一个高增长的细分领域（2023-1-28）

这两天过了一下功率半导体的几家上市公司，记录一下学习的重点内容。

功率半导体可以分为功率 IC 和功率分立器件两大类，其中功率分立器件主要包括功率二极管、晶闸管、高压晶体管MOSFET、IGBT等产品。功率二极管、功率三极管、晶闸管大部分已实现国产化，而功率 MOSFET 特别是超级结MOSFET、IGBT 等高端分立器件产品由于其技术及工艺的复杂度，还较大程度上依赖进口，未来进口替代空间巨大。比如，2021 年国内 IGBT 需求量达 1.3 亿只，而产量为 2580 万只，自给率仅为 20%。2021年MOSFET国产化率为30%左右。

下面就聊一下MOSFET和IGBT这两个国产替代空间较大，且受益于下游新能源需求的领域。

一、MOSFET

从事MOSFET和IGBT业务的相关上市公司主要有华润微、杨杰科技、士兰微、新洁能、东微半导、斯达半导，其中华润微、杨杰科技、士兰微这三家是老牌的功率半导体器件厂家，产品线更广，业务规模比较大，目前增速就低一些；而新洁能、东微半导、斯达半导是近几年新发展起来的企业，由于基数小，增速就非常高，当然相应地估值也非常高。

我没有找到最新的市场份额的数据，只能看一下东微半导招股书中提供的2019年的市场份额数据。

2019 年全球 MOSFET 器件市场中，英飞凌排名第一，市场占有率达到 24.79%，前十大公司市场占有率达到 74.42%。中国本土企业中，闻泰收购的安世半导体、中国本土成长起来的华润微电子、扬杰科技进入前十，分别占比 3.93%、3.09%和 1.80%。 

中国企业在全球的销售收入排名靠前的有华润微、杨杰科技、华微电子、新洁能、士兰微、东微半导。 

东微半导由于是后起之秀，其业绩增速更高，2020 年高压超级结与超级硅产品合计的销售收入约为2.5 亿元，占全球高压超级结市场的份额为 3.8%，占中国高压超级结市场的份额经估算约为 8.6%。

而且其产品的整体技术水平更高，所以相应地其售价也更高，根据 Omdia 数据，2019 年中国市场 MOSFET 功率器件平均销售价格为 1.04 元/颗，全球市场为 1.25 元/颗。同行业可比上市公司新洁能 2019 年度功率器件成品的平均销售单价为 0.44 元/颗，其中超级结 MOSFET 平均销售单价为1.67 元/颗。相比之下，东微半导2019 年度功率器件成品的整体平均销售价格为2.19 元/颗，其中高压超级结 MOSFET 器件成品平均销售价格为 2.36 元/颗，高于行业平均水平。

对于功率 MOSFET 而言，技术驱动的性能提升主要包括三个方面更高的开关频率、更高的功率密度以及更低的功耗。为了实现更高的性能指标，功率器件主要经历了工艺进步、器件结构改进与使用宽禁带材料等几个方面的演进。在制造工艺上，线宽制程从 10 微米缩减至 0.15-0.35 微米，提升了功率器件的密度、品质因数（FOM）以及开关效率。

在器件结构改进方面，功率器件经历了平面（Planar）、沟槽（Trench）、超级结（Super Junction）等器件结构的变化，进一步提高了器件的功率密度和工作频率。在材料方面，新兴的第三代半导体功率器件采用了碳化硅（SiC）、氮化镓(GaN)材料，进一步提升了器件的开关特性、降低了功耗，也改善了其高温特性。

二、IGBT

（1）斯达半导基本情况

重点说一下国内IGBT的龙头斯达半导，公司专注于主业，IGBT 模块收入占营收 90%以上。工业控制和电源业务是公司业绩的支柱，占 2017 年报营收比例达八成。2017-2021 年，公司工控业务营收从 3.5 亿增至 10.6 亿，复合增速 32%; 但近几年公司新能源业务呈现快速增长，营收由 2017 年 0.66 亿快速增至2021 年的 5.7 亿，复合增速高达 72%。2022上半年，公司新能源业务营收同比增长近两倍，营收规模已接近工控业务。

根据Omdia 报告，公司 2020 年度 IGBT 模块的全球市场份额占有率国际排名第六，在中国企业中排名第一。其产品电压等级涵盖 100V～3300V，电流等级涵盖 10A～3600A。

在从事功率半导体业务的可比公司中，公司研发费用率处于较高水平且较为稳定，历年均在 6%-9%之间。2021 年，公司研发费用率为 6.5%。

产能规划方面，斯达半导预计投入15亿元于锚定3300V及以上的高压特色工艺功率芯片研发及产业化项目；另一方面，公司积极布局碳化硅市场，不仅已获多个主控制器用车规级SiC MOSFET模块项目定点外，而且募投5亿元开展SiC芯片项目。

（2）技术迭代及未来发展趋势

从 IGBT 技术划分来看，第一二代 IGBT 主要为平面栅型；第三四代主要为沟槽栅型，通过创新的沟槽设计大大减少了 IGBT 的体积和功耗，并演化出了第五六代的沟槽格栅型；第七代为2018年后出现的微沟槽栅型，沟道密度更高，元胞间距更小，可实现最佳开关性能。

从 IGBT 电压划分来看，IGBT 可分为低/中/高压。其中消费电子使用的 IGBT 模块主要集中在 600V 以下，新能源汽车中的 IGBT 为600-1200V，动车组中的IGBT 主要为 3300V 和 6500V，轨道交通中的 IGBT 电压在 1700V-6500V 之间，智能电网中的IGBT 电压通常为 3300V，目前国内 3300V 及以上功率器件基本依赖进口。

展望未来，IGBT 技术研发将着重在开发 6500 V 以上的超高压 IGBT、超结 IGBT、基于 SiC 的 IGBT 芯片等方面。

SiC半导体性能优异，是制作高温高频、大功率高压器件的理想材料。SiC禁带宽度是硅的3倍，击穿电压是硅的 8-10 倍，导热率是硅的 3-5 倍，电子饱和漂移速率是硅的 2-3 倍，因此能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求。Yole 数据显示，2021 年全球SiC 功率器件市场规模为 11 亿美元，预计 2027 年将增长至 63 亿美元，CAGR 约 34%。

2018 年，特斯拉的 Model 3 首次采用意法半导体和英飞凌的 SiC 逆变器取代了 Si-IGBT，逆变器效率提升了 5-8%。预计到 2023 年，比亚迪将实现 SiC 基车用功率半导体对硅基 IGBT 的全面替代，将整车性能在现有基础上再提升10%。

（3）IGBT市场规模及竞争格局

从全球 IGBT 应用情况来看，工业控制、新能源汽车和新能源发电是最主要的需求领域，需求占比之和约为 74%。其中，工业控制占比约为 37%，是 IGBT 下游需求最大的领域，但工控领域的增速比较低，只有个位数增速。

新能源汽车是 IGBT 的最大增量市场，一个方面是新能源车里会直接使用IGBT芯片,约占新能源汽车成本的 7-10%; 另一方面是充电桩里也会大量使用IGBT,占充电桩成本约 20%。全球新能源汽车IGBT市场规模2022年为189亿元。

新能源发电领域，IGBT主要用在逆变器里，约占逆变器成本的 13％左右。2022 年全球光伏逆变器 IGBT 规模为 50 亿元，全球储能 PCS 用 IGBT 的市场规模为 16 亿元。

全球 IGBT 市场竞争格局较为集中，据英飞凌数据统计，2021 年度 IGBT 模块的全球市场份额排名中，全球前五大厂商占据 67%的市场份额，其中英飞凌以 33%的市占率占据领先地位，国内厂商斯达半导和中车时代电气分别占据全球份额的 3%和 2%，分别排名第6和第9。IGBT分立器件方面，英飞凌以 29%的市占率稳坐榜首，国内厂商士兰微以 4%的市占率排名第八。