电子行业功率器件深度报告：国产器件厂商的崛起之路-功率的进击

全球功率器件行业景气度居高不下，产品仍在快速升级，国产替代酝酿机遇。 受益于全球能源变革带动新能源汽车、光伏、风电等下游应用领域需求的快速提升全球功率半导体持续维持高景气度。从1Q22情况来看，海外龙头厂商诸如英飞凌、意法半导体等相继发布涨价函，英飞凌功率器件交货周期最高攀升至65周，达到2020年以来最高水平，行业景气度有望持续。当前国内功率器件国产化率仍处于较低水平，2021年国内主要功率器件上市公司营收占国内总市场比重仅22%，当前仍有较大国产替代空间。而目前功率器件正在持续进行产品的升级迭代，IGBT、SiC等高端器件国产化率更低，空间增长更快，具备更好的国产替代机遇。 至2025年国内IGBT市场空间有望达到583亿元，国内厂商快速追赶海外龙头。IGBT在功率器件的市场空间仅次于MOSFET，且增长最快，国产化率较低，国内外厂商差距正在快速缩小，因此具备极佳的产业前景。据我们测算至2025年国内IGBT市场空间有望达到583亿元，其中新能源车、风/光/储能、工控、家电领域的市场空间分别为231亿元、197亿元、66亿元和66亿元，新能源有望成为IGBT下游应用领域中占比最大，增长最快的行业。同时新能源车、光伏、风电等领域由于对IGBT产品要求较高的功率、稳定性等，毛利率相较工控和家电领域更高，已成为功率器件厂商的“必争之地”。国内厂商进展来看，当前时代电气、斯达半导、士兰微等厂商IGBT产品已能够对标英飞凌第七代产品；时代电气、斯达半导、BYD半导、士兰微、宏微科技等厂商IGBT产品已在新能源车用领域实现量产；头部厂商在光伏、风电领域亦实现批量出货，预计未来业绩有望实现快速增长。 重视国内厂商的产品品类高端化，产品下游应用领域优化以及晶圆产线向大尺寸的升级节奏。行业景气之外，当前国内厂商正在经历几大内部的重要变化：1）产品品类高端化：MOS领域，诸如新洁能等厂商的超结和屏蔽栅MOS器件营收占比快速提升；IGBT和SiC方面，当前国内闻泰科技、时代电气、士兰微等厂商均在不断推进产品开发和升级节奏，高端产品性能已能够对标海外龙头。2）下游应用架构优化：当前功率器件需求增长最快的来源为新能源汽车、光伏、风电等，同时由于这些领域较高的性能、稳定性要求，竞争格局相对较好，行业缺货情况显著，目前国内功率器件领先厂商在新能源应用的占比不断提升，新能源占比的提升也有望反向推动厂商的营收增速和毛利率加快增长。3）晶圆产线向大尺寸升级：相较于6英寸和8英寸，12英寸产线具备更低的成本，更优质的工艺和更好的产品性能，当前国内闻泰科技、士兰微、华润微等厂商纷纷布局12英寸产能，其他厂商也正在加快基于12英寸平台的功率器件产品开发节奏，晶圆产线升级有望进一步推动厂商成本优化，产品性能改良。 投资建议：当前功率器件行业景气度维持高位，主要公司业绩快速增长，产品升级和下游结构优化的过程中，功率器件厂商的成长天花板正在不断打开。估值来看，功率赛道经过调整后已进入攻守兼备的位置，当前可重点关注功率赛道的投资机会。建议关注：士兰微、时代电气、斯达半导、闻泰科技、新洁能、东微半导、扬杰科技等优质国产功率器件厂商。 风险提示：下游需求增速放缓的风险；产能扩张节奏不及预期风险；行业竞争格局恶化的风险。 1景气度居高不下，国产替代和产品迭代酝酿机遇 1.1全球功率器件景气度维持高位 1.1.1功率半导体下游应用广泛，能源变革驱动需求快速增长 功率半导体作为电能转换、电路控制的核心部件，广泛应用于汽车、消费电子、计算机、网络通信、工控等场景，其中汽车在下游需求的占比中最高，达到35.4%。2020年以来，全球范围内新能源汽车、光伏、风电应用领域的下游需求激增，带动功率半导体行业进入景气期。 全球新能源渗透率的持续增长有望带动功率器件行业景气度维持高位。据中国汽车工业协会数据，至2027年中国和全球的新能源汽车出货量有望分别达到1970万辆和539万辆，相比2021年CAGR增速分别达到30%和22%；新能源发电领域，Woodmac预计至2025年全球光伏和风电装机量有望分别达到146GW和86GW。作为功率器件应用的重要下游，全球新能源渗透率的快速提升有望持续带动功率器件下游需求，全行业景气度有望维持高位。 图1：2019年全球功率半导体下游需求占比（%） 图2：2020-2027年全球新能源汽车出货量（万辆） 图3：2020-2025年全球光伏和风电新增装机量（GW） 1.1.2交货周期持续拉长，行业景气度居高不下 2022年一季度海外主流功率器件厂商交货周期和价格均呈现上升态势。货期方面，海外供应商几乎全品类货期均有上行，其中英飞凌最长货期已达到65周；价格方面，除个别品类外，主流器件价格均有上升趋势。我们认为，一季度的涨价及货期拉长主要原因包括下游需求持续旺盛、上游产能释放缓慢、全球海运价格上行、疫情持续以及上游原材料成本上升等，货期及价格的上涨也预示着功率器件景气度仍然维持高位。 表1：全球主要功率半导体器件厂商交货周期变化情况 全球功率器件厂商的营收的高增长和毛利率的持续攀升亦能反应行业景气度的居高不下。 从行业增速来看：受益下游需求的高景气，1Q20以来国际和国内的主要厂商营收均呈现快速上升的态势，虽然2Q21以来由于基数较高、产能不足等问题，行业厂商营收增长速度有所放缓，但行业总体增速仍维持高位，4Q21全球和国内主要功率器件主要厂商的营收增速分别达到40.00%和38.06%。 从行业毛利率水平来看：全球功率器件厂商自2020年以来持续攀升，显示出行业供需失衡的状态仍在持续。尽管2020年以来全球厂商纷纷扩产，但半导体新增产能的开出通常需要3-5年的时间，当前全球和国内功率器件主要厂商的平均毛利率分别达到40.00%和39.74%，为2014年以来的最高水平，预示行业供给相对不足和高景气的情况有望持续。 图4：功率半导体全球及国内营收增速和毛利率情况（%） 1.1.3功率器件面临国产化窗口，当前国产化率仍有较大空间 国内功率半导体市场国产化率不足30%，国内厂商仍有较大成长空间。据Omida，2021年全球和中国功率半导体市场空间分别为462亿美元和182亿美元，至2025年，全球和中国市场空间有望分别达到548亿美元和195亿美元，相比2021年复合增速分别有望达到5.92%和4.55%。当前国内功率器件仍主要依赖进口，据我们测算，国内功率器件主要上市公司2021年相关收入占当前国内功率器件市场份额为22.08%，相比2020年提升7.81pct，但当前国产替代仍有较大空间。且国内厂商主要以二极管、晶闸管等技术壁垒相对较低的品类为主，在大功率MOSFET、IGBT等领域的国产化率更低。我们认为，当前全球大功率器件需求快速上升，全球供给相对不足，而国产厂商技术快速跟进，客户认可度持续提升，当前时点是功率器件国产替代的重要窗口期，国产厂商未来有望在大功率MOSFET、IGBT、SiC等器件获得更高的国产化率。 图5：2018-2024年全球和中国功率半导体市场规模及预测（亿美元） 图6：2016-2021年中国功率器件市场空间及国产化率（亿元，%） 1.2IGBT和SiC器件前景明朗 1.2.1IGBT和大功率MOSFET是功率器件增长的主要驱动力 类别来看，功率半导体可以粗分为功率IC和功率器件两大类别。其中，功率器件主要包括二极管、晶闸管和晶体管，功率IC又包括电源管理IC和驱动IC等。二极管和晶闸管出现的时间相对较早，总体结构和生产工艺较为简单，目前需求增长较快的IGBT、MOSFET等属于晶体管系列，当前正处于下游景气度高企和国产替代的关键时期。 从功能来看，功率器件主要用于电能变换和电能控制电路，主要功能为逆变、整流、变压和变频；而功率IC则由于进一步封装了驱动、控制、保护、接口、监测等外围电路，从而具有电源管理、驱动电路、电能变换和控制等功能。 图7：功率半导体类别梳理 图8：功率器件和功率IC的主要功能 功率器件按照开关控制能力可分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件。 1）二极管：二极管中商业化较为成功的器件包括PiN功率二极管和肖特基势垒功率二极管，其中，PiN功率二极管具备耐高压、低泄漏电流和低导通损耗等特点，但开关速度较慢；而肖特基势垒功率二极管则具备较高的开关频率、但有较大的泄露电流、较低的击穿电压和较差的高温特性，二者呈现互补关系。当前市场正在通过工艺改进及材料替换来开发具有更优的高压、高频特新的二极管。 2）晶闸管：晶闸管是一种半控型功率器件，早期由于其较高的电压和应用电流，被广泛应用率高功率场景，而新型功率MOS，尤其是IGBT的出现则在一定程度上替代了晶闸管的应用。 3）BJT：双极结型晶体管是结构相对简单的功率器件，其在功率和频率上的表现都不突出，但由于其工艺成熟、成本较低等优点，仍在低端功率应用场景中具备一定的份额。 4）IGBT：IGBT的出现大大拓宽了硅基功率半导体的工作电压范围，其最高工作电压达到6500V，同时具备功率MOS相对合适的工作频率，在电动车、轨道交通、电网、光伏和风电等领域具有广泛的应用。 5）MOSFET：功率MOS可以进一步细分为平面型MOSFET、沟槽型MOSFET、超结MOSFET、屏蔽栅MOSFET，分别具有不同的功率和频率特性，应用场景较为广泛。 表2：不同类型功率半导体性能 IGBT和功率MOS有望成为全球功率器件市场的主要增长来源。根据英飞凌、Omedia等机构的数据，2020年全球功率半导体市场规模达到452亿美元，其中功率IC市场规模为243亿美元，功率器件市场规模为209亿美元。功率器件中，二极管、晶闸管、BJT、功率MOS和IGBT的市场规模分别为38.7亿美元、4.7亿美元、18.1亿美元、81亿美元和66.5亿美元。其中二极管和晶闸管市场规模总体较为平稳，而受益于新能源汽车、光伏、风电、电网建设等下游需求的持续增长，IGBT和大功率MOSFET的市场空间仍保持快速上升的态势，其中IGBT在2021年-2023年全球市场空间的复合增速有望达到7.48%。 图9：2020年全球功率半导体细分品类市场空间梳理 图10：2017-2023年全球二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT市场空间及预测（亿美元，%） 1.2.2IGBT应用步入成熟期，国产替代空间广阔 IGBT全称为绝缘栅极晶体管，可以被认为是MOSFET和BJT（双极型三极管）组成的混合型器件，具有MOSFET的高输入阻抗，同时兼具晶闸管等双极型器件的低导通压降，以及具有相对合适的工作频率。从应用场景来划分，开关频率大于20kHz的应用场景主要采用MOSFET，电压等级大于1200V以上的高压场景主要采用IGBT，在介于两者之间的场景，主要根据应用的需求采用MOSFET或IGBT的解决方案。 图11：MOSFET和IGBT内部结构对比 图12：MOSFET和IGBT性能比较 以英飞凌IGBT产品代际为准，目前主流的IGBT已迭代到第七代产品，除了第一代产品外，其他代际都在适应的场景有所应用，代际的迭代主要是通过IGBT内部的结构改善，从而降低产品的功耗。目前IGBT的发展主要有三大特征：1）产品不追求制程，生产模式以IDM为主；2）通过改进元胞设计概念、改进垂直结构等方式提升产品在功耗、工作温度、频率等方面的性能； 3）不同代际和技术路线的IGBT产品根据其性能、价格、稳定性等综合因素广泛适用于各种不同场景，例如目前工控、家电及大部分汽车IGBT使用英飞凌第四代（沟槽栅）产品，较高端车型使用英飞凌第七代（EDT2产品）。 图13：英飞凌不同代际产品结构及性能差异 据英飞凌，2020年全球IGBT市场空间达到66.5亿美元，供给格局较为集中，CR10达到82.6%，其中英飞凌市场份额超过30%。而前十大供应商中，国内供应商份额较少，当前只有士兰微、斯达半导和华微电子在个别细分品类中挤入前十大份额，当前