功率半导体量价齐升，国产替代正当时（2022年）
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目录
一、下游需求旺盛驱动功率半导体市场规模增长
.......................................................................................................... 4 （一）功率半导体用途广泛，市场空间广阔
........................................................................................................................ 4
（二）新能源汽车产业发展提振功率半导体需求
................................................................................................................ 6
（三）新能源发电装机量持续增长，带动功率半导体需求提升
....................................................................................... 10
（四）
5G
时代四大场景，驱动功率半导体需求提升
........................................................................................................ 11
（五）消费电子为功率半导体带来巨大增量
...................................................................................................................... 12
二、晶圆代工产能紧张，有望带动功率半导体价格上涨
............................................................................................ 14 三、性能优势&成本下降，第三代半导体材料加速渗透
............................................................................................. 16 （一）第三代半导体材料具有更好的产品性能
.................................................................................................................. 16
（二）技术趋于成熟，带动成本下降
.................................................................................................................................. 16
（三）
S I C,
G A N
第三代功率半导体成长空间广阔
............................................................................................................. 17
四、技术进步、产能扩张，加速实现国产替代
............................................................................................................ 19 （一）功率半导体国产化率较低，主要集中在高端领域
.................................................................................................. 19
（二）功率半导体技术迭代较慢 & 政策支持助力国内厂商份额提升
................................................................................ 21
（三）技术进步产能扩张，国产替代未来可期
.................................................................................................................. 23
五、投资建议 .................................................................................................................................................................... 26 六、风险提示 .................................................................................................................................................................... 28 插图目录
........................................................................................................................................................................... 29 表格目录
........................................................................................................................................................................... 29
一、下游需求旺盛驱动功率半导体市场规模增长
（一）功率半导体用途广泛，市场空间广阔 功率半导体用途广泛。功率半导体为可起到功率转换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等作用，其下游应用十分广泛，几乎用于所有的电子制造行业，传统应用领域包括消费电子、网络通信、电子设备等产业。随着社会经济的快速发展及技术工艺的不断进 步，新能源汽车及充电桩、智能装备制造、物联网、新能源发电、轨道交通等新兴应用领域逐渐成为功率半导体的重要应用市场，带动功率半导体需求快速增长。
功率半导体按类型可分为二极管、晶闸管、晶体管。1）功率二极管结构简单，有单 向导电性，广泛用于消费电子中。2）晶闸管体积小、可靠性高，多用于高压直流输电、轨道交通。4）晶体管可进一步分类为 BJT\MOSFET\IGBT。BJT 有低导通压降特性，有电流放大和开关的作用，常用于家电和开关电路。MOSFET 有易于驱动、频率超高的特点，主要应用于手机充电器、移动电源、车载导航等。IGBT 兼具 MOSFET 的高输入阻抗和双极型三极管 BJT 的低导通压降两方面的优点，开关速度高，易于驱动，频率高，损耗低，常用于 600V 以上的大功率装置，如电动汽车充电桩、逆变器等。
图1:功率半导体的应用领域 图2:功率半导体按类型分类
资料来源：新洁能招股说明书，&& 资料来源：华润微招股说明书，&& 全球及中国功率半导体市场空间广阔。近年来，受益于社会经济、技术水平的进步以 及应用领域的拓宽，功率半导体的市场空间稳步增长。2020
年全球功率半导体市场空间约为 430 亿美元，据 Omdia 预测到 2024 年将进一步增长至约 525 亿美元，未来 4 年 CAGR约为 5%。另据 IHS 数据显示，2018 年中国功率半导体市场空间约为 138 亿美元，占全球市场份额的 35%，预计 2021 年中国功率半导体市场空间将增至 159 亿美元，CAGR 约为 5%。
图3:全球功率半导体市场空间（亿美元）
图4:中国功率半导体市场空间（亿美元）
600
500
400
300
200
100
0
2017
2018
2019
2020E
2021E
2022E
2023E
2024E 10% 8% 6% 4% 2% 0% -2% -4% -6% -8% -10%
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 中国市场规模（亿美元）
增速
2014
2015
2016
2017
2018
2019E 2020E 2021E
14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% -2%
资料来源：Omdia，&& 资料来源：IHS，&& 汽车电子、工业电子、消费电子是功率半导体的主要应用领域。从全球功率半导体的下游应用领域占比来看，2019 年汽车电子占比最多，达 35.4%，工业电子、消费电子的占比分别为 26.8%和 13.2%，是第二、第三大应用领域。从中国功率半导体的下游应用领域 来看，2019 年在汽车电子同样占比最多达 27.4%、其次是消费电子、工业和电力，占比分别为 23.1%和 18.6%。
图5:2019 年全球功率半导体下游应用领域占比 图6:2019 年中国功率半导体下游应用领域占比
汽车 其他 工业电源 汽车 消费电子 消费电子工业
电力
通信及其他
资料来源：智研咨询，&& 资料来源：智研咨询，&&
（二）新能源汽车产业发展提振功率半导体需求 政策、市场双导向，推动新能源汽车景气度上行。政策方面，多国二氧化碳限排政策、新能源汽车补贴政策双管齐下，以应对全球气候变暖压力，汽车电动化路线愈加明显。在欧盟，ACEA 汽车温室气体排放协议规定，到 2030 年以前，汽车二氧化碳排放量需低于每公里 59 克。根据英飞凌测算，欧盟新能源汽车渗透率将在 2030 达到 40%。在中国， 《新能源汽车产业发展规划（2021—2035 年）》提出新能源汽车发展愿景，计划到 2025 年，国内新能源汽车渗透率达到 20%。
图7:
全球主要国家二氧化碳排放管理与发展
资料来源：英飞凌，&& 汽车电动化大势所趋，功率半导体面临新的增长机遇。以电力系统作为动力源的新能源汽车，对电子元器件功率管理，功率转换能力提出了更高的要求。在传统汽车中，功率半导体主要应用于车辆启动，发电和安全领域，低压低功率电子元器件即可满足其工作需求。而在新能源汽车中，电池输出的高电压需要进行频繁的电压变换，电流逆变。这些电 路大幅提高了汽车对 IGBT、MOSFET、双极晶体管、二极管的需求，从而提升了单车功率半导体价值。
图8:纯电动汽车结构图
资料来源：《电动汽车维修快速入门 60 天》，&& 预计 2025 年中国新能源汽车用功率半导体市场规模将达 104 亿元。乘联会预计 2025 年中国汽车销量将达 2400 万辆，若新能源汽车渗透率能够达到规划提出的 20%，则 2025 年新能源汽车销量预计将达到 480 万辆。根据英飞凌最新统计，全电池电动车（BEV）和 全插电混合电动车（PHEV）中功率半导体平均价值约为 330 美元。如果不考虑我国新能源汽车中占比较小的轻混电动车、燃料电池电动车，预计中国新能源汽车功率半导体市场空间将在 2025 年达到 104 亿元人民币。
图9:中国汽车、新能源汽车销量测算（万辆）
汽车销量（万辆）
新能源汽车销量（万辆）
3,000
2,500
2,000
1,500
1,000
500
0 2017
2018
2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E
资料来源：乘联会，国务院办公厅，&&
表1:中国新能源汽车功率半导体市场空间测算
年份 汽车销量（万 辆）
新能源汽车销量 占比 新能源汽车销量 （万辆）
新能源汽车功率半导 体单车价值（美元）
功率半导体市场 规模（亿元）
2017 2423.80 3% 77.70 $330 16.94 2018 2286.60 5% 125.60 $330 27.38 2019 2070.00 6% 120.60 $330 26.29 2020E 1830.00 6% 117.60 $330 25.64 2021E 1900.00 8% 155.80 $330 33.97 2022E 2030.00 10% 206.41 $330 45.00 2023E 2160.00 13% 273.47 $330 59.62 2024E 2300.00 16% 362.31 $330 78.99 2025E 2400.00 20% 480.00 $330 104.65 资料来源：乘联会，国务院办公厅，&&备注：按 1 美元=6.6067 人民币汇率测算 电动车充电桩需求提升也将带动功率半导体需求增长。未来新能源汽车的普及也必 将推动充电桩需求的提升，且随着应用场景的优化，快充将成必然需求，带动充电桩功率提升。而 IGBT 等功率半导体器件在是充电桩电源模块必不可少的部分。随着充电桩数量和功率的提升，相应的功率半导体市场空间将进一步扩大。
图10:新能源电动汽车直流充电桩控制电路图 图11:新能源电动汽车交流充电桩控制电路图
资料来源：第一电动，&& 资料来源：《电动汽车充电系统技术原理与解析》，&& IGBT 约占充电桩 20%的成本，预计 2025 年充电桩 IGBT 市场空间将达 35 亿元。我国汽车充电设施的保有量随着新能源汽车市场的发展不断提升。2019
年中国新能源汽车保有量 418.12 万辆，充电桩保有量 122 万座，车桩比约为 3.4：1。其中公共交流电充 电桩交 30 万座，公共直流电充电桩 22 万座，私人充电桩 70 万座。由于直流电充电桩功率高，充电速度快，更能够满足消费者需求，在未来有更高的提升空间。
从目前看来，新能源汽车报废周期在 8-10 年之间，按前述测算，2025 年新能源汽车保有量将达到 1847 万辆，随着新基建的推进，假设到 2025 年车桩比提升至 3：1，可推 算出 2025
年充电桩保有量约为 615
万个，由于新基建侧重公共充电桩的建设，到 2025
年，公共车桩比例有望到达 50%。目前市场上公共直流电充电桩成本约为 4 万元，公共交流电充电桩成本约 0.5 万元，私人交流电充电桩成本约 0.3 万元，IGBT 在充电桩中的成本 约为 20％，我们预计充电桩用功率半导体市场空间将在 2025 年达到 35 亿元。
图12:中国充电桩保有量与测算（万辆）
公共交流电充电桩保有量（万个）
公共直流电充电桩保有量（万个）
700
600
500
400
300
200
100
0 2016 2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E
资料来源：EVCIPA，&& 表2:中国充电桩 IG BT 市场空间测算
预计公共交流充电 年份 预计公共直流充电 预计私人充电桩 预计充电桩 IGBT
资料来源：EVCIPA，&&
（三）新能源发电装机量持续增长，带动功率半导体需求提升 功率半导体是光伏逆变器中的核心器件。光伏发电系统由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器组件、控制器和交流/直流负载组成。因为太阳能电池产生的电能为直流电，要将发出来的电回馈给电网，就需要将直流电通过光伏逆变器转换为电网要求的 220V、50HZ
的 交流电。光伏逆变器中，功率半导体模组，分立器件起到提高转换效率、降低系统散热片的尺寸、提高相同电路板上的电流密度作用。
图13:采用全桥拓扑架构的光伏逆变器电路 图14:光伏逆变器成本结构占比
2
机械部分
无源器件
电器结构
集成电路配件 其他 功率模组
分立器件 资料来源：维科网，&& 资料来源：IMS Research，&& 预计
2025 年光伏逆变器用功率半导体市场空间约为
44 亿元。以光伏发电为例，新增装机和逆变器更换都将带来功率半导体的需求增长，根据 Trend
Force 预测，2025 年光 伏逆变器出货量将达 327GW。光伏发电设备的逆变器可选择组串式逆变器、集中式逆变器和集散式逆变器，根据 CIPA 测算，2019 年上述三类逆变器的加权平均成本大约为 0.2元/W，2025 年有望降至 0.15 元/W。假设光伏逆变器成本中，功率半导体的占比在 9%左右，预计 2025 年光伏逆变器功率半导体市场空间约为 44 亿元。
（四）5G 时代四大场景，驱动功率半导体需求提升 场景一，受益于 5G 基站数量提升带动功率半导体需求增长。为传输更大量的信息， 5G
传输信号所用电磁波比 4G
有更高的频率，这导致电磁波穿...