2020年半导体行业研究报告MOSFET专题研究

导语

IGBT芯片=MOSFET+BJT。IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是由BJT（双极型三极管）和 MOSFET（绝缘栅型场效管）组成的复合功率半导体，兼备了双极型晶体管的高耐压和 MOSFET输入抗阻高的特性，因此IGBT适用于高电压、大电流场合。

来源：陈杭 方正证券

一、核心观点

MOSFET国内外差距缩小，国产厂商有望承接市场份额。MOSFET升级之路包括制程缩小、 技术变化、工艺进步。MOSFET在工艺线宽、器件结构、生产工艺know-how三个层面的技术发化放缓，随着 国内企业在产线建设、产品开发方面速度加快，国内外差距将明显缩窄。另一方面国外厂商逐步退出中低端市场，国内企业有机会承接市场份额。

MOSFET价格上涨，产业链相关公司受益。 全球半导体自20Q3末开始进入被动补库存阶段，全球开始恐慌性缺货，并带来涨价预期，与16Q3~18Q1的全球半导体景气周期以存储涨价为主导不同，本轮 20Q4~22Q1是以功率/8寸片涨价拉动到全产业链涨价。

“5G+汽车电子”推动MOSFET下游需求。MOSFET是最基础的电子器件，具有高频、电压驱动、抗击穿性好等特点，应用范围覆盖电源、变频器、CPU及显卡、通讯、汽车电子等多个领域。5G主要给MOSFET带来基站电源、快充等新增需求。汽车电动化背景下，燃油车转向电动车，功率半导体以及 MOSFET用量剧增。

二、功率MOS，驱动世界

1、MOSFET概况

根据Omdia数据，全球功率器件总市场约为463亿美元，其中分立MOSFET占比约为18%，市场空间约为83.34亿美元，MOSFET模组约占1%。全球功率MOSFET欧系厂商占主导。2019年英飞凌在全球功率MOSFET占比达到25%，安森美排名第二，占比12.80%。

功率MOSFET器件工作速度快，故障率低 ，开关损耗小 ，扩展性好。适合低压、大电流的环境，要求的工作频率高于其他功率器件 。应用范围覆盖电源、发频器、CPU及显卡、通讯、汽车电子等多个领域。

2、MOSFET：IDM模式占据主流

MOSFET的差异化主要来源于三个方面，一是基于系统 know-how理解的设计能力。二是前段制程的差异，即晶圆制造环节的工艺水平差异。三是后段制程的差异，即芯片封装工艺水平的差异。数字逻辑芯片产品的价值链构成更长，设计软件、IP、EDA、know-how、前段晶圆制造能力、 前段封装能力共同 创造了芯片的附加值。由亍价值链较长，逻辑芯片产业链出现了产业分工， Fabless+Foundry模式渐渐替代传统的IDM模式。但是在功率半导体领域，价值链较短，前段晶圆制造能力和后端封装能力是构成产品附加值的核心，国际一线企业大多数采用IDM模式。

MOSFET以及功率半导体采用IDM模式更具竞争力。一是Fabless企业不掌握晶圆生产能 力，在行业供需紧张时，难以拿到稳定的晶圆产能配额。二是 IDM企业设计部门在晶圆生产 阶段就能够开始调试参数、迭代工艺技术。

3、MOS升级之路：制程缩小+技术变化+工艺进步 +第三代半导体

制程缩小：MOSFET的生产工艺在1976-2000年左右跟随摩尔定律不断缩小制程线宽。生产工艺制程从早期的 10微米制程迭代至 0.15-0.35微米制程。 技术变化：MOSFET经历了3次器件结构上的技术革新：沟槽型、超级结、Insulated Field Plates。每一次 器件结构的变化，在某些单项技术指标上产品性能得到飞跃，大幅拓宽产品的应用领域。工艺进步：在同一个器件结构下，通过 对生产工艺进行调整，产品 FOM性能变得小幅改善。 材料迭代：SiC、GaN半导体功率器件。

4、MOSFET与BJT区别

MOSFET是电压驱动， 双极型晶体管（BJT）是电流驱动。（1）只容许从信号源取少量电流的情况下，选用MOS管；在信号电压较低，有容许从信号源取较多电流的条件下，选用三极管。（ 2）MOS管是单极性 器件（靠一种多数载流子导电），三极管是双极性器件（既有多数载流子，也要少数载流子导电）。（ 3） 有些MOS管的源极和漏极可以互换运用，栅极也可正可负，灵活性比三极管好。（4）MOS管应用普遍， 可以在很小电流和很低电压下工作。（5）MOS管输入阻抗大，低噪声， MOS管较贵，三极管的损耗大。（6）MOS管常用来作为电源开关，以及大电流开关电路、高频高速电路中，三极管常用来数字电路开关 控制。

5、MOSFET与IGBT区别

IGBT芯片=MOSFET+BJT。IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是由BJT（双极型三极管）和 MOSFET（绝缘栅型场效管）组成的复合功率半导体，兼备了双极型晶体管的高耐压和 MOSFET输入抗阻高的特性，因此IGBT适用于高电压、大电流场合。

二、5G+汽车电动化，功率 MOS下游需求旺盛

1、通信：5G带来基站MOSFET需求

根据英飞凌，5G基站采用的MOSFET等功率半导体用量是4G LTE基站的4倍以上。其中主要驱动力来自于Massive MIMO射频天线、小基站、雾运算的需求提升。

5G基站天线集成无源、有源设备。4G和5G基站之间最大的区别是天线设计的改变。4G系统的天线单元是完全无源的，意味它只能接收和传输信号，不进行任何处理。无线电遥控装置 (RRU)负责信号处理。为了提高5G天线的性能，满足不同频谱的需求，天线中加入了大量的MIMO。由于集成了一个无源天线和一个 RRU，5G基站天线的基本架构因此改变，这也使得5G AAU天线成为一个集成了无源和有源组件的射频设备。

宏基站、小基站数量上升。根据赛迪咨询数据，中国宏基站数量将在2023年达到100万个，小基站也受 5G需求推动。

根据EET的数据，5G基站功率比4G基站高出4700W，增长约67%。由于 5G基站需要采用Massive MIMO等技术，5G基站的AAU输出功率由 4G的40W~80W上升到200W甚至更高，同时由于处理的数据 量大幅度增加，BBU的功率也大幅度提升。

2、快充：用户需求催生快充需求

手机使用时间提升。根据Statista数据，2020年全球每人一天使用手机上网的时间达到了143分钟，2021 年将达到155分钟。手机使用时间的增加将会增加手机电池的消耗。

手机硬件更新迭代，耗电量提升。（1）120Hz高刷新率。120Hz逐渐成为了安卓旗舰机的标配。提高屏 幕的刷新率将会使使用者拥有更高的流畅感。（2）5G射频元器件数量增多。5G手机由于通信信号频段需求，功率放大器、双工器、LNA、滤波器数量都会高于4G手机。射频元器件数量增多也带来了通信中电量消耗的增多。（3）高性能CPU带来耗电量提升。

小体积、高开关速度、低成本、高集中度， GaN-MOS逐步替代硅基MOSFET。随着人们 对充电效率的要求逐步提高，手机充电出现了 “快充”模式，即通过提高电压来达到高电流 高功率充电，但高电压存在安全隐患，需要添加同步整流的MOS管来调整；后来出现较为安全的“闪充”模式，即通过低电压高电流来实现高速充电，这对同步整流MOS管的要求更 高，目前较为普遍的是 GaN-mos管，它可以实现发热少、体积小的目的。

3、功率器件是电动车之心

根据富士电机资料，汽车电子的核心是MOSFET和IGBT，无论是在引擎、或者驱动系统中的变速箱控制和制动、转向控制中 还是在车身中，都离不开 MOSFET。在传统汽车中的助力转向、辅助刹车以及座椅等控制系统等，都需要加上电机，所以传 统汽车的内置电机数量迅速增长，带动了 MOSFET的市场增长。新能源汽车中，除了传统汽车用到的半导体需求之外，还包 括BMS、EPS、车身控制模块网关 ECU、ADAS等。

4、新国标开启电动两轮车换车周期

新国标开启电动两轮车 换车周期。新国标《电动自行车安全技术规范》（ GB17761-2018） 亍 2018年5月15日颁布，2019年4月15日实施。新国标后，超标车替换将开启换车周期。其中主要沿海省份大城市换车截至日期集中在2021年底，内地二线城市集中在2022、2023年， 届时将迎来一轮密集的换车高峰。

共享电单车、外卖配送需求提升推动电动两轮车放量。除新国标带来的换车需求外，共享电单车直接驱动电动两轮车增长。外卖配送由于外卖员高频使用电动两轮车，因此外卖配送将会驱动电动两轮车的替代需求增长。

MOSFET是控制器的核心。电动两轮车的控制器主要用来控制电动车的启动、运行、进退、 速度以及其他的电子器件核心。MOS管则是电动车控制器的核心结构。

三、MOSFET相关企业分析（详见报告原文）

报告节选：

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