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電子行業深度報告:功率半導體行業格局和產業趨勢

來源:國際電子商情   時間:2017-11-21 8:55:02   瀏覽:213

轉自:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5OTM2NjgxMw==&mid=2652575377&idx=1&sn=6067d0e3ed99ab37b05a853c7386b50a&chksm=bcd32f638ba4a67593e47d3139dfcbe2fdf6b6b2fb355c8d285c7cda61f04646f4637a144746&mpshare=1&scene=23&srcid=1119PMolOHaWHemUk5Q7f8pJ#rd


功率半導體是大國重器,戰略地位突出


在半導體產業中,功率半導體產值在 180-200 億美金天吉论坛。功率半導體是我國汽車工業、 高鐵、空調洗衣機、電網輸電等系統應用的上游核心零部件,戰略地位突出。

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功率半導體產品形態多種多樣,幾乎所有與電力能源相關的產品都需要用到功率半導 體器件天吉论坛天吉论坛。按照年產值貢獻口徑,IGBT、MOSFET、二極管及整流橋是功率半導體最 主要的三個產品類別,占據功率半導體八成左右市場。

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國家大基金秉承支持半導體產業戰略使命,功率半導體領域必將鼎力 支持集成電路國家大基金承擔著支持半導體產業發展的歷史使命。


功率半導體是半導 體產業中產值高達 200 億美金的大板塊,是關系著高鐵動力系統 、汽車動力系統、 消費及通訊電子系統等領域能否實現自主可控的核心零部件。功率半導體戰略地位突 出天吉论坛,國家大基金必將全力支持。

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回顧過去 3 年國家大基金的投資歷史天吉论坛,集中投資行業細分龍頭企業是大基金一貫 始終的投資策略。


我們認為在資本助力下天吉论坛,我國功率半導體龍頭企業將加速整合海外 優質資源天吉论坛,加速向中高端市場邁進的進程天吉论坛。

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行業格局解析:高端市場歐美日把控,中低端市場大陸廠商 站穩腳跟


 IGBT 產業格局


全球功率半導體巨頭主要集中美國、歐洲、日本三個地區。大陸、臺灣地區廠商主要 集中在二極管、晶閘管、低壓 MOSFET 等低端功率器件領域,IGBT、中高壓 MOSFET等高端器件主要由歐美日廠商占據。

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全球 IGBT 器件及模塊 2015 年銷售額 39.44 億美金,德國英飛凌及賽米控(semikron)天吉论坛, 日本三菱及富士電機天吉论坛,美國仙童半導體基本把控了全球 IGBT 市場天吉论坛,前五大廠商占據 了 73.2%的市場份額天吉论坛。

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MOSFET 產業格局


2015 年功率 MOSFET 市場產值達到 54.84 億美金,英飛凌、仙童半導體、日本瑞薩 電子、歐洲意法半導體、日本東芝等廠商占據了絕大部分市場份額,前五大廠商的市 場占有率合計達到了 60.1%。

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二極管產業格局


據世界半導體貿易組織數據,全球功率二極管及整流橋市場容量約為 368 億元人民幣。IGBT 及 MOSFET 市場相對集中,而功率二極管及整流橋產業市場格局相對分散天吉论坛, 從分散走向集中是大勢所趨。

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二極管及整 流橋的芯片制造環節具有明 顯的規模效應, 我們認為龍頭企業規模擴大后會擠占掉小型廠商的生存空間天吉论坛,實現更高的行業市占率 和集中度天吉论坛。

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產業趨勢一:功率器件供需緊張,產業進入前所未有的景氣周 期


半導體全產業鏈進入景氣周期


今年,半導體產業呈現出全產業鏈景氣的態勢天吉论坛,從上游設備材料、中游芯片制造、到 終端芯片器件成品,訂單量均出現遠超往年的增長速度天吉论坛。


Gartner 預測今年全球半導 體產值將達到 4014 億美金天吉论坛,產值首次突破 4000 億美金大關。

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MOSFET 率先上調價格,吹響功率器件價格周期集結號


今年 9 月,國內 MOSFET 大廠率先上調價格,長電科技對旗下所有 MOSFET 產品價格全面上調 20%天吉论坛,隨后深圳德普微電子上調 MOSFET 產品價格。 此輪漲價主要有兩方面原因。

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一是今年半導體上游材料硅片價格上漲使得下游芯片成本上升,器件廠商不得不漲價 維持利潤。


二是應用于汽車的功率器件用量大幅上升,功率器件整體市場需求超預期天吉论坛,造成供需 缺口。

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二極管及整流橋訂單出貨量比值上升至歷史高峰天吉论坛天吉论坛,交貨期大幅延長


功率二極管市場供給緊張,行業龍頭交貨期大幅延長。


從今年二季度開始,Visahy的訂單量暴增,訂單出貨量比值達到 1.22天吉论坛,三季度 Vishay 訂單出貨比值進一步攀升 至 1.44,中高端二極管市場進入前所未有的景氣周期。


目前行業龍頭廠商 Vishay 今年二季度的二極管交貨期已經拉長至 5.8 個月,遠遠高 于 2 個月左右的正常交貨期。

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行業巨頭芯片產能調整,進一步加大供需缺口


二極管行業巨頭達爾科技(Diodes)在今年三季度關閉了美國芯片制造工廠 Kfab天吉论坛,所需要的芯片缺口將通過外購方式獲得天吉论坛,巨頭的產能調整進一步加大了供需缺口天吉论坛。

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產業趨勢二:電動化趨勢下,汽車功率器件用量翻倍


汽車功率半導體 ASP 翻倍


電動化趨勢下天吉论坛,汽車半導體用量翻倍以上的增長。根據 strategic analysis 數據天吉论坛,傳統 燃油車的半導體用量為 338 美金單輛車,電動汽車的半導體用量達到了 704 美金天吉论坛, 增長幅度達到 108%天吉论坛。電動車新增的半導體用量集中在功率器件產品,單輛汽車將新 增 282 美金的功率器件用量。


功率器件在單輛車的半導體用量占比從汽油車的 21%提升至電動車的 55%。

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增量一:電機控制系統新增大量功率器件應用


電動汽車新增大量 IGBT 功率器件應用。TESLA model S 車型使用的三相異步電機驅 動,其中每一相的驅動控制需要使用 28 顆塑封的 IGBT 芯片天吉论坛,三相共需要使用 84 顆IGBT 芯片。

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Model s 中的 P85D 車型采用峰值功率 310KW 的交流感應電機天吉论坛,峰值電 流達到 1200 安培天吉论坛,性能要求較高,目前僅有幾家國際巨頭廠商具有生產能力天吉论坛。


Tesla P85D 采用的 IGBT 芯片來自 international rectifier。

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增量二:充電樁、汽車充電器新增大量功率器件需求


充電樁及汽車充電器(charger on board,每輛車一個)是電動化趨勢下完全新增的功率器件,是動力總成以外的功率半導體增長的主要驅動力之一。

現階段,主流直流充電樁的功率在 60kw 和 120kw,如果采用 15kw 的功率模塊天吉论坛,則 需要 4 個或 8 個功率模塊。


目前充電樁的功率模塊有兩種解決方案,一是采用MOSFET 芯片,另一種是采用 IGBT 芯片。


另外汽車上會配置一顆板上充電器 (charger on board)用于管理充電過程。

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產業趨勢三:二極管、晶閘管進口替代率持續上升天吉论坛,MOSFET、IGBT 進口替代剛剛起步


進口替代空間巨大


目前國內廠商市占率不足 1%,國產替代空間巨大。根據 WSTS(全球半導體貿易統 計協會)數據,全球功率分立器件市場容量 2016 年為 187 億美金天吉论坛。


目前以揚杰科技、 捷捷微電為代表的功率半導體龍頭企業市場占有率不到 1%天吉论坛,進口替代的空間巨大。

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功率半導體主要市場在中國,國產品牌替代率上升是大勢所趨


中國是功率半導體最大的市場,國內廠商與下游客戶的距離更近天吉论坛,與本土客戶的溝通 交流更加順暢,能夠對客戶的需求做出更加快速的響應天吉论坛。


功率二極管國際一線品牌廠 商達爾科技 58%的收入來自中國,功率器件領導品牌 NXP 有 41%的收入來自中國。


目前二極管及中低壓 MOSFET 等成熟產品線,國外廠商占據著大部分市場份額。相 比國外廠商,國內廠商 在服務響應客戶需求,降低成本等方面具 有競爭優勢,功率器 件 國產品牌替代率逐漸上升是大勢所趨。

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大陸本土廠商成本領先,盈利能力遠遠高于海外廠商


在成熟產品線領域,大陸廠商具有成本優勢。


二極管產品線,大陸龍頭廠商揚杰科技 的盈利能力遠遠高于臺系廠商天吉论坛。

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歐美功率器件廠商的產能分布在全球各地,一般來說前段芯片制造制程產能主要分布 在歐美地區,后段封裝制程則主要分布在菲律賓、馬來西亞、中國大陸等地區天吉论坛。


在二 極管等產品線上,前后段制程的區域分割 使得海外廠商對客戶的產品 需求響應較慢, 而大陸廠商芯片、封裝天吉论坛、銷售集中在某一區域,能為客戶提供更好的技術服務。

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產業趨勢四:碳化硅技術革命將重塑行業格局天吉论坛,國內廠商有 望彎道超車


碳化硅器件優勢明顯,是下一代功率半導體發展方向


回顧功率半導體的發展歷史,技術進步不斷誕生新型的功率器件。1957 年美國通用 電氣研制出世界上第一只晶閘管,開啟了功率半導體產業發展的序幕。


六十到七十年 代是晶閘管統治功率器件的全盛時代;八十年代晶閘管與 MOSFET 共同主導了功率 器件市場;到九十年代天吉论坛,晶閘管逐步讓位于 MOSFET 及 IGBT,中小功率應用 MOSFET開始主導市場, IGBT 則統治了中大功率應用天吉论坛。

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碳化硅和氮化鎵是下一代功率半導體的核心技術方向。碳化硅器件的效率、功率密度 等性能遠遠高于當前市場主流產品。


受制于成本因素,碳化硅功率器件市場滲透率不 到 1%。我們判斷技術進步將推動碳化硅成本快速下降,中長期看碳化硅器件將會是 功率半導體的市場主流產品。

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目前碳化硅器件主要用于 600 伏及以上的應用領域天吉论坛,特別是一些對能量效率和空間尺 寸要求較高的應用,如電動汽車充電裝置、電動汽車動力總成、光伏微型逆變器領域 等應用天吉论坛。


碳化硅重在中大功率,氮化鎵重在中小功率碳化硅、氮化鎵在應用領域上略有區分天吉论坛,碳化硅的優勢應用領域集中在中大功率應用,而氮化鎵集中在中小功率應用天吉论坛。

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碳化硅成本不斷下降,滲透率將持續提升


2012 年碳化硅二極管的成本是硅基肖特基二極管的 5-7 倍,碳化硅 MOSFET 是硅基MOSFET 成本的 10-15 倍。經過 3 年時間,碳化硅二極管的價格下降了 35%,碳化 硅 MOSFET 的價格下降了 50%天吉论坛。


功率半導體:大國重器,戰略性投資機遇時不我待


我們認為碳化硅成本將持續下降,驅動成本下降的主要有以下幾個因素。


(1)4 寸線向 6 寸線遷移的過程降低 20-40%成本天吉论坛。


(2)碳化硅外延片技術在持續進步,顆粒污染等缺陷率在持續下 降,推動芯片良率 大幅上升天吉论坛。


(3)隨著規模的擴大和經驗的積累,碳化硅芯片制程工藝日益成 熟,制造的良率在 持續提升


目前碳化硅、氮化鎵產品的成本相對較高 ,應用領域受限于一些性能 要求高的領域天吉论坛。 整體來看,碳化硅器件的良率和硅工藝有著明顯的差距天吉论坛。


汽車應用將推動碳化硅滲透率快速上升


汽車應用領域天吉论坛,碳化硅器件替代硅器件是確定的發展趨勢。碳化硅功率器件的應用領 域在持續的拓展。


早期碳化硅主要應用于功率校正電路(power factor correction 電 路)天吉论坛,目前量產應用領域已經拓展至光伏逆變器、汽車車載充電機(onboard charger)。


預計 2019-2020 年天吉论坛,電動車動力系統將導入碳化硅功率器件,進一步拓寬量產應用 領域。


目前 Tier-1 汽車供應鏈企業都在嘗試導入碳化硅天吉论坛,積極開展碳化硅功率器件的測試工 作天吉论坛。豐田在 2015 年 2 月啟動了碳化硅功率器件的實車測試工作,路測原型車在 PCU的升壓轉換器和電機控制逆變器搭載了碳化硅功率器件天吉论坛。


據產業鏈調研信息,比亞迪 已經在電動車車載充電機(charger on board)導入碳化硅功率器件。

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國內產業鏈初具雛形碳化硅產業鏈可分為三個產業環節天吉论坛,一是上游襯底,二是中游外延片天吉论坛,三是下游器件制造。


國外供應鏈體系主要有:


襯底:Cree、Rohm、EPISIL

EPI 外延片:Cree、Rohm、英飛凌、GE、三菱 器件:英飛凌、Cree、Rohm、意法半導體天吉论坛、美高森美、GenSiC、三菱

碳化硅器件方面,國際上碳化硅 SBD、碳化硅 MOSFET 均已實現量產天吉论坛,產品耐壓范 圍 600v-1700v天吉论坛,單芯片電流超過 50A天吉论坛。

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國內已經形成相對完整的碳化硅產業鏈體系。


襯底材料:山東天岳、天科合達 、河北同光晶體、北京世紀金光

EPI 硅片:東莞天域半導體天吉论坛、廈門瀚天天成

器件:泰科天潤天吉论坛、瀚薪天吉论坛、揚杰科技、中電 55 所、中電 13 所、科能芯、中車時代電 氣

模組:嘉興斯達、河南森源、常州武進科華、中車時代電氣

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目前碳化硅市場處于起步階段天吉论坛,國內廠商與海外傳統巨頭之間差距較小天吉论坛,國內企業有 望在本土市場應用中實現彎道超車。


國內企業已經在碳化硅 SBD 形成銷售收入,碳 化硅 MOSFET 的產業化尚在原型器件研制階段。


另外國內已經開發出 1700V/1200A的混合模塊(硅 IGBT 與碳化硅 SBD 混合使用)、4500V/50A 等大容量全 SiC 功率 模塊天吉论坛。

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