功率半导体市场的老兵华微电子用国产替代、产品升级抢千亿市场

  基本业务介绍：华微电子前身为吉林市半导体厂，成立于1965年,是我国首批建成的半导体专业生产厂商,2001年公司上交所上市，公司致力于功率半导体器件的制造和销售方面，通过和飞利浦、仙童、Vishay等公司合作不断的提高自己综合技术，目前已建立从高端二极管、单双向可控硅、MOS 系列新产品到第六代 IGBT、SiC 等形成国内比较齐全、具备综合竞争力的功率半导体器件产品体系和整体解决方案供应商。

  华微电子主要为 IDM 生产模式，经过 50 多年的积累，公司形成自己的全产品系列、产能保障、技术实力、服务保障等优势：

  公司产品品种类型基本覆盖了功率半导体器件的全部范围，核心产品分为四大主类，以 IGBT（绝缘栅双极晶体管）、MOSFET(场效应晶体管)、BJT(双极晶体管)为主的全控型功率器件；以 Thyristor（晶体闸流管）为主的半控型功率器件；以 Schottky（肖特基二极管）、FRD（快恢复二极管）为主的不可控型

  根据公司公告，企业具有强大的芯片生产规模及交付能力，公司目前形成 4-8 英寸产线 万片/年、封装资源为 24 亿只/ 年，IPM 模块封装能力为 1800 万块/年，处于国内同行业的领头羊；功率二极管器件；以及 IPM（功率模块）、PM（功率模块）。

  管理层研发技术经验比较丰富。公司管理层深耕行业多年，在董事长夏增文先生为首的多数核心技术人员拥有在芯片设计和电子信息技术等半导体产业链中丰厚的技术实力和数十年研发经验，如董事长曾任吉林市半导体厂厂长，有着非常丰富的业内经验和地区人脉，同时坚持生产、研发、储备相结合的技术开发战略，不断向功率半导体器件的中高压 MOS、IGBT、 IPM、SiC 等中高端技术及应用领域拓展。

  2021 年 H1 研发费用同比增长 128%，推进新一代产品平台建设。

  公司积 极投入研发，截至 2020 年末公司研发人员为 616 人，占比为 30%，研发费用约 6620 万元，营收占比 3.85%，依据公司半年报，2021 年上半年研发费用为 4408 万元，同比增加 128%，公司持续加大研发力度，推进科学化的研发技术管理，加快各级工艺技术平台的技术创新和迭代，形成以公司级、部门级和系列化产品研发的管理平台，突出重点研发项目。

  全力推进新一代 IGBT 及模块、中低压 CCT MOS、超结 MOS、超高压 FRD、平面可控硅、TVS 及齐纳二极管等产品系列平台建设，产品性能、质量及供货能力持续提升。

  受益行业需求，营收迎来经营拐点。复盘公司营收从 2016 年的 13.9 亿 到 2020 年的 17.2 亿，营收复合增速为 5.3%，其中，2019 年受中美贸易冲击及市场之间的竞争等因素影响，公司业务出现了一定衰减，营收下降 3.09%，而 2020 年及 2021 年年初受益功率半导体供不应求和公司产品结构逐步的提升，公司扭转了营收下跌的颓势，依据公司公告 2021 年 H1 营收 9.92 亿，同比增长高达 23%。

  复盘公司归母净利润从 2016 年的 0.41 亿降至 2020 年 0.34 亿，呈现一定的下降，主要原 因是自 2017 年后，公司研发投入大额增加，同时财务费用、管理费用大增。

  另外根据公司最新季报公司 2021 年上半年归母净利润为 0.27 亿，同比增加 43.6%，高于营收增长主要是管理及费用率控制，同时展望 2021 年下半年，公司将继续稳步开拓国内外市场，通过新产品，新领域的市场拓展，有效提升产能利用率，进一步降低产品成本。

  这主要是公司在管理、研发、财务方面加大投入导致的，而 2021 年 H1，公司的销售费用同比增加 49%，管理成本同比上升 30%，研发投入增加 128%，这些方面的投入增加导致了净利率仍然保持 2.68%，但环比提高 0.42 个百分点。

  分立器件主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT 等半导体功率器件；其中，MOSFET 和 IGBT 属于电压控制型开关器件，相比于功率三极管、晶闸管等电流控制型开关器件，具有易于驱动、开关速度快、损耗低等特点。

  分立器件经过 50 多年的发展迭代中，行业不断往 MOSFET、IGBT 以及 SiC、GaN 等宽禁带半导体分立器件为代表的多层次产品结构发展，每种产品也在应用中不断突破原有技术瓶颈，派生出众多规格和型号。功率半导体的发展趋势是高功率高频率领域。

  功率半导体器件（PowerSemiconductorDevice）又称为电力电子器件，是电力电子装置实现电能转换、电路控制的核心器件。

  主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等，同时具有节能功效。功率半导体器件广泛应用于移动通讯、消费电子、新能源交通、轨道交通、工业控制、发电与配电等电力、电子领域，涵盖低、中、高各个功率层级。

  功率半导体根据载流子类型可分为双极型与单极型功率半导体。双极型功率半导体包括功率二极管、双极结型晶体管（ Bipolar Junction Transistor ， BJT ）、电力晶体管（ Giant Transistor，GTR）、晶闸管、绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）等，单极型功率半导体包括功率 MOSFET、肖特基势垒功率二极管等。

  按照材料类型可以分为传统的硅基功率半导体器件以及宽禁带材料功率半导体器件。传统功率半导体器件基于硅基制造，而采用第三代半导体材料（如 SiC、GaN）具有宽禁带特性，是新兴的半导体材料。

  目前功率半导体器件可分为功率二极管，功率晶体管，以及功率晶闸管。功率晶体管又可细分为 MOSFET，IGBT 和 BJT。

  其中，MOSFET 和 IGBT 属于电压控制型开关器件，相比于功率三极管、晶闸管等电流控制型开关器件，具有易于驱动、开关速度快、损耗低等特点。

  根据 WSTS，赛迪智库预测 2017 年全球功率器件的产品分类(按销售额)其中，MOSFET 占比 在 31%左右，IGBT 占比 19%左右。

  功率二极管是基础性功率器件，广泛应用于工业、电子等各个领域。功率二极管（Diode）是一种具有两个电极装置的电子元件，只允许电流由单一方向流过，同时无法对导通电流进行控制，属于不可控型器件。二极管主要用于整流、开关、稳压、限幅、续流、检波等。

  根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。

  从所用半导体材料上看，有硅（Si）和锗（Ge 管之分）；从原理结构上看，可分为 NPN 和 PNP 两种类型。BJT 有两种驱动方式，一种是基极开关，一种是射极开关。射极开关的效率和开关速度都优于基极开关，是 BJT 应用的潮流。

  （4）IGBT：融合 BJT 和 MOSFET，广泛应用于新能源汽车、光伏、轨道交通。

  IGBT 在开通过程中，大部分时间作为 MOSFET 运行，在断开期间，BJT 则增强 IGBT 的耐压性。

  自从 1988 年第一代 IGBT 产品问世以来，目前已经进展至第六代产品，性能方面有显著的提升，工艺线 微米，功率损耗则将为 1/3 左右，断态电压大幅提高近 10 倍。

  功率半导体国内全球占比 35%左右，2021 年国内市场规模约 159 亿美金。根据 IHS Markit 预测，2019 年全球功率器件市场规模约为 404 亿美元，预计至 2021 年市场规模将增长至 441 亿美元，2018 年至 2021 年的年化增速为 4.09%。

  而目前，我国已经成为全球最大的功率半导体器件消费国，伴随功率半导体行业的迅猛发展，以及国产替代步伐的加快，2018 年市场需求规模达到 138 亿美元，增速为 9.5%，占全球需求比例超过 35%。

  预计未来中国功率半导体将继续保持较高速度增长，2021 年市场规模有望达到 159 亿美元，2018 年-2021 年年化增速达 4.83%。

  属于传统功率器件，但应用范围广泛。功率二极管种类众多，包括碳化硅二极管、快恢复二极管、肖特基二极管、标准功率二极管等。

  主要应用领域包含消费电子、新能源及汽车、工业电源等。华微电子在肖特基二极管、快恢复二极管上具有稳定的营收，并在大力研发、推广碳化硅二极管产品。

  根据中商情报网报道，目前整体二极管市场相对分散，行业第一的 Vishay 份额超10%，其余占比均较低，大陆和中国台湾厂商有望凭借低成本优势以及产业扶持政策逐步占据市场，成为功率器件中率先突破的子领域。

  根据 IHS、中商产业研究院数据，2017-2020 年，全球功率二极管的市场份额分别为 4297 万美元、4905 万美元、4326 万美元、3938 万美元。

  而中国功率二极管的市场份额则为 1444 万美元、1617 万美元、1439 万美元、1307 万美元。

  市场规模的下跌根本原因是受疫情影响，全球半导体市场需求下降，2021 年疫情开始恢复，产能也开始上升。

  根据 IHS 预测，2021 年全球功率二极管市场份额约为 4047 万美元，增长 2.7%，中国市场份额约为 1344 万 美元，增长 2.8%。

  图表 12：功率二极管细分及典型应用领域 图表 13：近年来功率二极管市场变化

  高频领域应用，按功率划分层次。MOS 管最显著的特性是开关特性好，如导通电阻小，损耗低，驱动电路简单，热阻特性好等优点，特别适合用于电脑、手机、移动电源、车载导航、电动交通工具、UPS 电源等电源控制领域。

  不同的工艺会使得 MOSFET 耐压和工作频率及功率不同，进而影响其适用的工作领域，但根据下游场景所需电压，一般认为应用电 压低于 100V 的 MOSFET 为中低压 MOSFET,一般用于消费级应用；高于 500V 为高压 MOSFET，一般用于汽车、航空应用。

  另外根据不同功率 MOSFET 的行业特性以及与上下游关系将功率 MOSFET 分为了低端、中端和高端三个层次。

  MOSFET：2021 年国内市场规模约 43 亿美元，行业增速 10%左右。

  功率半导体行业是一个需求驱动型的行业，其中MOSFET 由于输入阻抗高、控制功率小、开关速度快、开关损耗小，主要用于10KHz 以上以及输出功率 5KW 以下的应用，是功率分立器件占比最大份额品种，根据 IHS Markit 统计，2018年我国 MOSFET 市场规模约为27.92 亿美元，2016年-2018年增长率为15.03%，高于功率半导体行业平均的增速，且随着汽车电子化比重提升以及手机快充、物联网（IoT）新应用的发展，MOSFET用量和增速大幅提高，我们保守假设由于基数原因复合增速放缓但仍保持约 10%，则预计2021年国内MOSFET 市场规模约为 43 亿美元约 277 亿元。

  在汽车电子领域，MOSFET 在电动马达辅助驱动、电动助力转向及电制动等动力控制系统，以及电池管理系统等功率变换模块领域均发挥重要作用。

  在消费电子领域，主板、显卡的升级换代、快充、Type-C 接口的持续渗透持续带动 MOSFET 的市场需求。

  IGBT 细分不同的品类。IGBT 是国际上公认的电力电子技术第三次革命具代表性的产品，是工业控制及自动化领域的核心元器件，IGBT 的种类众多，综合 IGBT 原理和作用，可将 IGBT 根据电压等级划分为低压、中压和高压 IGBT。

  IGBT 可分为单管、模块和智能功率模块（IPM,将 IGBT 芯 片、FRD 芯片、驱动电路、保护电路、检测电路等集成在同一个模块内）三类产品，根据华经情报网数据，2018 年 IGBT 模块、IGBT 单管和 IPM 市场规模占比分别约 52%、21%和 27%，三者生产制造技术和下游应用场景 均有所差异单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器，标准模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车（电机控制器、车载空调、充电桩）等领域，IPM 模块主要应用于变频空调、变频洗衣机等白色家电。

  长期以来，IGBT 市场一直被英飞凌、三菱、富士电机、安森美等少数供应商所垄断，缺货涨价更是持续了较长时间，业内甚至一度传出 IGBT 供货周期延长至 52 周。

  目前，政府对半导体产业的支持力度非常大，在未来的 3-5 年内，国内 IGBT 产品设计和工艺制造能力会得到大力提高。

  根据集邦咨询预测，受益于新能源汽车和工业领域的需求大幅增加，中国 IGBT 市场规模将持续增长，到 2025 年，中国 IGBT 市场规模将达到 522 亿人民币，2018-2025 年复合增长率达 19.15%。

  短期趋势：功率半导体供不应求，行业涨价有望持续超预期。2020年疫情恢复以来，以车用、电动工具、光伏、LED等为代表的功率半导体市场需求强劲，叠加全球晶圆制造8寸产能供应紧张，功率半导体市场供不应求，缺货涨价频繁发生，根据SEMI发布的最新报告显示，全球半导体制造商有望从2020年到2024年将200mm晶圆厂的产能提高17％，达到每月660万片晶圆的历史新高，其中复合增速为4%，我们预计供需紧张将维持1-2年。

  5 月中旬，安森美宣布上调部分产品型号价格，定价周期于 7 月 10 日生效；比亚迪半导体宣布从 7 月 1 日起对 IPM、IGBT 单管产品进行价格调整，提涨幅度不低于 5%；闻泰科技并购的安世半导体也发布通知，宣布于 6 月 7 日提高产品价格。

  2021 年 7 月 29 日报道第一财经援引 IC 分销平台贸泽电子等网站的实时数据显示，目前闻泰科技旗下的安世半导体的 MOSFET 器件中，已有包括 MOSFET、GaNFET、功率 MOSFET 等在内的 144 款产品处于无库存状态，缺货产品的交货周期均已长达 69 周，而产品的涨价幅度从 6%到 37%不等。

  半导体行业周期性的特征，使得国内厂商在海外供应商无法供货的情况下有供货的机会，国 内厂商发展进程加快。

  芯片外采比例逐步降低，自研比例逐步提升，国内本土企业提供从源头设计定制的器件，为客户进行客制化服务，使客户可以不选择昂贵并且功能冗余的国外产品。

  产品国产替代的应用领域从可靠性要求低，低电压的变频家电和传统工业，逐步向可靠性要求高，中高电压的新能源变电、汽车领域升级。

  国内功率半导体近几年随着光伏、消费电子等发展迅速，但产品主要集中在二极管、低压 Mos 器件、晶闸管等低端领域，生产工艺成熟且具有成本优势，但在新能源汽车、航空、轨道交通等高端产品领域，国内仅有极少数厂商拥有生产能力，目前高端产品市场主要被英飞凌、安森美、瑞萨、东芝等欧美日厂商所垄断；

  根据 IHS 的数据，2018 年全球 MOSFET 市场中英飞凌与安森美两家占比 41%，而 2018 年国内 MOSFET 国内市场销售份额中，英飞凌与安森美两家外资厂商占比达到 45.3%，国内厂商中仅华润微位于前十占有率到 8.7%、新洁能市占率约 3.6%，叠加其他国内厂家我们预计国产市占率不到 15%。

  随着国内下游需求叠加外资厂商相继退出中低压 MOSFET 产品，MOSFET 迎国产替代黄金时期，我们认为短期内设计厂商相较于 IDM 厂商更容易把握“进口替代”进程，取得快速发展。

  IGBT 市场：根据智研咨询数据，自 2015 年以来，我国 IGBT 自给率超过 10%并逐渐增长，在 IGBT 模块市场，2019 年全球市场份额前五位的企业分别为英飞凌、三菱电机、富士电机、赛米控和日立功率，合计占据了 69.8%的市场份额。

  而根据华经情报网，国内市场 IGBT 模块市占率不到 20%，主要企业包括采用 IDM 模式的中车时代、比亚迪、士兰微、华微电子等企业，以及具备设计和模块封测的企业，比如斯达半导、宏微科技、台基股份等。

  智能功率模块 IPM 广泛用于驱 动电机，根据 Omdia，2018 年 IPM 供应商市场份额（%）报道，2018 年，IPM 全球 80%的 IPM 市场被 5 家厂商所占有，其中仅三菱一家就占据三分之一的市场份额，安森美紧随其后占据 18.9%市场份额，英飞凌占据 12.0%。国内仅华微电子占有 0.5%的市场份额。

  市场占比前十的厂商中，有 4 家为日系企业，2 家为德系企业，2 家为美系企业，1 家为瑞士企业，仅 1 家为国产企业。目前，国产厂商华微电子、士兰微等通过增加自研能力，优化供应速度来争夺国内市场。

  作为国内第一家上市的功率半导体公司，公司经过五十多年的不断积累、完善提升，已成为国内技术领先、产品种类齐全的功率半导体器件IDM公司，公司同时拥有多项功率器件领域的核心专利，涵盖产品设计、工艺制造、封装和 IPM 模块，被评为国家、省级技术创新型企业。

  先进、成熟的工艺技术平台、高品质的产品、迅捷专业的服务，为企业赢得了良好的市场口碑。

  超结 MOSFET：完成 8 寸超级 MOSFET 平台建设及系列化，拓展公司在电源领域的产品市场份额。

  IGBT：拓展白色家电、工业变频、UPS 和新能源领域 IGBT 产品的份额；开发新一代 TrenchFS IGBT 产品和逆导型 IGBT 产品平台；丰富 PM 和 IPM 模块产品，并积极推进在工业和家电内的市场应用。

  CCT MOS：建立 80V、100V、150V CCT MOS 的 8 寸工艺平台，进一步降低产品导通电阻，拓展电源领域和电池保护（BMS 领域）的应用。

  超高压 FRD：建立 3300V、4500V 超高反压快恢复二极管，推动超高压 FRD 模块的市场推广,为 FRD 和 IGBT 产品进入轨道交通、电网等领域奠定基础。

  可控硅产品：进行平面可控硅产品的系列化及在白色家电和漏电保护领域的产品推广。

  TVS 和齐纳二极管：开发 TVS 和齐纳二极管类产品工艺平台，提升公司产品配套能力。

  第三代半导体：开发 SiC SBD 产品和 650V GaN 器件，实现在工业电源和快充领域的应用。

  客户覆盖国内知名客户。公司利用信息技术和互联网技术实现了对客户的整合营销，基于对客户的价值管理原则，通过一对一营销方式，满足不同客户的需求，达到了客户结构调整和产品结构调整的目的。

  公司与供应商、客户建立的长期友好合作关系有利于提高生产效率，优化生产周期，提升运营质量。多年来，华微电子为众多国内外知名企业长期提供功率半导体器件，合作伙伴遍布海内外。

  华微电子于 2008 年开始研制第一代 IGBT 芯片，是国内率先量产 IGBT 产品的企业之一，迄今为止已研发出四代 IGBT 芯片。

  第四代 IGBT 芯片采用国际先进的 Trench FS 技术，相应的 IGBT 产品在各领域广泛应用， 拥有良好的口碑。

  依据公司公告，公司正在开发新一代 Trench FS IGBT 产品和逆导型 IGBT 产品平台，且加大拓展在白色家电、工业变频、UPS 和新能源领域 IGBT 产品的份额。

  目前公司 IGBT 主要应用在变频家电、工业变频、光伏领域、电磁炉、电焊机、电动汽车等 领域，其中部分领域如高端电焊机领域公司的 600V、1200V 变频 IGBT 分立器件具备低功耗以及更安全的并联操作和更高的鲁棒性和可靠性，未来的成长一方面是继续拓展白色家电、工业变频、UPS 和新能源领域 IGBT 产品的份额；另外部分是开发新一代 Trench FS IGBT 产品和逆导型 IGBT 产品平台有望进入汽车电力机车、动车组等高端领域。

  传统 IGBT 等分立功率半导体器件向 IPM 升级。与分立方案相比，智能功率模块（IPM）在减少占板空间、提升系统可靠性、简化设计和加速产品上市等方面都具有无可比拟的优势。IPM 作为先进的混合集成功率器件，使用 IPM 可以使生产厂家降低在设计、开发和制造上的成本。

  与普通 IGBT 相比，在系统性能和可靠性上有进一步的提升。由于 IPM 集成了驱动和保护电路，使得用户的产品设计变的相对容易，并能缩短开发周期；由于 IPM 通态损耗和开关损耗都比较低，使得散热器减小，因而系统尺寸也减小；所有的 IPM 均采用同样的标准化与逻辑电平控制电路相联的控制接口，在产品系列扩充时无需另行设计电路。

  IPM 在故障情况下的自保护能力，也减少了器件在开发和使用中过载情况下的损坏机会。

  华微电子智能功率板块是 2013 年建立，主要由华微电子控股子公司吉林华微斯帕克来主导。

  华微斯帕克以建立国内最大的智能功率模块研发、制造及销售公司为目标，吸引了一批从三洋、IR 等出来的拥有十几年工作经验的专业团队加盟。

  工厂建筑面积 3500 平方米，现有员工 60 人，公司的 IPM 封装平台，已经完成全系列产品开发，在白色家电、工业领域已形成品牌口碑和规模优势。

  近年来，国产 IPM 增速较快，根据 Omida 数据指出，2019 年吉林华微电子的 IPM 排在全球第十位，现阶段斯帕克电气以工业通用变频器及家用电器为基础市场进行 IPM 的推广，得到业界主流企业的关注和合作，并构成了以 2A 至 50A 600V 小功率智能功率模块系列产品的完整布局。

  公司最早于 2010 年布局 MOS，其中 2013 年发明第一代低压 MOS 沟槽产品，应用场景从针对逆变器、UPS 领域开发的平面网格单胞 200V 产品到 LCD TV、LED 照明领域、以及第一代 Trench MOSFET 的电动自动车的 70V/75V 产品和第二代 Trench 低压的电机驱动 75V/80V/100V产品，公司在 80V-100V CCT MOS 产品具备低栅极电荷、低 RDSON；低功耗、高效率；良好的温度特性；高抗 DV/dt 能力；

  而高压领域：高压 MOS 产品在原有 JMC、JMH、JMT 产品基础上，成功开发了 JME 和 JMEI 新的系列产品，新产品的效率更好温升更低。

  华微电子 MOSFET 主要应用在电视、电动工具、LED 照明、逆变器、电动车充电器、HID 灯、电动自行车控制器、PC 电源、DVD 电源、电子镇流器、逆变焊机、UPS、跑步机、手机充电器、适配器、风扇、工业电源等领域，公司未来成长：

  （1）一方面是建立 80V、100V、150V CCT MOS 的 8 寸工艺平台，逐步降低产品导通电阻，拓展电源领域和电池保护（BMS领域）的应用；

  （2）另一方面是完成 8 寸超级 MOSFET 平台建设及系列化拓展公司在电源领域的产品市场占有率。

  公司具备国内领先的制造能力，根据公告，公司拥有 4 英寸、5 英寸、6 英寸与 8 英寸等多 条功率半导体晶圆生产线 年，各尺寸晶圆生产能力为 400 万片/年，封装资源为 24 亿只/年，IPM 模块封装能力为 1800 万块/年，处于国内同行业的领先地位；

  另外为满足产能需要和市场需求，公司于2017年开始建设 8 英寸生产线月投入使用，在当下产能稀缺背景下，预计后续释放有望带来新的业绩增厚空间；

  同时公司抓住产品升级如 IPM 国产替代机遇，投资102亿在吉林省吉林市建设半导体产业 园，于高新北区规划建设第三代半导体材料器件生产基地。

  功率半导体目前国内市占率较低，离 2025 年规划实现芯片自主率 50%，但部分在中高端产品和国外存在一定差距，公司可能在功率半导体部分存在国产替代进度没有到达预期风险。

  公司主要是做 IDM，有几率存在受设备零部件制约带来的产能紧缺，公司在 2017 年有过涨价并带来毛利率快速提升，2021/2022 年有几率存在涨价幅度和毛利率进度低于预期风险。

  本文对功率器件、IGBT 等市场空间测算偏差基于一定前提假设，存在实际达不到，没有到达预期的风险。