功率半导体行业专题报告：行至功率周期底部，静待下游复苏云起240315

分析师：毛正 SAC编号：S1050521120001 行业专题报告 证券研究报告 行至功率周期底部，静待下游复苏云起 功率半导体行业专题报告 投资评级：推荐（维持） 报告日期：2024年03月15日 MOSFET和IGBT为功率半导体市场增长主动力，第三代半导体成功率发展新方向 功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心，在电子电路中有广泛的应用。从细分市场来看，二极管长期市场规模比较稳定；BJT市场空间正逐步被MOSFET取代；MOSFET行业市场规模保持稳定扩张；在新能源汽车、风光储市场带动下，IGBT市场呈现结构性快速增长态势。随着技术迭代，第三代半导体也逐步进入功率半导体发展的主战场。 晶圆产能供过于求，国产替代加速，下游市场逐步复苏 从产业链各环节来看，上游晶圆产线的产能利用率呈现下降趋势，市场硅基总体产能过剩，海外功率巨头纷纷转向SiC赛道，国内SiC产能仍在追赶阶段。中游生产制造保持Fabless+IDM模式并存，在功率市场日渐成熟的趋势下，国内厂商未来转型IDM实现降本增利或成为路径之一，同时为摆脱中低端内卷，国内厂商聚焦出海机会，积极寻求替代空间。下游以消费电子、工控为代表的传统市场需求较为稳定，以新能源汽车、光伏、储能为代表的新能源市场需求较为旺盛，仍为功率半导体的主要增长动力。随着光伏储能已于2024年Q1完成加速库存去化，需求呈现复苏态势，预计2024年Q2将迎来集体拉货的需求，有望带动对上游IGBT等高压大功率器件的需求率先修复。 行业处于周期底部，上行空间广阔，给予功率半导体行业投资评级：推荐 功率半导体应用广阔，尽管目前处于行业周期底部，但随着交期、库存逐步改善，和下游需求逐步复苏的节奏，我们再次看到功率半导体行 业景气度回升的信号。随着国内功率产品可靠性、稳定性、性能参数等不断追赶海外标准，未来国产替代空间广阔，我们给予功率半导体行 业“推荐”评级。建议关注扬杰科技、捷捷微电、士兰微、斯达半导、新洁能、时代电气、东微半导、华润微、宏微科技。 公司代码 名称 2024-03-14股价 EPS PE 投资评级 2022 2023E 2024E 2022 2023E 2024E 300373.SZ 扬杰科技 41.42 2.07 1.62 2.09 25.44 25.62 19.86 未评级 300623.SZ 捷捷微电 14.99 0.49 0.31 0.41 30.59 48.35 36.56 买入 600460.SH 士兰微 20.79 0.74 0.45 0.71 28.09 46.20 29.28 买入 603290.SH 斯达半导 160.47 4.79 5.47 6.87 68.77 29.35 23.37 未评级 605111.SH 新洁能 38.99 2.04 1.07 1.41 19.11 36.44 27.65 买入 688187.SH 时代电气 41.80 1.80 2.19 2.40 30.24 16.57 17.40 未评级 688261.SH 东微半导 66.60 4.22 5.76 7.67 15.78 11.56 8.68 买入 688396.SH 华润微 41.07 1.98 1.12 1.42 26.56 39.86 28.89 未评级 688711.SH 宏微科技 32.45 0.57 0.99 1.70 56.93 32.78 19.09 买入 资料来源：Wind，华鑫证券研究（注：未评级公司盈利预测取自Wind一致预期） 宏观经济增长不及预期的风险； 海外科技管制进一步加强的风险；本土科技创新突破不及预期的风险；下游需求恢复不及预期的风险； 行业景气度复苏不及预期的风险； 推荐标的业绩不及预期的风险。 目录 CONTENTS 1.功率半导体作为电子核心器件，技术不断迭代 2.MOSFET和IGBT跃升细分市场增长主力 3.产能供过于求，中低端内卷聚焦出海 4.行至周期底部，库存出清迎来曙光 5.相关标的 01功率半导体作为电子核 心器件，技术不断迭代 功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心，其本质是利用半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功 能，具体用途包括变压、逆变、整流、斩波、变频、变相等，可以提高能量转换效率，减少功率损失。 图表：功率半导体的作用 图表：功率半导体的分类 功率器件 二极管 晶闸管 整流二极管 开关二极管（SW） 肖特基二极管（SBD） 齐纳二极管（ZD） TVS二极管（TVS） 高频二极管 资料来源：FujiElectric，宏微科技招股说明书，功率半导体生态圈，东芝，华鑫证券研究 功率半导体 晶体管 电源管理IC 双极结型晶体管 （BJT） 场效应晶体管（FET） 绝缘栅双极结型晶体 管（IGBT） 结型场效应管（JFET） 绝缘栅型场效应晶体管 （MOSFET） 功率半导体可分为功率器件和功率IC两大类，其中功率器件主要包括二极管、晶闸管和晶体管，晶体管根据应用领域和制程不同又可分为BJT、MOSFET和IGBT等；功率IC属于模拟IC，包含电源管理IC、驱动IC、AC/DC和DC/DC等。 功率IC 驱动IC AC/DC DC/DC •具有单向导电性能。 •制造工艺较为简单， 应用广泛。 •不能用控制信号来控制其通断，不可控器件。 二极管 晶闸管 晶体管 •只有导通和关断两种状态， 具有开关特性。 •通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断，半控型器件。 •GTO（门级可关断晶闸管）可以通过门极施加负的脉冲电流使其关断。 BJT（三极管）MOSFET（绝缘栅型场效应晶体管） •有放大功能，可以将小信号转换成大信号。 •以金属层（M）的栅极隔着氧化层 （O）利用电场的效应来控制半导体（S）。 •具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好；制造工艺简单、辐射强，因而通常被用于放大电路或开关电路。 资料来源：电子爱好者，江苏威斯特，壹芯微，英飞凌，华鑫证券研究 MOSFET（绝缘栅型场效应晶体管） •输入部分为MOSFET结构、输出部分为双极结构的复合型器件，同时具备MOSFET和BJT两者的优点。 •输入阻抗高，可以用小功率驱动，并且可以将电流放大为大电流。此外，即使在高耐压条件下，导通电阻也可保持在较低水平。开关速度不如MOSFET快，但比双极晶体管要快。 平面栅（Planar） IGBT（绝缘栅双极结型晶体管） •中高压领域传统结构 沟槽栅（Trench） 超级结（SJ） 屏蔽栅（SGT） •中低压领 域200V内 •高压领域 600-800V •低压领域 100V内 穿通型（PT）非穿通型（NPT） 平面栅+PT 第一代 IGBT技术迭代 第二代改进版PT 第三代沟槽栅 第四代NPT 第五代FS 第六代沟槽栅+FS 第七代微沟槽栅+FS 屏蔽栅（SGT） 资料来源：英飞凌，新洁能招股说明书，罗姆，汽车半导体情报局，前瞻产业研究院，华鑫证券研究 场截止型（FS） 1.3功率半导体经历3大技术跨越 伴随着全球半导体产业的技术革命与进步，功率半导体围绕功率容量、工作频率和转换效率经历了3次大的技术跨越： ①从不可控型到半控型再到全控型，促进了传动技术从直流传动向交流传动的进步。②从电流驱动到电压驱动，实现了数 字控制，应用更简单和智能。③从硅基到宽禁带器件，系统更加紧凑和轻量化、损耗更低、开关速度更快。 图表：功率半导体技术发展历程 基材 代表产品 面世时间 技术特点 锗基半导体 双极型晶体管 20世纪40年代 热稳定性方面存在缺陷，后被硅基替代。 二极管 20世纪50年代 结构简单，但只能整流使用，不可控制导通、关断。 BJT 20世纪50年代 开关使用或功率放大使用，不易于驱动控制，频率较低。 晶闸管 20世纪60年代 开关使用，不易驱动，损耗大，难以实现高频化变流。 门极可关断晶闸管20世纪60年代克服了晶闸管无法通过栅极关断的弱点，实现了门极关断控制。 （GTO） 平面型MOSFET20世纪70年代易于驱动，工作频率高，但芯片面积相对较大，损耗较高。 沟槽型MOSFET20世纪80年代易于驱动，工作频率高，热稳定性好，损耗低，但耐压低。 硅基半导体 IGBT20世纪80年代 把MOSFET与BJT的技术优点结合，通过电压控制的MOSFET给BJT提供基极电流，实现器件的高输入阻抗和低导通损耗。 开关速度高，易于驱动，频率高，损耗很低，具有耐脉冲电流冲击的能力。 注入增强栅晶体管 （IEGT） 20世纪90年代 开始替代GTO，有助于减小导通压降。 超结MOSFET20世纪90年代通过在传统MOSFET的漂移区中引入超结结构，可达到导通损耗的明显降低。 屏蔽栅MOSFET21世纪打破了硅限，大幅降低了器件的导通电阻和开关损耗。 宽禁带材料半导SiC、GaN功率半导 体 体器件 21世纪 传统硅基功率器件性能已经逐渐逼近硅材料的极限，宽禁带器件适用于高压、高温、高频和高功率密度等领域。 资料来源：新洁能招股说明书，激光制造网，电子元器件超市，华鑫证券研究 02MOSFET和IGBT跃 升细分市场增长主力 全球功率半导体市场稳中向好。根据Omdia的数据，全球功率半导体市场规模由2017年的441亿美元增长至2022的年481亿美元。2020年受疫情影响功率半导体市场规模有所下降，但2021年便恢复至459亿美元，预计2023年全球功率半导体市场规模将达到503亿美元。 图表：2017-2023年全球功率半导体市场规模统计 中国作为全球功率半导体最大的消费国，2018年以来，国内物联 网、新能源和新一代通信网络等新兴行业大大拉升了对上游功率半导体产品的需求，2019年贸易摩擦干扰整体市场收入略微下降，2020年下半年起，国内功率半导体需求呈现高景气特征，叠加产能不足因素，供求出现显著错配，相关功率龙头公司逐步提价。2022年中国功率半导体市场规模增长至1368.86亿元，同比增长4.4%，预计2023年中国功率半导体市场规模将进一步增长至1519.36亿元。 520 500 480 460 440 420 400 380 2017201820192020202120222023E 10% 8% 6% 4% 2% 0% -2% -4% -6% -8% -10% 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 图表：2018-2023年中国功率半导体市场规模统计 201820192020202120222023E 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% -2% -4% -6% 市场规模(亿美元)增速(%) 资料来源：Omdia，华鑫证券研究 市场规模(亿元)增速(%) 从功率半导体细分产品市场结构来看，功率IC是功率半导体市场主要的 出货产品，占比约50%以上；而功率半导体分立器件中，市场对MOSFET、 图表：2021年功率半导体分立器件占比 晶闸管, IGBT以及二极管需求较大。据芯谋研究的数据，MOSFET占功率分立器件市场份额最大，达到42.6%，其次是IGBT和功率二极管，三者占据了90%以上的功率器件市场。 图表：2019-2023年全球和中国二极管市场规模统计 二极管, 20.90% BJT,3.90% 2.90% MOSFET,42.60% 6025 5020 40 15 30 10 20 105 IGBT,29.70% 0 2019 2020 2021 2022 2023E 0 2019 2020 2021 2022 2023E 全球市场规模(亿美元) 中国市场规模(亿美元) 资料来源：芯谋研究，华经产业研究院，华鑫证券研究 由于二极管的行业技术壁垒较低，市场规模比较稳定，我国份额逐渐增加。据华经产业研究院的统计，2022年全球二极管行业市场规模为55.73亿美元，与2021年数据