2019-2020年全球功率半导体市场及中国发展机会研究专题报告

导语

据 IHS 统计，2018 年全球功率半导体市场规模 391 亿美元，预计 2020 年达 431 亿美元，2021 年达 441 亿美元，复合年增长率 4.1%。

来源：中金公司

全球功率半导体市场及中国发展机会

全球超 400 亿美元市场，主要分为“功率 IC”与“功率器件+模组”两大类

功率半导体广泛应用于电子器件中，主要用于改变电路中的电压、电流、频率、导通状 态等物理特性，以实现对电能的管理。据 IHS 统计，2018 年全球功率半导体市场规模 391 亿美元，预计 2020 年达 431 亿美元，2021 年达 441 亿美元，复合年增长率 4.1%。功率 半导体包括功率分立器件（也称功率器件）、功率模组和功率 IC 三类：

► 功率分立器件：整流管、晶闸管、BJT、MOSFET、IGBT 等；2018 年市场占比 32%；

► 功率模组：IGBT 模组、智能功率模块 IPM 等；2018 年市场占比为 13%；

► 功率 IC：主要包括各类变换、分配、检测电能的电源管理芯片（PMIC），将各类基 本电路组合在一起实现线性稳压、过压保护、充电管理等功能，属于模拟 IC 的范畴。相比器件单管和功率模组中的芯片，功率 IC 集成度更高，但适用的电流电压范围也 较低。2018 年市场占比为 55%。

而按下游应用拆分来看，功率半导体主要服务于工业、汽车、消费及通信等实际场景。根据 Gartner 数据，2017 年工业、汽车、消费级通信相关功率半导体市场规模占比分别 为 34%、23%、20%及 23%，分配相对平均。而从年复合增长率来看，iHS 认为，2016-2021 年间，得益于工业自动化（伺服电机中变频器）、可再生能源（光伏逆变器）及电动汽车 （电动机用逆变器及充电桩相关设施）的蓬勃发展，工业及汽车市场将成为功率半导体 行业最突出的成长动能，年复合增长率将达到 7.3%及 8.2%。

功率半导体是电子电力系统的核心器件

功率半导体是电子电力系统的核心器件，功能是利用半导体的单向可控的导电性来实现 电能转换与电路控制。按器件类型来看，二极管（Diode）主要用作整流和斩波，不具备 可控开关功能；而三极管（BJT）、晶闸管（Thyristor）均属于电流控制型开关器件；MOSFET 和 IGBT 属于电压控制型开关器件。这些基本功率器件与电容、电阻、电感、互感线圈等 一起组成了以下各类电能转换设备，用以对电路中电压、电流、频率进行管理。

功率器件根据工作范围不同，拥有各自适用场景

从器件特性来看，MOSFET（SJNFET）和 IGBT 适用范围最广（二者市场规模占整体功率 器件的 70%）。功率半导体器件/模组从结构原理上可以分为二极管、晶体管和晶闸管， 而晶体管又可以分为 MOSFET、IGBT 和 BJT 等。其中 BJT 开关性能差，已经几乎被淘汰， 而晶闸管和集成门极换流晶闸管（IGCT）属于半控制开关，在超大功率领域（电压 3.3kV 以上、容量 1-45MW）的工业和能源场景依然广泛应用。以上类型器件技术相对简单， 应用范围较窄。相比之下，电压控制型开关器件 MOSFET 和 IGBT 具有易于驱动、开关速 度快、损耗低等物理特性，应用领域极其广阔：

► MOSFET：输入阻抗高、控制功率小、开关速度快、开关损耗小，在高频率、中小功 率领域（电压 600V 以下）应用最为广泛，在消费电子应用较多；

► SJNFET：又叫做超级结型 MOSFET，是 MOSFET 结构设计的前沿技术，具备更好的导 通特性，可以工作于更高的电压和电流条件；

► IGBT：由 BJT 和 MOSFET 组成的复合器件，相比 MOSFET，牺牲了一定开关速度， 但导通损耗小，通态电流大，在高压、大电流的中大功率领域（电压 1200V-6500V） 是主流产品，这也是白色家电、工业、汽车所适用的主流功率器件。随着技术发展， IGBT 正在向超大功率和更高频率领域两个方向同时渗透，挑战晶闸管和 MOSFET 的 传统疆界。

中国功率半导体行业的发展机会

发展机会#1：进口替代空间广阔

中国是功率半导体第一大市场，进口替代空间广阔。中国是最大的功率半导体消费国， 2018年市场需求规模达到138亿美元 （iHS数据），增速为9.5%，占全球需求比例高达 35%。iHS 预计未来中国功率半导体将继续保持较高速度增长，2021 年市场规模有望达到 159 亿美元，年化增速达 4.8%。根据 iHS 的统计，中国功率半导体市场中前三大产品是电源 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 60.98%，20.21%与 13.92%。

国内企业份额尚低，替代空间巨大，整体盈利能力还落后于海外龙头。从收入规模来看， 无论是包括电源管理 IC 与否，中国企业还未能与海外前十大功率半导体厂商构成竞争。目前，中国最大功率半导体企业华润微电子 2018 年功率半导体收入为 24.2 亿元（vs. 英 飞凌中国区功率半导体收入为 167.5 亿元）。模拟龙头厂商圣邦股份来自电源管理 IC 的收 入为 3.4 亿人民币（vs. 英飞凌中国区功率 IC 收入 46.8 亿元），进口替代空间巨大。从毛 利率来看，头部厂商安世半导体、华润微电子的功率半导体业务毛利率落后英飞凌公司 水平毛利率 1.8ppts/3.8ppts，而士兰微、华微电子等国内收入规模领先企业毛利率与英飞 凌仍存在较大差距。

高端器件存在差距。细分领域来看，目前国内功率半导体企业仅在二极管、晶闸管领域 开始广泛替代，而在 MOSFET、 IGBT 与国外企业存在较大差距。根据 iHS 数据，国内 MOSFET 器件仅英飞凌、安森美两家企业就占据 45.3%的市场份额，前五厂商中仅有华润微一家中 国公司（若不计入安世半导体份额）；IGBT 方面，全球前十大 IGBT 模块供应商占据 77.7% 的份额，当中仅有斯达半导一家国内企业进入排名，占据 2%的市场份额。根据 ASMC 披 露，我国 90%以上 IGBT 产品需要进口。

进口替代路径：消费电子/白电、工控/新能源、新能源车依次突破。不同应用领域对功 率器件的要求不同：消费级别电子产品要求在高频率下工作，对省电、发热控制要求高；工业控制和新能源发电领域的功率半导体需要工作在更高的电压电流条件下，且更加注 重高温、长时等极端使用条件下的可靠性与寿命；电动车/轨道交通领域则综合了中高功 率、高耐用性、低损耗的要求，同时需要与整车厂商深度协同，是技术要求最高、目前 国内厂商最难以切入的应用领域。

发展机会#2：汽车电动化——最值得关注的成长动能

汽车电动化推动车用功率半导体市场成为增长最快的细分领域。麦肯锡预计，2030 年时 50%的新车将是电动车，新能源汽车相比传统燃油车将消耗更多的半导体，其中功率半导 体是最大的增量。iHS预计车用功率半导体市场在2016-2022年的复合增长率将达到8.2%， 位列各细分领域第一位。在燃油车中，功率半导体应用于车辆启动、安全等系统，而在 新能源汽车领域中，功率半导体将新增 4 项主要应用场景：

► 主逆变器：1）将电池电流完成大功率直流-交流（DC-AC）逆变后驱动电机；2）用 于再生制动系统，并将回收的能量存回电池。特斯拉 MODEL S/X 车型使用了 6 组 14 个 IGBT 单管并联方式来构成主逆变器（如下方右图），单车用量大。

► 辅逆变器：用于水泵、HVAC（Heating, Ventilation and Air Conditioning）系统、PTC 加热器等，完成小功率直流-交流（DC-AC）逆变。

► DC-DC 变换器：新能源汽车电池输出高电压，需变化至低电压后供汽车低压供电网 络使用。

► 车载充电器及充电桩：车载充电器中需整流器完成交流-直流（AC-DC）变换，充电 桩中用作开关元件等。

电动化程度越高，功率半导体用量越大。参考 Strategy Analytics 数据，轻混车（MHEV） 相比燃油车半导体成本增加 100 美元，其中 75 美元为功率半导体（75%）；混动车/插电 混动车（HEV/PHEV）相比燃油车半导体成本增加 340 美元，其中 250 美元为功率半导体 （74%）；纯电动车（BEV）中半导体总成本为 695 美元，其中功率半导体成本达 380 美 元，占总成本的 55%。我们预计，在未来功率半导体单车价值有望呈继续上升趋势。

从器件类型来看，IGBT 将是最主要的需求增长来源。我们认为，IGBT 器件与模组占新能 源汽车电机驱动系统成本的 40%-50%，IGBT 约占充电桩成本的 20%。随着新能源汽车市 场的爆发式增长，新能源汽车将是 IGBT 增长最快的应用领域，Yole 预计 2022 年新能源 汽车用 IGBT 市场规模达 20.6 亿美元，2016-2022 CAGR 为 16%；同时，新能源汽车占 IGBT 所有下游应用市场的比例将在 2022 年增至 37%，跃居 IGBT 第一大应用领域。

发展机会#3：工业控制及新能源发电——本土客户为进口替代提供切入机会

功率半导体为工厂自动化、智能化提供可靠的能量来源。随着工业自动化的深化，广泛 部署的工业机器人和智能化机床都依赖于强大而灵活的交流电机、伺服电机，以及节能 的变频器和电源装置。IGBT、晶闸管、二极管等广泛用于可变速电机、不间断电源（UPS）、 工控变频器、接触器中，为工业自动化提供稳定、高效、灵活的电能输出。

IGBT 是光伏逆变器最重要的电子部件。逆变器是把直流电能转变成特定频率和电压的交 流电的转换器。由于太阳能发电组件直接产生的电能不符合电网要求，需通过光伏逆变 器将其整流成直流电，再逆变成符合电网要求的交流电后输入电网。IGBT 模块是光伏逆 变器的核心器件，根据 Yole 数据，电子器件占一台光伏逆变器总成本的 13%，而其中 66% 的成本是 IGBT（主要为定制化的 IGBT 模块）。随着光伏组件、电站技术进步，光伏逆变 器需要不断进行产品迭代，因而为 IGBT 增长提供了持续动力。

光伏新增需求回暖，拉动光伏逆变器市场。随着国内光伏平价项目持续推进，新兴市场 需求提升以及欧美老旧机组替换，我们预计 2020 年世界范围内光伏发电新增装机容量增 速将扩大。根据 BP，2018 年全球光伏新增建设需求达到 103 吉瓦，其中中国贡献 44 吉 瓦，占全球新增需求的 43%。随着全球进入平价时代，GW 级市场不断增加，光伏装机容 量的持续上升将带动光伏逆变器和相关 IGBT 模组需求稳定提升。

中国功率半导体厂商有望切入华为、汇川等本土企业供应链。我们认为，在光伏逆变器、 工控变频器和伺服电机等领域国产设备制造商崛起的同时，成本因素以及贸易战等不确 定性因素将促使国内客户更加重视进口替代选项，这为国内功率半导体行业提供了机会。SolarEdge 数据显示，2018 年，华为在全球光伏逆变器市场的份额达 22 %，市占率位列全 球第一，阳光电源的市场份额 15%，市占率位居全球第二位；据工控网统计，汇川、中 达电通、新时达等本土电机厂商也已在低压变频器市场打开局面，其中汇川 2018 年低压 变频器占有率达 13%，位居全球首位。本土下游厂商的优势地位叠加其供应链分散化考 虑有望助力中国功率半导体企业进一步融入工控和新能源发电产业链。

发展机会#4：消费电子及白色家电——依托国内企业及消费市场实现进一步发展

消费电子：中国功率厂商能够为本土 OEM 提供更优质的后道服务。中国是电子消费的大 国，目前主要 OEM 厂商都集中在中国，以智能手机为例，中国品牌出货量占到了全球市 场的 45%。我们认为从经济效应的角度考虑，国内功率半导体企业能够提供性价比更高 以及反应更为及时的后道服务，同时客户的需求也能够更顺畅地反应给研发团队进行项 目开展。因此在同等产品质量前提下，下游客户对国内供应商的偏好也会更高，这是国 内功率半导体厂商的优势所在。

白色家电：变频空调空间广阔，国内空调企业市占率领先。中国是家用空调生产基地。Prescient & Strategic 数据显示，2018 年全球暖通空调市场规模约 1,081 亿美元（包括中 央空调、家用空调）。产业在线统计，2018/19 冷年，全球家用空调产量 1.85 亿台，中 国产量占比 80%。国内功率半导体厂商已部分进入格力、美的、海尔、奥克斯的供应链。2018 年，中国内销空调出货量中，变频空调渗透率 58%，定频空调占比依然高达 42%， 功率半导体在变频家电领域仍有很大拓展空间。

中国主要功率半导体企业分析

中国企业经营模式呈多样化

尽管目前中国功率半导体企业收入规模、盈利能力上均与全球龙头存在一定差距，但中 国企业已经对产业链各环节基本形成覆盖（如下图），随着更多的优质企业上市，A/H 股 也逐渐形成了功率半导体板块。从商业模式上看，由于功率器件/模块仅涉及少量元件集 成，对单管工艺要求更严格，因此头部厂商基本自有生产产线，或掌握了特色制造技术。而中小企业采用轻资产模式运营，借助代工龙头工艺平台设计产品。目前收入排名领先 的华润微电子、扬杰科技、华微电子、士兰微均采用 IDM 模式经营。中国最大的 IGBT 模 块供应商斯达半导体则采用 IDM-Lite 模式经营，拥有自己的 IGBT 工艺积累，华虹/上海 先进等代工厂商仅向其提供流片服务。

器件从低门槛领域逐渐突破，但各公司目标市场呈分散化

从全球供应链来看，功率半导体行业竞争格局相对分散，中国市场情况类似。我们认为， 尽管中国各相关公司均在功率半导体这一赛道上发力，但实际上各自面向的细分市场也 呈现较大的差异化，所覆盖的产品类型、采用的经营模式也不尽相同，我们不能简单地 认为所有企业之间存在直接竞争关系。

我们认为，若按应用功率由小到大排序，器件类型可依次分为：功率（电源管理）IC、 功率分立器件、功率模组、大功率晶闸管/整流器。而按各器件的市场空间来看，上述四 类器件对应的市场规模呈依次递减态势。我国企业在市场空间较大、下游应用较分散、 进入门槛较低的二极管/晶闸管领域、MOSFET 领域布局已久；而从应用来看，我们认为 目前我国企业在消费电子/白色家电领域、工业控制/新能源领域有所突破，真正进入车 用领域的企业还较少。电网轨交方面，借助近些年来基础设施建设的热潮，本土企业也 随之成长，在大功率晶闸管/整流器方面获得了可观的技术进步。

具体来看：

► 在功率 IC（电源管理 IC）方面，模拟龙头圣邦股份的电源管理类产品已广泛应用于 各行业，2018 年电源管理类收入规模为 3.4 亿人民币，是英飞凌中国区功率 IC 产品 收入的 7%。科创板上市企业晶丰明源的 LED 驱动产品也获得下游客户认可，2018 年收入 7.7 亿元。

► 在二极管（包含整流桥）方面，闻泰科技通过收购安世半导体（原 NXP 标准器件事 业部），一举成为汽车、通讯应用等领域的头部二极管供应商；此外，扬杰科技产品 在光伏旁路二极管中具有较强的竞争实力，整流桥产品在智能电表中应用广泛。

► 在 MOSFET 方面，闻泰科技（安世）的车用中低压 MOS 产品质量全球领先，早已实 现对博世、大陆等一线厂商供货，在消费、通讯领域同样得到广泛应用，2018 年收 入达到 27 亿元。此外，华润微电子、华虹半导体（特别是超级结 SJNFET 产品）的 MOSFET 产品收入规模、技术水平也在国内企业中位列前茅，开始从消费、家电、 照明等应用中进行进口替代。闻泰、华润微、华虹的 MOSFET 产品 2018 年均贡献了 10 亿元以上的收入，相比英飞凌 2018 年中国区 MOSFET 收入 52 亿元，我国头部企 业已经具有一定竞争实力。

► 在 IGBT 方面，斯达半导的 IGBT 模块销售收入为 6.6 亿元，在 2018 年打入全球前十 （市占率 2%），主攻工业应用（1200V 产品主要用于工业电控、自动化产品等），华 虹半导体作为其主要晶圆供应商，也拥有领先的 IGBT 制造工艺。此外，我们认为华 润微电子、士兰微及华微电子的 IGBT 产品在均在 2019 年收入均将实现明显增长（士 兰微已公告披露其 2019 年 IGBT 器件成品和内置 IGBT 的 IPM（智能功率模块）产品 销售额均超过 1 亿元人民币），但下游应用领域目前仍集中在家电及消费类。车用 IGBT 方面，根据我们的产业链调研，目前中车时代 IGBT 产品开始部署于乘用车，而 其余大部分厂商车用产品仍只能用于在充电桩、充电枪等周边部件，或是处于下游 客户验证阶段。

► 在晶闸管方面，捷捷微电主营中低压产品、在家电、照明等领域初步实现进口替代， 中车时代主营高压（3000V 以上）产品，产品已批量获得国家电网、南方电网等大 客户采购应用。

产能与海外差距不大，但产品竞争力仍落后

我们在上文分析中已经指出，由于大量的功率半导体以分立器件的形式应用，因此其单 管的制造技术、工艺控制重要性凸显，大部分功率半导体企业都拥有自己的特色工艺与 制造产能。根据我们统计，目前中国主要半导体厂商在境内共有 24 条功率半导体产线， 2 条在建产线，1 条爬坡中产线，在境外共有 4 条产线（均属于安世半导体），晶圆尺寸 以 6 寸及 6 寸以下产能为主。8 寸方面，华润微电子、华虹半导体、士兰微及中车时代 电气目前拥有各一条已投产的 8 寸产线，而 12 寸方面，仅华虹半导体拥有一条合资 12 寸产线在爬坡中，士兰微有一条合资产线在建设中。而按总体产能来看，目前华润微电 子、扬杰科技的产能领先，产能突破 20 万片/月（折合成 8 寸晶圆）。

对比海外企业来看，英飞凌目前功率半导体制造端拥有 5 寸产线一条、6 寸产线一条、8 寸产线一条及 12 寸产线一条，合计月产能达到约 26.9 万片/月（折合成 8 寸晶圆）。安森 美拥有 4 寸产线一条、6 寸产线两条及 8 寸产线一条，合计月产能达到约 8.1 万片/月（折 合成 8 寸晶圆）。因此从产能端来看，中国企业并没有与海外龙头存在巨大的差距，部分 企业产能甚至超出海外厂商，我们认为差距仍在于产品竞争力上。英飞凌、安森美等企 业产品结构更偏向于高附加值的功率半导体产品（如车用中低压 MOSFET、超级结产品、 IGBT 等），折合为 8 寸的单晶圆售价大幅高于国内半导体企业的 300-400 美元。中国公司 来看，单晶圆售价较高的企业为闻泰科技（安世半导体）及华虹半导体，凭借 6 万片左 右的月产能实现了超 20 亿元的功率半导体业务年收入。

上市企业逐渐形成板块效应，估值对海外呈显著溢价

目前，已经有 9 家中国功率半导体企业在 A 股及 H 股上市，板块合计总市值达到约 3100 亿元，已经超过海外龙头英飞凌与安森美的合计市值。从估值方面来看，目前 A/H 股中 国半导体功率企业的 2020/2021 年的平均 P/E 在 54.9/42.9 倍，平均 P/B 在 6.7/5.9 倍，平 均 P/S 在 8.1/7.4 倍。对比英飞凌、安森美两家海外龙头来看，2020/2021 年中国半导体 公司 P/E 溢价率为 284%/274%，P/B 溢价率为 168%/195%，P/S 溢价率为 440%/393%。我 们认为这种溢价主要来自于海外与中国功率半导体市场处于不同发展阶段所导致，有成 长性的优质企业被投资者赋予较高的业绩成长预期，享有较高的估值溢价。

我们在上文分析中指出，中国是全球最大的功率半导体消费市场，从收入来看，2018 年 中国头部厂商华润微电子、华虹半导体收入体量仅为英飞凌中国区功率器件收入的 1/5 水平，但中国厂商目前拥有及在建规划产能已经不输海外，我们看好半导体进口替代带 来的结构性转变及中国市场增速在需求端推动下可能优于全球，并认为中国功率半导体 相关厂商在收入侧有望兑现高 P/S 估值预期。

而从盈利能力上来看，目前中国厂商头部厂商毛利率与英飞凌差距在 2-3ppts，中游厂商 差距在 10ppts。净利润方面，由于仍处于成长期，研发投入较重，收入体量较大的华润 微电子、士兰微、华微电子净利率仍不足英飞凌的一半。随着产品竞争力增强及产能利 用率在半导体上行周期内的进一步恢复，我们也长期看好中国功率半导体企业盈利能力 的提升，P/E 高估值在未来 5-10 年的发展期内有望逐步被兑现。

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