功率半導體：供需缺口巨大，打破國外巨頭壟斷，國產替代迫在眉睫

（報告出品方/分析師：

東莞證券劉夢麟陳偉光羅煒斌

）

1。功率半導體：電能轉換與電路控制的核心

1.1 功率半導體：定義與分類

功率半導體是電能轉換與電路控制的核心。

功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，在電子電路中起到功率轉換、功率放大、功率開關、線路保護和整流等作用，主要用於改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等。

按類別劃分，功率半導體可分為功率器件和功率 IC 兩大類，其中功率器件主要包括二極體、電晶體和閘流體，電晶體根據應用領域和製程不同又可分為IGBT、MOSFET和雙極型電晶體等；功率 IC 屬於模擬 IC，包含電源管理 IC、驅動 IC、AC/DC 和 DC/DC 等。

功率器件分類：主要包括二極體、閘流體和電晶體，其中電晶體是市場份額最大的品類。

1）二極體：

結構接單，具有單向導電性，廣泛應用於消費電子中，主要包括肖特基二極體（SBD）、快恢復二極體（FRD）等，其中 SBD 適用於小功率場景，而 FRD 則適用於較大功率場景；

2）閘流體：

體積較小，可靠性高，承受電壓和電流容量在所有器件中最高，最基礎的為 SCR（可控矽）、其次常見的有 GTO（門極可關斷閘流體），多用於高壓直流輸電和軌交領域；

3）電晶體：

是市場份額最大的種類，根據應用領域和製程的不同，又可分為 IGBT、MOSFET 和雙極型電晶體等。

MOSFET：

場效應電晶體，場效應電晶體，常見型別有平面柵 MOS、溝槽柵 MOS、超結 MOS、遮蔽柵 MOS 等，具有已於驅動、頻率超高的特點，下游應用領域廣泛，涵蓋電源管理、計算機及外設裝置、通訊、消費電子、汽車電子和工業控制等多個領域。

IGBT：

絕緣柵雙極型電晶體，為 MOSFET 和 BJT 組合而成複合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導通壓降兩方面的優點，驅動功率小而飽和壓降低，可實現逆變、變頻功能，在中低壓領域廣泛應用於新能源車和消費電子，在1700V以上的高壓領域廣泛應用於軌交、清潔發電和智慧電網等重要領域，被稱為電子行業的“CPU”。

不同功率半導體產品效能不同，因此擁有不同的應用場景。

作為最常用的電子元件之一，二極體具有單向導電性，可承受的電壓電流較小，用於整流、檢波以及作為開關元件；

閘流體能在高壓、大電流下進行工作，按導通及控制方式的差別可分為雙向、逆導、門極關斷、BTG 和溫控閘流體等不同型別，被廣泛應用於可控整理、交流調壓、變頻器和逆變器等電路中；

電晶體是電子電路的核心元件，主流的電晶體包括 MOSFET 和 IGBT 兩種，前者具有驅動簡單、高頻特性好的特點，具有雙向導電特性，主要用於高頻率，低功率的工作環境，廣泛運用於消費電子、通訊、工控和汽車電子等領域；

IGBT 則具有開關頻率高、不耐超高壓和可改變電壓等特徵，主要適用於低頻率、高功率的工作環境，廣泛應用於逆變器、變頻器和電源開關等領域。

1.2 功率半導體下游應用廣泛，市場規模穩步增長

功率半導體下游應用廣泛，幾乎涵蓋所有電子製造業。

功率半導體的主要作用是電力轉換和功率控制，核心目標為提高能量轉換效率並減少功耗，其下游應用廣泛，幾乎涵蓋所有電子製造業。

從下游應用領域的佔比來看，汽車是功率半導體最主要的下游應用領域，2019年全球功率半導體細分市場規模佔比從高到低依次為：汽車（35%）、工業（27%）、消費電子（13%）和其他（25%）領域；

國內市場方面，2019年汽車、消費電子、工業電源、電力、通訊等其他領域佔功率半導體下游應用比重分別為27%、23%、19%、15%和16%。

功率半導體應用範圍擴充套件，市場規模穩健增長。

近年來，隨著社會經濟快速發展和技術工藝的不斷進步，功率半導體的應用領域已從傳統的工業控制拓展至新能源、軌道交通、智慧電網和變頻家電等諸多市場，行業市場規模穩健增長。

根據 IHS 資料，2014 年全球功率半導體市場規模為 345 億美元，至 2019 年全球功率半導體市場規模增長至 404 億美元，2014-2019 年 CAGR 為 3。21%。中國擁有全球最大的功率半導體市場，產業鏈日趨完善。

國內功率半導體產業鏈日趨完善，技術也取得較大突破。

此外，中國是全球最大的功率半導體消費國，2019 年市場需求規模為 144。7 億美元，預計未來將保持較高增速，2021 年市場規模有望達到 159 億美元，2014-2021 年 CAGR 為 5。27%（IHS 資料）。

功率半導體市場結構：電源管理IC、MOSFET和IGBT位列前三。

從市場結構來看，電源管理 IC、MOSFET 和 IGBT為我國功率半導體佔比最高的三個分支。

根據 IHS 資料，截至 2018 年，我國電源管理 IC 市場規模為 84。3 億美元，份額佔比達 61%，MOSFET 和 IGBT 份額分別為 20%和 14%，三者佔比合計達 95%。

近幾年，受益下游消費電子、通訊行業和新能源汽車的快速發展，電源管理 IC 市場維持穩健增長態勢，而未來隨著新能源汽車行業快速發展，IGBT 和 MOSFET 有望步入快速發展期。

而在功率器件方面，MOSFET、功率二極體和 IGBT 是功率器件中最重要的三個細分領域。

從市場份額看，根據 Yole 資料，2017 年全球 MOSFET 規模佔功率器件市場的35。4%，位列第一，功率二極體和 IGBT 市場份額分別為 31。3%和 25。0%，分列第二、三位。

2。 IGBT：工控領域的核心，應用前景廣闊

IGBT 全名為絕緣柵雙極型電晶體，是由雙極型三極體（BJT）和 MOSFET 組成的複合全控型電壓驅動式半導體功率器件，兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和雙極型三極體（BJT）的低導通壓降兩方面的優點，IGBT 驅動功率小而飽和壓降低，非常適合應用於直流電壓為 600V 及以上的變流系統，如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等。

作為工業控制及自動化領域的核心元器件，IGBT 能根據工業裝置中的訊號指令來調節電路中的電壓、電流、頻率、相位等，以實現精準調控的目的，是國際上公認的電力電子技術第三次革命具代表性的產品。

IGBT 核心技術包括 IGBT 晶片設計、生產以及 IGBT 模塊的設計、封裝測試等。

IGBT 晶片由於其工作在大電流、高電壓、高頻率的環境下，對晶片的可靠性要求較高，同時晶片設計需保證開通關斷、抗短路能力和導通壓降（控制熱量）三者處於均衡狀態，晶片設計與引數調整最佳化十分特殊和複雜。

IGBT 晶片設計是功率半導體器件產業鏈中對研發實力要求很高的環節，國內已有少數企業的技術實力逐步趕上國際主流先進企業水平。

從產品分類來看，IGBT 可分為單管、模組和智慧功率模組（IPM）三類產品，根據 IHS Markit 資料，2018 年 IGBT 模組、IGBT 單管和 IPM 市場規模佔比分別為52。08%、20。99% 和 26。92%，三者生產製造技術和下游應用場景均有所差異：在生產製造技術方面，單管產品和 IPM 模組採用環氧注塑工藝，標準模組採用灌膠工藝；

在下游應用場景方面，單管主要應用於小功率家用電器、分散式光伏逆變器及小功率變頻器，標準模組主要應用於大功率工業變頻器、電焊機、新能源汽車（電機控制器、車載空調、充電樁）等領域，IPM 模組主要應用於變頻空調、變頻洗衣機等白色家電。

從下游應用領域來看，IGBT 功率半導體下游應用廣泛，廣泛應用於電機節能、軌道交通、智慧電網、家用電器、汽車電子、新能源發電和新能源汽車等領域，應用前景廣闊。

根據 IHS Markit 報告，2018 年全球 IGBT 市場規模約為 62 億美金，2012-2018 年複合增速高達 11。65%。

受益下游需求大幅增加，我國 IGBT 市場規模增速快於全球平均水平。

我國 IGBT 市場規模增速快於全球，2012 年-2019 年我國 IGBT 年複合增長率為 14。52%。根據集邦諮詢預測，受益於新能源汽車和工業領域的需求大幅增加，中國 IGBT 市場規模將持續增長，到 2025 年，中國 IGBT 市場規模將達到 522 億人民幣，2018-2025 年複合增長率達 19。96%。

新能源汽車拉動 IGBT 需求。

IGBT 模組在新能源汽車領域中發揮著至關重要的作用，是新能源汽車電機控制器、車載空調、充電樁等裝置的核心元器件。

新能源汽車中的功率半導體價值量提升十分顯著，根據英飛凌年報顯示，新能源汽車中功率半導體器件的價值量約為傳統燃油車的 5 倍以上。

其中，IGBT 約佔新能源汽車電控系統成本的 37%，是電控系統中最核心的電子器件之一，因此，未來新能源汽車市場的快速增長，有望帶動以 IGBT 為代表的功率半導體器件的價值量顯著提升，從而有力推動 IGBT 市場的發展。

EVTank 指出，2018 至 2025 年我國新能源汽車 IGBT 市場規模將從 38 億元增長至 165 億元，2018-2025 年複合增長率為 23。33%。

IGBT 是新能源發電行業核心器件，光伏、發電逆變器拉動 IGBT 需求。

IGBT 是光伏逆變器和風力發電逆變器的核心器件，根據中國電力化工網的資料，2020 年全球光伏發電裝機容量將達 736。62GW，同比增長 20。48%，我國光伏發電裝機容量繼續保持快速增長，2020 年累計裝機有望達 516GW，同比增長 50%，裝機容量位居世界第一。

國家統計局預測，至 2025 年中國新能源發電透過柔性輸電併網比例將會提升至 71%，中國新能源發電 IGBT 市場規模將會增加到 14。4 億元。

5G 基站、特高壓、充電樁等新基建領域拉動 IGBT 需求。

根據中央政治局常務委員會會議的要求，我國近年來將發力於科技端的基礎設施建設，包含 5G 基建、特高壓、城際高速鐵路和軌道交通、新能源車充電樁、大資料中心、人工智慧和工業網際網路等七大新基建板塊，其中 5G 基站、新能源車充電樁、城際高鐵和城市軌道交通和特高壓等新基建領域都會大量使用 IGBT，有效拉動 IGBT 需求。

3。 MOSFET：新能源汽車、5G 基建驅動發展

MOSFET，又稱 MOS、MOS 管，全稱為 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬-氧化物半導體場效應電晶體，即以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場的效應來控制半導體（S）的場效應電晶體。

它是一種可以廣泛使用在類比電路與數位電路的，具有導通電阻小，損耗低，驅動電路簡單，熱阻特性好等優點，特別適合用於電腦、手機、移動電源、車載導航、電動交通工具、UPS 電源等電源控制領域。

根據工作電壓的不同，功率 MOSFET 可分為中低壓 MOSFET（工作電壓＜100V）和高壓 MOSFET（工作電壓＞500V），其中中低壓 MOSFET 多用於手機、數碼相機和電動腳踏車等產品，而高壓領域則包括風力發電、電焊機、高壓變頻器和發電裝置等。

根據工作載流子的極性不同，功率 MOSFET 可分為 N 溝道型（NMOS）與 P 溝道型（PMOS），兩者極性不同但工作原理類似，在實際電路中採用導通電阻小、製造較容易的 N 溝道型 MOSFET。

MOSFET 具有三個電極，分為源極（Source）、漏極（Drain）以及柵極（Gate），透過控制柵極所加電壓可控制源極與漏極之間的導通與關閉。

以 N 溝道MOSFET為例，當G、S極之間的電壓為零時，D、S之間不導通，相當於開路，而當G、S極之間的電壓為正且超過一定界限時，D、S極之間則可透過電流，因此功率MOSFET在電路中起到的作用近似於開關。

作為最基礎的電子器件，MOSFET 具有高頻、電壓驅動、抗擊穿性好等特點，應用範圍覆蓋電源、變頻器、CPU 及顯示卡、通訊、消費電子、汽車電子、工業等多領域。

在一般電子電路中，MOSFET 通常被用於放大電路或開關電路，其可作為邏輯電路和易失性電路記憶體電路的開關，也可作為放大訊號元器件使用。

20 世紀 70 年代，CMOS 技術在 NMOS 與 PMOS 工藝基礎上逐漸發展起來，CMOS 的 C 表示互補，即將 NMOS 器件與 PMOS 器件同時製作在同一矽襯底下，製作 CMOS 積體電路。

CMOS 積體電路具有功耗低、速度快、抗干擾能力強、整合度高等眾多優點，是當前積體電路的主流工藝技術，MOSFET 也因此成為當前積體電路的重要元器件之一。

從下游應用佔比來看，MOSFET 產業鏈下游涵蓋消費電子、工業、通訊、汽車電子、CPU/GPU 及電子照明等多重領域，並透過客戶直接與汽車、計算機、家用電子等眾多終端產品配套。

從我國 MOSFET 應用分佈來看，汽車電子及充電樁佔比 20%-30%，消費電子佔比 20%以上，工業領域約佔 20%。

根據 IHS Markit 的統計，2018 年我國 MOSFET 市場規模為 27。92 億美元，2016 年-2018 年複合年均增長率為 15。03%，高於功率半導體行業平均的增速。

在下游的應用領域中，消費電子、通訊、工業控制、汽車電子佔據了主要的市場份額，其中消費電子與汽車電子佔比最高。

在消費電子領域，主機板、顯示卡的升級換代、快充、Type-C 介面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組領域均發揮重要作用，有著廣泛的應用市場及發展前景。

汽車電動化為 MOSFET 帶來巨大增量空間。

汽車新能源化是大勢所趨，與傳統汽車相比，電動車內建電子元器件大幅提升，從電控、電池管理系統、影音娛樂系統、ADAS 系統到完全自動駕駛系統等，電子化水平大幅提高。

在傳統汽車中，MOSFET 主要用於輔助驅動各種電動馬達，包括通風系統、雨刮器和電動車窗等，而新能源汽車中的大量電氣控制裝置（引擎、驅動系統中的變速箱等）將促使 MOSFET 的用量大幅上升。

根據英飛凌測算，電動汽車中半導體價值量接近傳統汽車的兩倍，而 MOSFET 和 IGBT 為電動車控制器中實現功率變換的核心部件，在高階電動汽車中 MOSFET 器件用量可達 250 只，預計汽車電動化浪潮將給 MOSFET 帶來巨大的增量空間。

5G 基站：Massive MIMO 技術推動功率半導體需求。

相比 4G，5G 網路具有高速率、低延時和超高連線密度等諸多優勢，其應用場景更為廣泛。

為滿足 5G 時代超高的使用者體驗速率需求以及物聯網應用情景中的多使用者接入能力，實現極致資訊傳輸速度和極高資訊傳送質量，需要增加首發訊號的天線數量，大規模天線陣列技術（Massive Multi-input Multi-output，MIMO）技術應運而生、Massive MIMO 技術同時增加了基站側和手機側的天線數量，從而實現基站側幾百個天線同時傳送資料，以提升頻譜效率和系統容量。

Massive MIMO 技術的採用，使得 5G 的 AAU 輸出功率由 4G 的 40-80 W 上升至 200W 甚至更高，同時處理的資料量大幅增加也使得 BBU 功率大幅提升，對功率器件的工作溫度也有所提高，驅動 MOSFET 功率器件實現量價齊升。

4。我國功率半導體存在巨大的供需缺口，國產替代迫在眉睫

近年來，我國功率半導體器件產業規模保持較快增長態勢，但在器件的生產製造和自身消費之間存在巨大缺口。作為全球最大的功率半導體器件消費國，我國功率半導體器件新品等產品仍大量依賴於外國供應商。

我國功率半導體以生產低端器件為主，在高階領域與國外企業存在較大差距。

在全球功率半導體器件產地分佈中，不同國家、地區的技術水平與市場地位也有著顯著的差距。

我國處於功率半導體器件供應鏈的相對末端，產品以二極體、閘流體、低壓 MOSFET 等低功率半導體器件為主，而在以新型功率半導體器件如 MOSFET、IGBT、FRED、高壓 MOSFET 為代表的高技術、高附加值、市場份額更大的中高檔產品領域，國外企業擁有絕對的競爭優勢，國內市場所需產品大量依賴進口，與國外企業存在較大差距。

從功率器件來看，根據Omdia資料顯示，截至2019年，英飛凌為全球最大功率器件廠商，市場份額18。5%，市場份額前五分別為：英飛凌（18。5%）、安森美（9。2%）、意法半導體（5。3%）、三菱電機（4。9%）和東芝（4。7%），行業前八均為海外企業。

IGBT 方面，根據 IHS Markit 資料，2019年全球IGBT模組市場份額前五的企業分別為英飛凌、三菱、富士、賽米控和威科電子，這五家企業合計佔據了全球68。8%的市場份額。

而在國內新能源汽車IGBT模組市場中，英飛凌2019年市場份額佔比為58。2%，處於絕對領先地位。同時，3300V以上的高階IGBT市場，海外廠商的 IGBT 產品的市場優勢地位均十分明顯。

我國 IGBT 自給率逐年提升，但仍存在巨大的供需缺口。

根據智研諮詢資料，自2015年以來，我國 IGBT 自給率超過10%並逐漸增長，預計2024年我國 IGBT行業產量將達到0。78億隻，需求量約為1。96億隻。

總的來看，我國 IGBT 行業仍存在巨大供需缺口。基於國家相關政策中提出核心元器件國產化的要求，“國產替代”將會是未來 IGBT 行業發展的主旋律之一。

而在 MOSFET 方面，根據 Omdia 和英飛凌資料，目前行業大部分市場份額被歐美日企業佔據，行業前五名分別為：英飛凌（24。60%）、安森美（12。80%）、意法半導體（9。50%）、東芝（7。30%）和瑞薩（5。60%）。

國內方面，安世半導體（聞泰科技收購）和華潤微市場份額分別為 4。10%和 3。00%，分別位列全球第 8、9 位。

5。國內主要功率半導體企業介紹

近年來，受益下游新能源汽車、新基建、消費電子快充和家電變頻等領域的旺盛需求，疊加功率半導體領域國產替代的不斷推進，本土功率半導體廠商憑藉產能擴張、技術進步和快速響應能力實現份額提升，並湧現出一批以士蘭微、華潤微、斯達半導和新潔能為代表的優秀企業。

士蘭微（600460）：

成立於 1997 年，前身是杭州士蘭電子有限公司，目前主要產品是積體電路及相關的應用系統和方案，主要從事 MCU、LED 驅動晶片以及 MEMS 等積體電路晶片以及包括 MOSFET、二極體、IGBT 等半導體功率器件產品。

前為國內較大的以“設計製造一體”（IDM）模式為主要經營模式的綜合性半導體產品公司，主要產品包括積體電路、半導體分立器件、LED（發光二極體）產品等三大類，相關產品廣泛應用於工業、新能源汽車、新能源發電和家電等領域。

士蘭微從功率半導體晶片設計業務開始，逐步搭建了特色工藝的晶片製造平臺，形成 IDM 的經營模式。

士蘭微陸續完成大功率 IGBT、多晶片高壓 IGBT 智慧功率模組、超結 MOSFET、高壓積體電路等產品的研發、設計，功率半導體產品線不斷豐富。

根據 IHS Markit 資料，2019 年士蘭微在全球 IGBT 單管市場份額約為 2。2%，市佔率排名位列全球第 10 位；在全球 IPM 模組市場份額約為 1。1%，市佔率排名位列全球第 9 位。

華潤微（688396）：

公司成立於 2003 年，是國內領先的擁有晶片設計、晶圓製造、封裝測試等全產業鏈一體化經營能力的不同企業，產品聚焦於功率半導體、智慧感測器與智慧控制領域，為客戶提供豐富的半導體產品與系統解決方案。

公司產品設計自主、製造全程可控，在分立器件及積體電路領域均已具備較強的產品技術與製造工藝能力，形成了先進的特色工藝和系列化的產品線。

公司是中國最大的 MOSFET 供應商，在國內 MOSFET 市場佔有率僅次於英飛凌和安森美。

斯達半導（603290）：

公司成立於2005年，主要從事以IGBT為主的功率半導體晶片和模組的設計研發和生產，並以IGBT模組形式對外實現銷售，相關產品廣泛應用於工業控制及電源、新能源、變頻白色家電等領域。

根據 IHS Markit 資料，2019年斯達半導在全球IGBT模組市場的份額約為2。5%，市佔率排名位列全球第 8 位，國內第 1 位，是世界排名前十中唯一一家中國企業。

捷捷微電（300623）：

公司成立於1995年，以閘流體業務起家，是國內閘流體行業的龍頭企業。在閘流體業務基礎上，公司積極拓寬產品系列，向功率器件全領域延伸，目前主要產品包括閘流體器件和晶片、防護類器件和晶片（包括：TVS、放電管、ESD、整合放電管、貼片 Y 電容、壓敏電阻等）、二極體器件和晶片（包括：整流二極體、快恢復二極體、肖特基二極體等）、厚膜元件、電晶體器件和晶片、MOSFET 器件和晶片、碳化矽器件等。

宏微科技（688711）：

公司成立於2006年，自成立以來一直專注於功率半導體晶片、單管和模組研發及應用，在 IGBT、FRED 晶片及模組方面進行了深入設計，積累了豐富的設計和製造經驗。

公司主營業務系以IGBT、FRED 為主的功率半導體晶片、單管、模組和電源模組的設計、研發、生產和銷售。

新潔能（605111）：

公司成立於2013年，專注於 MOSFET、IGBT 等半導體晶片和功率器件的研發設計，按產品平臺劃分，可分為溝槽型 MOS、超結 MOS、遮蔽柵 MOS、IGBT，產品覆蓋12V-1350V電壓範圍，0。1-350A 電流範圍的多系列型號，產品效能已接近國外主流廠商水平。

公司主要為 Fablss 模式，透過與代工廠商華虹半導體合作，成為國內第一個量產12英寸平臺晶片產品的功率半導體廠商，預計未來 12 寸產能將進一步提升。

華微電子（600360）：

華微電子成立於1999年，是集功率半導體分立器件設計研發、晶片加工、封裝測試及產品營銷為一體的高新技術企業，擁有多條功率半導體分立器件及 IC 晶片生產線，主要生產功率半導體分立器件及 IC，應用於消費電子、節能照明、計算機、PC、汽車電子、通訊保護與工業控制等領域。

華微電子目前已建立了從高階二極體、單雙向可控矽、MOS 系列產品到第六代 IGBT 功率器件的產品體系。根據 IHS Markit 資料，2019 年華微電子在全球 IPM 模組市場份額約為 0。8%，市佔率排名位列全球第 10 位。