2020-2021功率半导体赛道分析报告.pptx

2020-2021功率半导体赛道分析报告,核心观点,1、行业总览：千亿赛道，成熟市场叠加新兴纯增量市场功率半导体用于所有电力电子领域，市场成熟稳定且增速缓慢。行业发展主要依靠新兴领域如新 能源汽车、可再生能源发电、变频家电等带来的巨大需求缺口。成熟市场规模：根据IHS Markit 数据显示2018年全球功率器件市场规模为391亿美元，中国功率市场规模为138亿美元，全球占比35%。纯增量市场规模：我们主要测算了国内新能源汽车、充电桩、光伏和风电四个领域中应用 功率半导体市场空间。新能源汽车领域市场需求到2025年约160亿元，2030年约275亿元。公 共直流充电桩领域2020-2025年累计市场需求约140亿元，2025-2030年累计需求约400亿元。光 伏领域2020-2025年累计市场需求约50亿元，随政策调整有望进一步增长。风电领域2020-2024 年累计市场需求约30亿元。整体看，国内功率半导体市场2025年四个领域提供纯增量规模预计达200亿元。根据Omdia数据显示，2018年全球排名前十功率半导体企业来自于美国、欧洲和日本，合计市占率达60%。国内功率半导体市场自给率偏低，中高端功率MOSFET和IGBT自给率不足10%，国产替代空间巨大。 2、行业发展趋势一：不需要追赶摩尔定律，倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代，整体趋向集成 化、模块化功率半导体整体进步靠制程工艺、封装设计和新材料迭代。设计环节：功率半导体电路结构简单， 不需要像数字逻辑芯片在架构、IP、指令集、设计流程、软件工具等投入大量资本。制造环节： 因不需要追赶摩尔定律，产线对先进设备依赖度不高，整体资本支出较小。封装环节：可分为分 立器件封装和模块封装，由于功率器件对可靠性要求非常高，需采用特殊设计和材料，后道加工 价值量占比达35%以上，远高于普通数字逻辑芯片的10%。提升性能和降低成本推动晶片向集成化、小型化发展。根据Omdia预测，2020-2024年分立器件 市场增速为2.2%，而功率模块市场增速为5.4%。新兴市场使中高端产品如IGBT和功率MOSFET 需求变大。根据WSTS数据统计，全球功率MOSFET增速为7.6%，IGBT为8.9%。目前，根据在研项目和产品布局看，国内企业开始向价值量更高的中高端产品转型。,核心观点,3、行业发展趋势二：新能源与5G通信推动第三代半导体兴起新能源、5G等新兴应用加速第三代半导体材料产业化需求，我国市场空间巨大且有望在该领域快 速缩短和海外龙头差距。天时：第三代材料在高功率、高频率应用场景具有取代硅材潜力，行 业整体处于产业化起步阶段。地利：受下游新能源车、5G、快充等新兴市场需求以及潜在的硅 材替换市场驱动，目前深入研究和产业化方向以SiC和GaN为主，国内市场空间巨大。人和：第 三代半导体核心难点在材料制备，其他环节可实现国产化程度非常高，加持国家在政策和资金方 面大力支持。我们认为该行业技术追赶速度更快、门槛准入较低、国产化程度更高，中长期给国 内功率半导体企业、衬底材料供应商带来更多发展空间确定性更强。4、行业发展趋势三：IDM模式更适合功率半导体行业，代工可以提供产能、工艺技术补充海外功率半导体龙头企业都采用IDM模式，国内功率半导体行业商业模式以IDM为主，设计+代工 为辅。目前，国内IDM企业（如士兰微）和代工企业（如中芯绍兴）都在积极扩充产能和升级产 线，从4/6寸升级到6/8寸甚至更高，整体追赶国际主流水平。产能扩充可以认为公司技术储备和 产品性能已经达到国际同类产品水平，后续通过开拓客户和抢占市场份额实现营收增长。IDM与代工并行符合国内行业格局现状，双模式运行并不冲突，有效利用我国产能资源，实现优 势互补。IDM模式可以提高产品毛利并建立技术壁垒。我国特色工艺和封装技术处于国际先进水 平，工艺技术和产能部署完善。功率半导体企业与代工企业长期合作，可以实现产能补充和获得 工艺技术支持。,核心观点,投资建议推荐综合实力强劲的全球标准器件龙头闻泰科技（600745）；代工与IDM模式并行，拥有国内最全面的功率 器件产品线龙头华润微（688396）；国内功率器件领军企业扬杰科技（300373）；国内晶闸管龙头捷捷微电（300623）；国内IGBT模块龙头斯达半导（603290）；同时建议关注：通过产品组合调整，向中高端进军的老牌功率IDM龙头华微电子（600360）；化合物半导体代工龙头三安光电（600703）；大功率器件优质公司台基股份（300046）；产品线丰富的IDM龙头士兰微（600460）；高压、大功率晶闸管龙头派瑞股份（300831）。 风险提示外部冲击风险；研发进展不及预期；产线建设进展不及预期；下游需求不及预期；客户认证不及预期。,表：重点公司盈利预测（百万元）总市值归母净利润PE净资产PB营业总收入PS公司代码 公司名称（百万元） 2019A2020E2021E2019A2020E2021E2020H12020E2020H12020E2019A2020E2019A2020E,核心图表1：功率半导体产业链投资标的汇总,晶圆制造,设计,器件/模块封测,斯达半导（688290.SH） 赛晶电力电子（0580.HK) 南京银茂（未上市）江苏宏微（未上市）,东微半导体（未上市） 中科君芯（未上市） 无锡新洁能（未上市）,华虹半导体（1347.HK) 中芯国际（688981.SH） 上海先进（退市）深圳方正微（未上市） 三安光电（600703.SH） 华润微（688396.SH）,中车永电（未上市） 西安爱帕克（未上市） 威海新佳（未上市）长电科技（600584.SH） 通富微电（002156.SZ） 华天科技（002185.SZ）,晶圆制造 设计封测设计+封测 IDM,核心图表2：国产功率半导体产业发展分析,国内功率半导体 行业发展催化剂,发展路径,市场：市场成熟需求量巨大应用范围广产品：寿命长、迭代慢、利润较低难点在制程和封装 工艺不遵循摩尔定律资本投入中等，人 才与技术是核心,行业特点,市场需求：5G、新能源车打开需求上升空间，且最大的市 场在中国政策：十四五、国务院印发若干政策等全面支持 国产半导体行业发展人才：侧面受益于中美摩擦导致的人才回流，半导体概念深化有望改善基础教育认知 资金：功率半导体不参与先进制程竞技，投资门槛略 低于逻辑电路，产能拓展容易技术：国内产业链配套齐全，制造和封测环节处于国 际先进，材料和设备刚需国产化难度低。设备 可以采用国产或二手，新材料刚刚开始大规模 产业化，国内外技术差距不大，容易赶超,设备、材料产业化IDM企业产能扩张，代工+ 设计长期合作，代工+IDM 实现产能补充产品从低端向高端延伸，1） 二极管门槛低，已实现出口超过进口；2）MOSFET逐 渐从中低压向中高压领域 拓展；3）IGBT是目前重点 研发和产业化方向，差距 较大；4）第三代材料国内 起步晚，但是追赶速度快提升产品性能，品牌知名 度，获得客户认证，实现 市场份额扩张,在市场需求、政策、人才、资金和技术多因素催化下，国内功率半导体行业未来3-5年有望进入 黄金发展期。无论是从技术追赶难度、产业化布局进度、外部因素冲击等多角度分析，功率半 导体都是未来可预见的国产替代进度最快的细分领域之一。在外部环境冲击相对较小的情况下，技术差距缩短+产能扩张为进口替代趋势保驾护航。目前国产功率器件在中低端产品上替代进度很快，未来将会持续向中、高端领域延伸。,核心图表3：国内功率器件制造产能分布,表：国内可用于功率器件制造的晶圆线产能（2019年）,公司名称,产业链模式,产能分布,安世半导体,IDM,德国835千片/月，英国624千片/月（八寸当量）,吉林华微电子,IDM,吉林：480千片/月，5130千片/月，665千片/月，880千片/月（一期），820千片/月（二期规划）,华润微电子,IDM,重庆：850千片/月（两年扩到70千片/月），12产线规划；无锡：6206千片/月，861千片/月,扬州扬杰科技,IDM,41000千片/月，670-80千片/月（规划扩产）,苏州固锝电子,IDM,3线，4线,杭州士兰微,IDM士兰集成5/6220千片/月，士兰集昕845千片/月，士兰明镓化合物4/6产能爬坡，厦门士兰集科1280千片/月（两 期规划产能80千片/月，一期在建）,中车时代电气,IDM,6 SiC5千片/月，8IGBT50千片/月,深圳比亚迪,IDM,宁波：6IGBT 100千片/月,吉林瑞能半导体,IDM,542千片/月，620千片/月,苏州捷捷微电,IDM,IPO前：458千片/月；IPO：功率半导体435千片/月，防护器件440千片/月；定增：电力电子芯片650千片/月， 电子元器件芯片4125千片/月（在建）,北京燕东微电子,IDM,420千片/月，630千片/月，850千片/月（产能爬坡）,台基股份,IDM,1-6原有产能，620千片/月（改扩建）,立昂微电子,IDM,立昂东芯：6射频10千片/月；立昂微：6MOSFET35千片/月，6二极管50千片/月,中环股份,IDM,天津：60.35微米功率半导体器件35千片/月,深爱半导体,IDM,原始：540千片/月；新增：原445千片/月产线升级成5；640千片/月,万国半导体,IDM,重庆：1220千片/月（产能爬坡），1250千片/月（二期规划）,上海先进/积塔半导体,制造,漕河泾厂：5、6、865千片/月（8等效晶圆）；临港厂：860千片/月，1250千片/月，6SiC5千片/月（在建）,深圳方正微,制造,660千片/月（未来扩产至80千片/月）,中芯绍兴,制造,上海/深圳：825千片/月；绍兴：840千片/月（规划产能842.5千片/月，2023年总产能扩至100千片/月）,华虹半导体,制造,上海：8“ 180千片/月；无锡：12”40千片/月（产能爬坡）,核心图表4：国内第三代材料的产业链布局,表：中国SiC、GaN器件及模块生产布局情况,公司地点产品项目情况,三安光电,SiC二极管,厦门已投产,长沙,GaN-On-SiC Power SiC二极管,建设中,SiC MOS,士兰明镓,厦门,GaN器件,已投产,华润微电子,重庆,8英寸硅基氮化镓器件,研发中,无锡,已投产,SiC JBS 600-1200V SiC MOS,海威华芯,成都,已投产,0.5-0.25微米GaN HEMTGaN-On-SiC Power,中科钢研,南通,SiC电子电力芯片,建设中,上海,SiC电子电力芯片,已签约,耐威科技,青岛,GaN微波器件、GaN功率器件,2019 11月签约,泰科天润,北京,600-1200V SiC SBD,已投产,浏阳,6英寸SiC晶圆线,建设中,积塔半导体,上海,SiC器件,已投产,大连芯冠,大连,GaN电子电力器件,已投产,芯光润泽,厦门,SiC SBD、SiC MOS、SiC IPM,已投产,中车时代半导体,株洲,SiC SBD、SiC MOS,已投产,基本半导体,深圳,已投产,SiC SBD、SiC MOS全SiC功率模块,国基南方,南京、扬州,SiC SBD、SiC MOS,已投产,江苏能华,张家港,GaN HEMT、GaN SBD,已投产,扬杰电子,扬州,SiC SBD、SiC JBS,已投产,苏州能冠,昆山,GaN HEMT、GaN RF PA,已投产,中晶半导体,东莞,GaN 器件,已投产,中鸿新晶,济南,SiC器件、GaN RF、GaN Power,已签约,富能半导体,济南,SiC功率器件,2019年封顶,瑞能半导体,吉林,660-1200V SiC二极管,已投产,嘉兴斯达,嘉兴,SiC功率模块,已投产,目录,功率半导体应用及分类功率半导体市场概况与竞争格局行业趋势一：不需追赶摩尔定律，倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代，整体趋向集成化、模块化设计环节：电路结构简单，不需要像数字逻辑芯片投入大量资本制造环节：不需要追赶摩尔定律，产线对先进设备依赖度不高封装环节：对可靠性要求高，价值量占比显著提高行业趋势二：新能源与5G通信推动第三代半导体兴起行业趋势三：商业模式以IDM是主，代工提供产能补充和工艺技术支持增长驱动力新能源汽车和充电桩可再生能源发电工业控制和变频家电投资建议与风险提示,电子装置的核心，电力电子行业的CPU,1,功率器件原理介绍,功率 半导 体转 换,电源 输入,负载 输出,控制电路,直流/交流,直流/交流,功率器件特指转换并控制电力的功率半导体器件。电力转换包括转换一个或多个电压、电流或频 率；功率控制指控制输入和输出的功率大小。电力转换核心目标是提高能量转换率、减少功率损耗。关断时没有漏电，导通时没有电压损失， 在开关切换时没有功率损耗。电力控制核心是使用最小的输入控制功率保证输出功率的大小和时 延。图：功率器件原理,根据集成度可将功率半导体分为功率IC和功率器件,半导体,分立器件,传感器,功率器件,二极管,晶体管,MOSFET,双极型晶体管,晶闸管,小信号,集成电路,模拟IC,功率IC,AC/DC,DC/DC,电源管理IC,驱动IC,放大器比较器,数据转换IC,数字IC转换口IC,2功率器件在半导体行业所处位置功率半导体按集成度可分为功率IC和功率分立器件两个大类，其中功率器件又可分为二极管、晶体管和晶闸管。 晶体管根据应用领域和制程不同又可分为IGBT、MOSFET、双极型晶体管等。不同功率半导体器件，其承受电 压、电流容量、阻抗能力、体积大小等特性也会不同，实际使用中，需要根据不同领域、不同需求来选用合适 的器件。图：半导体器件分类光电子IGBT,功率半导体应用范围极其广泛,3功率半导体应用范围功率半导体下游应用广泛，基本上涉及到电力系统的地方都会使用功率器件。下游应用领域主要可分为几大部分： 消费电子、新能源汽车、可再生能源发电及电网、轨道交通、白色家电、工业控制，市场规模呈现稳健增长态势。 基于不同应用场景所对应的功率和频率，人们选择使用相应的功率器件和基材。图：功率半导体应用范围,GaN MOSFET107,SiC MOSFET,功率器件逐渐向高性能、可控化、集成化方向发展,4功率半导体发展功率半导体器件从早期简单的二极管逐渐向高性能、集成化方向发展，从结构和等效电路图看，为满足更广泛 的应用需求和复杂的应用环境，器件设计及制造难度逐渐提高。图：功率半导体分立器件及模块结构原理图,1980s IGBT,1970s MOSFET,1960s 晶闸管,1950s 二极管,1980s IGBT模块,1990s IPM模块,功率器件逐渐向高性能、可控化、集成化方向发展,分类方式子类特点应用,控制类型,全控型 半控型 不可控型,三端器件，可控制开关 三端器件，无法控制断开 两端器件，不可控开关,BJT、GTO、IGBT晶闸管 二极管,载流子类型,MOSFET,单极型多极型,三极管、晶闸管,混合型,开关频率较高，但随着耐压的提高通态损耗较大，常用于功 率较低的变换器上通态压降低、阻断电压高、电流容量大、开关频率一般不高输入输出通道耐压高、电流密度大、导通压降低，控制通道 输入阻抗高、响应速度快,IGBT、IGCT,半导体材料,Si、Ge,GaAs、InP,常用功率半导体材料 大功率光电器件、射频器件,SiC、GaN,常用硅基材料，1.1eV禁带宽度和非常稳定物理化学性能 更大的禁带宽度和电子迁移率更大的禁带宽度、饱和漂移速度、临界击穿电压，适合大功 率、高温、高频、抗辐照应用场合,光电、微波通信,集成度,分立器件 模组 功率IC,电路中最基本的元件将分立器件的芯片组合并重新组合绝缘 由电容、晶体管、其他分立器件组成的模拟IC,最早出现的基础元件 初步集成化尺寸缩小实现进一步集成化,5功率半导体多维度分类及特点介绍功率半导体可根据对电路信号的可控程度分为全控型、半控型及不可控型；按载流子类型分为单 极型、多极型和混合型。随着技术进步以及更高的性能需求，又可以按所用材料分为硅基、第二 代及第三代化合物衬底；按集成度分为分立器件、模组和功率IC。表：功率半导体多种分类,功率器件种类繁多，根据不同的特性应用于不同领域,6功率半导体器件性能对比功率器件种类较多，根据不同的器件特性分别应用于不同的应用领域。二极管晶闸管等传统器件虽然是不可控或 半可控器件，但优点是成本低，生产工艺相对简单，在大量中低端领域还是大量使用。IGBT、MOSFET等器件 更多应用于高压高可靠性领域，器件结构相对复杂并且生产工艺门槛高，成本相对较高，在轨道交通、汽车等领 域广泛使用。表：功率半导体性能对比,目录,功率半导体应用及分类功率半导体市场概况与竞争格局行业趋势一：不需追赶摩尔定律，倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代，整体趋向集成化、模块化设计环节：电路结构简单，不需要像数字逻辑芯片投入大量资本制造环节：不需要追赶摩尔定律，产线对先进设备依赖度不高封装环节：对可靠性要求高，价值量占比显著提高行业趋势二：新能源与5G通信推动第三代半导体兴起行业趋势三：商业模式以IDM是主，代工提供产能补充和工艺技术支持增长驱动力新能源汽车和充电桩可再生能源发电工业控制和变频家电投资建议与风险提示,全球功率半导体市场规模大概为400亿美元,4%,1全球功率半导体市场规模2018年全球功率半导体整体市场规模大概为400亿美元，分立器件和模块合计占比45%，份额长期保持稳定。分 立器件及模块（包括IGBT模块、IPM智能模块）市场规模合计约180亿美元，其中占比最大的是MOSFET和IGBT，市场规模分别为74亿美元和54亿美元。IGBT又可以细分为分立器件、模块和IPM。图：2018年功率半导体细分市场规模估计功率半导体400亿美元,功率IC220亿美元,分立器件128亿美元,模组 52亿美元,IGBT54亿美元,二极管 36亿美元,MOSFET74亿美元,BJT7亿美元,晶闸管9亿美元,IGBT分立器件11亿美元,IGBT模块28亿美元,IPM模块15亿美元,55%,32%,13%,功率器件及模组180亿美元,41%,30%,20%,5%,21%,52%,27%,中国功率半导体市场占全球总市场的1/3,30%,31%,32%,33%,34%,35%,36%,37%,500450400350300250200150100500,2014,2015,2016,2017,2018,2019,2020,2021,图：全球及中国功率半导体市场规模（亿美元）及增速全球功率半导体市场规模中国功率半导体市场规模全球市场占比,244,159,63,0,50,100,150,200,250,300,350,2017,2018,2019,2020E,2021E,2022E,2023E,2024E,图：全球功率半导体细分市场规模（亿美元）及预期增速功率IC分立器件模组,2全球和中国功率半导体市场规模近年来，功率半导体的应用领域已从工业控制和消费电子拓展至新能源、智能电网、变频家电等新市场，市场规 模呈现稳健增长态势。根据IHS Markit数据显示，2018年全球功率器件市场规模约为391亿美元，预计至 2021年 增长至441亿美元。目前国内功率半导体产业链正在日趋完善，中国作为全球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，占全球需求比例达 35%，2021年市场规模有望达到159亿美元。根据Omdia数据显示，功率半导体细分市场中功率IC占比超过50%，预计未来增速为6.6%；分立器件占比约35%，增速为2.2%；模组占比15%，增速为5.4%。,中国功率MOSFET和IGBT市场增速远高于全球总市场,3全球和中国Bipolar、MOSFET、IGBT市场规模,21.10,27.92,63.09,67.8,79.66,0%,10%,20%,30%,40%,9080706050403020100,2016,2017,2018,中国功率MOSFET市场规模全球功率MOSFET市场规模 全球市场占比,CAG24.27,R=15%,图：全球及中国功率MOSFET市场规模（亿美元）,图：全球及中国IGBT市场规模（亿美元）,14.93,17.06,20.81,22.14,34.21,40.57,46.97,48.36,40%,41%,42%,43%,44%,45%,46%,47%,0,10,20,30,40,50,60,2016,2017,2018,2019,中国IGBT市场规模,全球IGBT市场规模,全球市场占比,CAGR=14%,资料来源：WSTS，国元证券研究中心,图：全球Bipolar、MOSFET和IGBT市场规模（亿美元）及增速,功率器件及模组市场中，MOSFET、IGBT和双极 晶体管是最主要的三个细分市场，合计占比超过90%。其中随着新应用的推动，MOSFET和IGBT发展迅速。我国MOSFET和IGBT行业增速远高于世界水平。 全球功率MOSFET市场增速为7.6%，中国增速为 15% ；全球IGBT 市场增速为8.9% ， 中国增速为14%。,0,20,40,60,80,100,201620172018,2019E2020F,2021F,Bipolar,MOSFETIGBTCAGR=7.6%,CA R=,2.0%,CAGR=8.9%G,工业、汽车和消费类占比最大，汽车领域增速最快,19.7%,20.2%,22.3%,24.6%,26.4%,33.6%,32.1%,39.4%,41.7%,40.6%,20%10%0%,30%,60%50%40%,70%,2014,2015,2016,2017,2018,4全球功率半导体终端应用占比根据WSTS数据统计，2014-2018年功率分立器件和模块终端应用主力是工业、车用和消费电子。 占比最大的是工业领域应用，占比超过40%。其次是电动汽车领域功率半导体占比大幅上升，2018年达26.4%。图：2014-2018年全球功率器分立器件及模块终端应用占比变化消费电子电动车计算机工业通讯100%90%80%,新能源汽车领域应用预计未来增速最快,图：IGBT及MOSFET在不同应用领域市场规模（十亿美元）,图：不同应用领域增速预测,1.4%,3.8%,1.9%,2.3%,8.2%,2.8%,0%,1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,消费,工业,计算与存储,家电,新能源车,其他,1.40,1.52,2.00,2.50,1.35,1.51,0.70,0.80,2.30,3.70,2.68,3.16,0.0,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,2017,2023,消费工业计算与存储,家电新能源车其他,5功率MOSFET、IGBT在不同领域市场规模及增速根据Yole预测，目前使用功率半导体最主要的两个领域是新能源车和工业，2023年新能源车领域IGBT和MOSFET市 场空间有望达到37亿美元，工业领域为25亿美元。得益于工业自动化中伺服电机变频器，可再生能源光伏逆变器和风电变流器，以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，汽车和工业市场将成为功率半导体行业增速最快的两个领域，年复合增长率将达到8.2%和3.8%。,全球市场被海外龙头垄断，国内入围公司占比尚小,6全球功率细分市场排名,图：2018年全球功率IC市场排名,图：2018年全球功率MOSFET市场排名,图：2018年全球功率分立器件及模块市场排名,由于国际厂商起步更早，并且通过行业间的 相互整合，已发展成规模体量巨大的国际巨 头，占据市场主要份额。在功率分立器件及 模块方面，英飞凌连续15年独占鳌头，占据 全球近20%的市场份额。功率MOSFET方面， 国内仅闻泰科技通过收购前恩智浦的标准产 品事业部安世半导体而入围前十，占比3.8%,。,2.50%,2.60%,3.30%,3.60%,4.50%,4.50%,4.80%,5.40%,8.90%,19.90%,0%,5%,10%,15%,20%,25%,英飞凌 安森美意法半导体三菱 威世 东芝富士电机瑞萨 罗姆赛米控,0%,2%,4%,6%,8%10%12%14%16%18%,德州仪器 英飞凌 高通 ADI意法半导体安森美Dialog恩智浦 美信 瑞萨,0%,5%,10%,15%,20%,25%,30%,威世A&O安世半导体罗姆 微芯,英飞凌安森美意法半导体东芝 瑞萨电子,全球市场被海外龙头垄断，国内入围公司占比尚小,6全球功率细分市场排名,图：2018年全球IGBT模块市场排名,图：2018年全球智能功率模块IPM市场排名,图：2018年全球IGBT分立器件市场排名,在IGBT分立器件及模组领域，仍以英飞凌等 海外龙头为首，国内斯达半导在IGBT模块领 域排第八，市场占比2.2%。智能功率模块,IPM广泛用于驱动电机，三菱电机领先全球， 国内公司吉林华微电子处在第十的位置，市 场占比0.5%。,0%,5%,10%15%20%25%30%35%40%,英飞凌 安森美富 士电机力特 意法半导体三菱 瑞萨美 格纳东 芝微芯,0%,5%,10%,15%,20%,25%,30%,35%,40%,英飞凌三菱 富士电机 赛米控威 科日立 丹佛斯斯 达半导东芝安森美,0%,5%,10%,15%,20%,25%,30%,35%,意法半导体 罗姆半导体微芯 吉林华微电子,三垦,三菱 安森美英 飞凌富士 电机赛米 控,目录,功率半导体应用及分类功率半导体市场概况与竞争格局行业趋势一：不需追赶摩尔定律，倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代，整体趋向集成化、模块化设计环节：电路结构简单，不需要像数字逻辑芯片投入大量资本制造环节：不需要追赶摩尔定律，产线对先进设备依赖度不高封装环节：对可靠性要求高，价值量占比显著提高行业趋势二：新能源与5G通信推动第三代半导体兴起行业趋势三：商业模式以IDM是主，代工提供产能补充和工艺技术支持增长驱动力新能源汽车和充电桩可再生能源发电工业控制和变频家电投资建议与风险提示,功率半导体产业链全景图,1,功率半导体产业链,芯片设计晶圆制造晶圆测试封装成品测试产品定义掩膜制造薄膜沉积分立器件模块系统设计曝光光刻划片贴片电路设计显影刻蚀粘片加装衬底版图设计刻蚀去胶清洗键合加装基板样品验证离子注入塑封引线键合试生产CVD/掺杂切筋导热层量产扩散塑封,晶圆(宽禁带材料衬底）光刻胶引线框架辅助材料,消费电子 工业控制 轨道交通 新能源(风电、光伏、智能电网、新能源车),设计环节难度较低，多采用IDM模式延长价值链,2,图：逻辑IC、模拟IC和分立器件成本结构,图：不同产品各环节价值量占比,功率半导体产业链设计环节功率半导体的核心环节不在于设计，而是在于材料选择、晶圆制造、封装和模组集成。鉴于功率半导体的长寿命、 高稳定性特点，设计环节难点更多的是需要结合材料的物理化学性质对单个器件进行参数设计、调整和性能改良。 由于功率半导体电路简单，且对运算功能要求大幅度降低。因此在IC设计环节构成了大量附加值的控制芯片架构、 IP、指令集、设计流程、设计软件工具等环节并不参与功率半导体的利润分配。功率器件设计环节的核心技术壁垒在基于系统know-how能力为客户开发定制化产品。同一类型的功率器件，不同下游场景应用对应着不同的功率和频率需求。下游应用也会因为产品定位等原因对功率半导体的功率、频率、 功耗等指标产生不同的需求。因此，在同一种产品结构上，通过差异化参数调整，先满足客户基础指标要求，然 后再实现功耗与成本的最优解。,10%,15%,10%,15%,35%,40%,75%,50%,50%,0%,20%,40%,60%,80%,100%,逻辑,模拟,分立器件,测试,组装,前道,前道后道IP模块,应用及系统技术,设计流程软件,IDM工艺和制造水平拉开差距,Fabless+Foundry具体功能实现拉开差距,制造工艺是实现器件性能提升和尺寸缩小的核心,图：晶圆尺寸和晶片厚度变化趋势,图：各代IGBT产品功率密度变化,3功率半导体产业链制造环节功率分立器件前道加工价值占比40%以上，制造难点在于晶圆减薄、沟槽工艺、应力控制、高剂量离子注入和 激光退火等。功率器件龙头英飞凌技术演进方向是提高晶圆尺寸和增加功率密度：1）目前功率器件制造商多使 用8英寸以下晶圆产线，英飞凌的12英寸产线可以大幅降低制造成本；2）提高器件功率密度可以更好的应用于 高压大电流场景，同时提高产品价值量。IGBT制造中重点和难点在晶圆减薄，减薄工艺可以提高电源效率，实现更好地散热。当电流流过半导体器件时， 各层介质厚度增加会导致饱和电压增加和开关损耗增加，导致能量损失和发热，影响器件性能。预计到2020年 末，1200伏IGBT产品的晶片厚度将达到70微米。更薄的晶片、晶体管设计改进和更高的结温使得功率密度进一 步提高变得可能。,制造工艺是实现器件性能提升和尺寸缩小的核心,3功率半导体产业链制造环节,表：IGBT产品迭代性能比较序号特点,芯片面积,工艺线宽,通态饱和压降,关断时间,功率损耗,断态电压,出现时间,（FS-Trench）,图：各代IGBT器件结构,图：不同电压IGBT产品晶片厚度变化趋势,采用沟槽型结构实现晶片尺寸缩小和性能提升,3功率半导体产业链制造环节IGBT技术迭代中，为了进一步提高功率密度和缩小芯片尺寸，开始引用沟槽结构，减少器件水 平方向 的尺寸，配合减薄工艺实现器件纵向的厚度缩小。,Mask1：定义边界，移除相应区 域的场氧层Mask2：离子注入形成深P+,利 用氧化层作为掩模离子注入形 成深P基区Mask3：离子注入形成N+发射区,Mask4:反应离子刻蚀（RIE）刻 蚀沟槽, 栅氧化层生长, 通过CVD工艺沉淀多晶硅Mask5:进行多晶硅刻蚀（减 薄）,利用LPCVD工艺在多晶硅 表面沉积电介质以隔离金属,场氧化层,P+,P+,Mask6:刻蚀电介质形成接触孔 窗口。影响IGBT良率。Mask7:金属铝沉淀形成发射极,N,P+,P+,N,P+,P+,P基区,N+发射区,多晶硅,二氧化硅或其他电介质材料源极金属,平面型IGBT,沟槽型IGBT,国内企业在积极扩充产能，产线多向大尺寸规划,产能分布,公司名称产业链模式安世半导体IDM德国835千片/月，英国624千片/月（八寸当量）,吉林华微电子IDM吉林：480千片/月，5130千片/月，665千片/月，880千片/月（一期），820千片/月（二期规划） 华润微电子IDM重庆：850千片/月（两年扩到70千片/月），12产线规划；无锡：6206千片/月，861千片/月扬州扬杰科技IDM41000千片/月，670-80千片/月（规划扩产）苏州固锝电子IDM3线，4线,士兰集成5/6220千片/月，士兰集昕845千片/月，士兰明镓化合物4/6产能爬坡，厦门士兰集科1280千片/月（两 期规划产能80千片/月，一期在建）,杭州士兰微IDM中车时代电气IDM,6 SiC5千片/月，8IGBT50千片/月,宁波：6IGBT 100千片/月,542千片/月，620千片/月,IPO前：458千片/月；IPO：功率半导体435千片/月，防护器件440千片/月；定增：电力电子芯片650千片/月， 电子元器件芯片4125千片/月（在建）,420千片/月，630千片/月，850千片/月（产能爬坡）,1-6原有产能，620千片/月（改扩建）,立昂东芯：6射频10千片/月；立昂微：6MOSFET35千片/月，6二极管50千片/月,天津：60.35微米功率半导体器件35千片/月,原始：540千片/月；新增：原445千片/月产线升级成5；640千片/月,重庆：1220千片/月（产能爬坡），1250千片/月（二期规划）,漕河泾厂：5、6、865千片/月（8等效晶圆）；临港厂：860千片/月，1250千片/月，6SiC5千片/月（在建）,