據統計,2018年全球功率器件市場規模約為391億美元,預計至 2021年市場規模將增長至441億美元,年化增長率為4.1%,市場規模穩步增長。目前國內功率半導體產業鏈正在日趨完善,技術也正在取得突破。
同時,中國也是全球最大的功率半導體消費國,2018年市場需求規模達到138億美元,年化增長率為9.5%,占全球需求比例高達35%。預計未來中國功率半導體將繼續保持較高速度增長,2021年市場規模有望達到159億美元,年化增速達4.8%。


全球功率半導體公司市占率
          2018年全球功率半導體市場top8的公司里無一家中國企業,合計占 55.4%的市場份額。表明當前功率半導體廠商以歐美日為主,中國功率半導體廠商仍需繼續努力追趕,做強自己,面向國際。
          2018年中國MOSFET銷售規模約為183億元,其中市場份額前六位的公司里僅有一家中國本土企業 ——華潤微電子,市占率為8.7%,而排名前兩位的海外企業市占率合計為 45.3%,占據了近一半的市場份額。由此看來,中國MOSFET市場仍然大量依靠進口,未來進口替代空間巨大。



功率半導體價格堅挺


產品交期和價格主要被歐美企業牢牢掌握。
           MOSFET、IGBT及二極管的產品交期普遍在20周以上,貨期趨勢都是縮短,可見供應商存貨充足。隨著5G的建設發展,新能源電動汽車的崛起,將會有效拉動功率半導體市場的需求,從而促進半導體產業快速發展。預測未來功率半導體市場前景廣闊,交期會逐漸變長。


行業重點企業
         聞泰科技(600475)
         聞泰科技目前公告已經完成了安世半導體的收購。安世集團前身為恩智浦的標準產品事業部,擁有60多年的半導體行業與業經驗,于2017年初開始獨立運營,總部位于荷蘭奈梅亨。與注亍分立器件、邏輯器 件和MOSFET的設計、生產、銷售,其產品廣泛應用亍汽車、工業不能源、移勱及可穿戴設備、消費及 計算機等領域。
         捷捷微電(300623)
         晶閘管國產龍頭。公司成立二十余年,專注于半導體功率器件,尤其是晶閘管防護器件細分領域。其中晶閘管營收占比在 60%以上,國內市場占有率45%以上, 僅次于海外巨頭 ST,NXP。公司除了在晶閘管市場不斷開拓外,還考慮產品結構的合理多樣化。充分利用公司在分立器件領域的技術、渠道、品牌優勢等各項資源,使公司產品系列形成互補。

         揚杰科技(300373)
         國內分立器件龍頭。在國內功率器件市場中,揚杰科技市占率排名第二。公司采用 IDM模式,實現了分立器件芯片設計、 晶圓制造、器件不模塊封裝、終端銷售等 全產業鏈布局。公司的產品主要集中在半導體器件和半導 體芯片,其中光伏二極管產品線和GPP晶圓產品線的市場占有率均達 40%以上。

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