北交所半导体产业链投资系列三：功率半导体【开源】

  半导体市场受消费电子等下游需求拖累，2023年3月全球和国内销售额已回落到近2-3年来低点；其后市场回升，2023年6月半导体全球销售额达422亿美元，环比上升3.7%，其中中国市场已连续4个月环比正增长。纵观行业龙头业绩，英特尔、三星、高通等6家代表性Fabless及IDM龙头业绩从2022Q2至今普遍下滑；而由于汽车和部分工业领域的功率、射频半导体等需求强劲带动，德州仪器、英飞凌、意法半导体等6家代表性公司整体业绩较为稳健，尤其功率龙头英飞凌2023年表现较好。

  功率半导体是电力电子装置中电能转换与电路控制的核心，大多数都用在改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等，分为功率IC和功率分立器件(包括功率模块)两大类。据Omdia预估，2022年全球市场中功率器件规模约281亿美元（含模组），占到分立器件领域的80%以上，其中约一半市场为晶体管类（BJT、MOSFET、IGBT等）器件；而电源管理IC为主的功率IC市场规模约262亿美元。目前全可控、高频率、低损耗、高耐压等是发展趋势，市场呈现双极器件（二极管、晶闸管、GTO和BJT等）与MOSFET、IGBT多世代并存，细分赛道空间广阔，根据Yole预测，2023年全球MOSFET、IGBT市场分别预计达85、71亿美元。

  功率半导体下游2021年工业和汽车应用合计超过6成，未来最具潜力的下游领域包括新能源汽车、新能源发电及储能、AI、通讯等。一是车载功率半导体随着电动化及智能化趋势而不断加快渗透，动力传动系统架构、功率需求、碳化硅/氮化镓的渗透率、无人驾驶渗透等提升持续驱动；二是充电桩我国2020-2026年CAGR将达48.38%，将成为IGBT等功率半导体的重要增量；三是新能源领域，预计2022-2030年风电和太阳能均将实现20%左右CAGR，涉及功率半导体价值量可达数千欧元/MW（用于逆变器、变流器等），且储能逆变器2020-2023E国内增速超过60%。四是AI服务器、通讯等领域也都将随着产业迭代升级而带动电源模块需求。而从功率半导体本身来看，宽禁带功率半导体渗透将带来材料与工艺升级，2021年全球宽禁带半导体器件规模超过13亿美元，预计到2026年提升至68亿美元，车载充电、风电等细致划分领域增速较快。在行业及下游驱动之下，新三板代表性企业有望受益：星海电子、芯诺科技等专注功率二极管；瑞能半导是晶闸管领军者；昌德微电、诚芯微、深深爱、瑞能半导等均已布局MOSFET。此外，功率IC市场规模较大，昌德微电、深深爱、诚芯微等公司长期深耕。

  3.1、 功率器件：包括二极管、晶闸管、MOSFET和IGBT等多个赛道

  我国是半导体产业主要的终端消费市场和生产者之一，本世纪以来在所有的领域快速追赶并取得了显著成果，但目前无论是上游的设计研发，还是生产所需的设备和材料，国产化比例仍然较低。随着全球半导体产业竞争持续演进，同时市场下游面临较大需求下行，我国一方面需要在关键材料、设备上实现国产化、另一方面对于各类半导体的设计和综合制造能力提升及高端化突破也将是关键，因此很有必要对半导体各细致划分领域进行系统化的分析。在此之前，我们对半导体材料、半导体测试两大领域分别进行了梳理和分析并撰写了报告《半导体产业链一：国产替代+周期探底，发掘半导体材料“专精特新”新机遇》及《半导体产业链二：变局与周期共振，从设备到第三方透视半导体测试产业图景》，而本篇报告则从工艺环节转向半导体细分赛道，着重关注功率半导体这一汽车、工业等领域代表性的半导体类型，围绕其景气度优势及未来发展进行系统性梳理，并深入发掘有价值的“专精特新”功率半导体标的。

  2023年半导体市场受消费电子等下游需求拖累，上半年至今处于库存消化期，Q1市场显著下滑，3月的全球和国内销售额回落到近2-3年来低点；其后市场开始有所回升，2023年6月半导体全球销售额达422亿美元，同比下降幅度收窄至17%（5月下滑21%），环比上升3.7%，且中国市场已连续4个月实现环比正增长，持续领先回升。

  纵览单季度营收50亿美元以上的头部半导体公司，由于CPU、GPU、存储及模拟IC等领域需求整体减少，英特尔、三星、高通、博通、英伟达及AMD这6家代表性的Fabless及IDM龙头业绩从2022Q2至今普遍下滑；2023年持续疲软，仅英伟达受益AI实现较快增长。

  而对于单季度收入20-50亿美元的代表性公司而言，由于汽车和部分工业领域的功率、射频半导体等需求强劲带动，部分器件等产品持续供不应求，近一年来的市场下滑影响比较小。在代表性的德州仪器、英飞凌、意法半导体、恩智浦、ADI和安森美6家代表性公司中，除德州仪器由于模拟IC的整体性需求下滑而表现稍弱外（但近几个季度汽车业务仍然表现较好），其他公司营收表现均受益于汽车等领域的需求而实现稳定乃至逆势增长。

  全球市场承压之下，作为半导体制造枢纽的Foundry领域各公司营收在2023年前两个季度环比出现回落。其中台积电作为全球晶圆代工龙头，季度收入由在2022Q4达到200亿美元以上的高点，其后连续下滑至2023Q2的155亿美元。

  市场低迷之下Foundry仍有汽车半导体等结构性需求量开始上涨。台积电在全球Foundry领域具备领先的体量，其业务发展也与行业本身息息相关，回顾过去2年台积电业务的变化，其中一个显著特点便是汽车相关业务的发展迅猛，在整体业务中占比由2020Q3的2%左右快速上升到2023Q2的8%。尽管2023年整体收入下滑明显，但汽车半导体业务收入维持正增长，延续了2022Q1至今的强劲趋势。

  在各个环节普遍下滑的背景下，据WSTS数据，分立器件2022年开始市场增速便高于IC等其他赛道，行业下滑周期下具备较强稳定性。而功率器件属于分立器件这一大半导体类别的主体，其在汽车、工业等领域的需求上升是拉动分立器件整体市场的主要的因素。这一背景下，本报告将重点聚焦功率半导体（器件、模组及其构成的IC），探索功率半导体的发展现状和未来趋势。

  汽车电动化+智能化将持续推动功率、微波射频、AI处理器等车载半导体市场规模扩大，各大领军企业纷纷加快产业布局。随着新能源汽车（PHEV+EV）全球产销持续上升的电动化趋势，以及L2-L5智能驾驶不断进化和应用推进、软件定义汽车的深化发展为表现的智能化趋势，各大半导体厂商纷纷布局功率半导体（尤其是SiC）以及泛车载半导体产能，英飞凌更是近日宣布将建设全球最大的8英寸SiC功率晶圆厂，相关产能预计未来几年将持续释放。

  2021-2025年汽车/功率半导体8英寸产能预计会增长58%，12英寸非IC产能也将迎来突破。国际半导体产业协会在其《2025年8英寸晶圆厂展望》报告中表示，全球半导体制造商计划新增13条8英寸晶圆生产线万片晶圆的创纪录水平，其中汽车和工业等应用需求推动了功率半导体、MEMS等产能领先扩张。2021到2025年，汽车和功率半导体的晶圆厂产能预计实现增长58%，其次MEMS、代工和模拟IC的产能预计将分别增长21%、20%和14%。

  英飞凌是功率半导体领域具备领导地位的全球龙头，2021年市占率约20%，在器件、模组、IC以及各个细致划分领域下均具备产品布局和竞争优势。2022年其功率半导体在全部业务中占比达到55%。

  英飞凌的下游客户集中在汽车、新能源、通讯等领域，而近几个季度贡献增量的主体是汽车（ATV）、绿色工业电源（GIP）两大部门。1）ATV：主要受微控制器（MCU）和电动汽车强劲需求的推动，收入进一步增长；目前微控制器和高压功率半导体等产品类别仍然供应相当紧张，结构性增长趋势保持。2）GIP：交运、可再次生产的能源和电力基础设施的推动下收入再创新高；脱碳相关应用需求持续强劲，自动化和驱动业务温和增长；公司预计交运业务会较快恢复到或超过疫情前水平。

  英飞凌库存情况表现好于市场整体，2022Q2以来增加了20天左右；而据华强电子旗下芯八哥公众号统计，处理器市场2021Q1-2022Q3整体库存周转天数维持在100天以下，但2023Q2已达到143天。由此可见终端市场疲软给处理器市场库存带来的影响相对功率领域更大。

  英飞凌2022财年贡献收入增量的业务主要是新能源车、清洁电力、ADAS、服务器、IoT等，这部分业务在其全部收入中占比35%；而基于深耕相关领域的战略，英飞凌将持续扩大这部分增量业务布局，预计其后几年中的增长将有超过一半由这部分增量需求贡献。

  英飞凌目前已经具备衬底材料垂直供应整合优势、先进沟槽技术、全面封装能力和功率系统集成方案经验等核心优势，而在此之上，英飞凌2023Q3财季报告中披露将在欧投资50亿欧元以大幅度的提高其8英寸晶圆产能，从而打造更全面的设计-晶圆制造-封装-模块化&系统化整合的碳化硅全产业链优势。

  功率半导体 (Power Semiconductor)是电子装置中电能转换与电路控制的核心，大多数都用在改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。功率半导体可大致分为功率IC(Power IC)和功率分立器件(Power Discrete；包括功率模块)两大类，其中功率器件为一类分立器件，而功率IC则是将功率半导体分立器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成而来。据Omdia预估，2022年全球市场中功率器件规模约281亿美元（含模组），占到分立器件领域的80%以上，其中约一半市场为晶体管类（BJT、MOSFET、IGBT等）器件；而电源管理IC为主的功率IC市场规模约262亿美元。

  功率半导体产业链上游主要是原材料以及设备供应环节，包括光刻机、CMP设备、刻蚀设备等以及晶圆、引线框架、宽禁带材料及其他辅助材料的供应；功率半导体产业链中游主要是芯片制造设计封装的生产制造环节，包括功率半导体分立器件和功率模块，大型厂商往往采用IDM模式；功率半导体产业链下游的应用市场涵盖不相同的领域的电子电器应用环节，包括消费电子、汽车等消费品领域，工业控制、网络和通信领域，军工航空、轨道交通领域以及从发电、输电到用电的整个流程。

  功率半导体是电子系统处理和执行的桥梁，从产品类型来看，功率半导体可大致分为控制类和保护类。通常意义上的功率器件以控制类为主，主要包含二极管、晶闸管、晶体管等，具有处理高电压、大电流等能力。而功率IC属于集成电路中的模拟IC，是指将功率器件与其控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在同一芯片的集成电路，包含AC-DC、DC-DC、PMIC、驱动IC等控制类IC以及监控IC、过流过压保护IC等保护类IC。

  根据Omdia的数据及预测，2021年全球功率半导体市场规模为462亿美元（最重要的包含功率器件、功率IC和功率模组），预计2024年将达到522亿美元。中国的功率半导体行业受益于上下游链条发展、政策支持、国产化替代加速等，根据Omdia数据及预测，2021年中国功率半导体市场规模为182亿美元，预计2024年将达206亿美元，作为全球最大的功率半导体市场发展前途广阔。具体到细致划分领域，功率IC占功率半导体行业市场规模约54%；MOSFET占比约为16%；IGBT占比约为12%；功率二极管占比约为15%。

  功率半导体器件可根据对电路信号的可控程度分为全控型、半控型及不可控型；或按驱动电路信号的性质分为电压驱动型、电流驱动型等。如MOSFET便属于电压驱动、电子控制的全控单极器件。

  功率半导体分立器件已从双极器件（二极管、晶闸管、GTO和BJT等）发展到MOSFET、IGBT 和 MCT，全可控、高频率、低损耗、高耐压等是发展趋势，一直在改进的同时可以适用于要求更高的领域。1）功率二极管：结构和原理简单，工作可靠，使用十分广泛；2）晶闸管（SCR）：承受电压和电流容量在所有器件中最高，开关速度低于电力MOSFET，电压、电流容量不及GTO；3）功率晶体管（GTR）:耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，但开关速度低，驱动功率大且电路复杂；4）MOSFET:为电压控制型器件，具有开关和功率调节功能，与二极管和晶闸管依靠电流驱动相比，电压驱动器件电路结构相对比较简单；与其它功率半导体相比，MOSFET的开关速度快、开关损耗小，能耗低、耐热性好、便于集成；MOSFET在节能以及便携领域具有广泛应用，例如，在消费电子、工业控制、不间断电源、光伏逆变器、充电桩的电源模块、新能源车的驱动控制系统等领域。5）IGBT：耐压高，工作频率介于晶闸管和MOSFET之间，能耗低、散热压力小，器件稳定性高。在低压下MOSFET相对IGBT在电性能和价格上具有优势，但电压越高IGBT优势越明显，在轨道交通、汽车电子、风力和光伏发电等600V以上高电压领域应用广泛。

  从器件结构来看，功率半导体呈现多世代并存的特点。功率半导体自20世纪50年代发展至今，新技术、新产品的诞生拓宽了原有产品和技术的应用范围，适应更多终端产品的需求，但是每类产品在功率、频率、开关速度等参数上均具有不可替代的优势，因此呈现多世代并存而非逐次替代的特点。

  功率二极管是一种相对较早诞生的功率半导体分立器件，具有工作可靠的特点。功率二极管产品应用广泛，主要涉及电源领域、网络通讯、家用电器等等，主要用于整流、开关、稳压等。根据瑞能半导2020年8月的招股书，市场相对分散，行业第一的Vishay份额超10%，其余占比均较低。中国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。目前新三板的功率二极管代表性企业包括星海电子、芯诺科技等。其中星海电子年销售二极管约100亿只（官网数据），深耕小型化移动电源、新能源设备、通讯仪表、智能家居、汽车电子等应用领域，客户覆盖苹果、三星、LG、飞利浦等厂商。

  可控硅/晶闸管（Silicon Controlled Rectifier, SCR）是一种具有三个PN结的功率型半导体器件，为第一代半导体电力电子器件的代表。晶闸管的特点是具有可控的单向导电，可以对导通电流进行控制，属于半可控型器件。晶闸管具有以小电流（电压）控制大电流（电压）的作用，体积小、轻、功耗低、效率高、开关迅速；与二极管相比，晶闸管用微小的触发电流即可控制主电路的开通，主要作为可控整流器件和可控电子开关使用，用于电机调速、温度控制等，应用场景有工业控制的电源模块、电力传输的无功补偿装置、电器控制板等领域。

  晶闸管作为一种技术相对成熟的产品，根据WSTS的统计，2015年至2021年全球复合增长率2.61%，2021年市场达8亿美元；同期中国市场年均复合增长率2.75%，2021年市场规模3亿美元。晶闸管技术成熟、可靠性高、性价比高，在发电、输电、变电、配电、用电的各个应用场合占有重要地位，具有广泛性和不可替代性。

  新三板的晶闸管代表企业是瑞能半导，长期专注功率二极管和晶闸管两大核心业务，2022年晶闸管收入超过5亿元，按照全球市场规模8亿美元测算，全球市占率约达10%水平，且公司凭借IDM模式维持40%水平高毛利，竞争力位于国内前列。

  GTR是一种电流控制的双极双结大功率、高反压电力电子器件，具有自关断能力。它既具备晶体管饱和压降低、开关时间短和安全工作区宽等固有特性，又增大了功率容量，因此，由它所组成的电路灵活、成熟、开关损耗小、开关时间短，在电源、电机控制、通用逆变器等中等容量、中等频率的电路中应用广泛。GTR的缺点是驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏，因此在开关电源和UPS的高性能要求场景开始被MOSFET和IGBT所代替。

  布局双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor，也称 BJT）领域的新三板公司有深深爱、昌德微电等，其中深深爱为深投控下属赛格集团的子公司，2022年收入超过4亿元，自1992年开始进入功率晶体管封装业务，1997年开始生产4英寸功率晶体管，目前自有5英寸双极功率芯片生产线，实现器件到IC的垂直化布局。

  MOSFET 全称为金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种广泛应用于模拟电路与数字电路的场效应晶体管，用于将输入电压的变化转化为输出电流的变化，可实现开关和信号放大等功能，与双极型晶体管（BJT）和绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，也称 IGBT）同属于晶体管领域。MOSFET 具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性高等特性，应用于包括通信、消费电子、汽车电子、工业控制在内的众多领域。

  功率MOSFET主要可分为沟槽型功率MOSFET、超结功率MOSFET、屏蔽栅功率MOSFET等，具有不同的电压范围、电阻特性和适用领域。从工艺发展来看，MOSFET按照“平面型→沟槽型（Trench）→超级结（SJ）→屏蔽栅（SGT）”逐渐演变，在器件结构的发展过程中不断提升耐压、降低损耗和导通电阻。

  近年来国内MOSFET市场蓬勃发展，与国外品牌的技术差距正在缩小，但国产品牌整体市场份额较国外品牌仍存差距。根据Yole数据，2021年英飞凌和安森美分别占据了中国MOSFET市场份额的21.40%和10.60%，位居主导地位，但低于其在全球市场的份额。而据Yole预测，预计2023年全球市场规模达85亿美元左右。

  MOSFET方面已有较多新三板企业涉及，昌德微电、诚芯微、芯诺科技等均已布局，其中昌德微电的中高压MOSFET为其主营产品之一，已全面覆盖平面型、沟槽型、超级结和SGT各个类型，产品广泛应用于新能源、开关电源、逆变器，变频器、充电桩等。

  IGBT（绝缘栅双极晶体管）是功率半导体器件的一种，主要用于电动车辆、铁路机车及动车组的交流电电动机的输出控制。IGBT从结构上看就是一个MOSFET加上一个BJT的组合，传统的BJT导通电阻小，但是驱动电流大，而MOSFET的导通电阻大，却有着驱动电流小的优点。IGBT结合了这两者的优点，不仅驱动电流小，导通电阻也很低。

  目前，IGBT根据电压不同拥有不同的应用场景范围。以新能源车、光伏、家电等领域的中低压IGBT市场规模较大，是目前主流应用。

  从上世纪80年代至今，IGBT经历了六代技术的发展演变，经历了大量的结构设计和工艺上的调整。IGBT主要从三方面发展演变：（1）器件纵向结构：非穿通型（NPT）结构→拥有缓冲层的穿通型（PT）结构→场终止型（FS）、软穿通型（SPT）结构；（2）栅极结构：平面栅结构→垂直于芯片表面的沟槽型结构；（3）硅片的加工工艺：外延生长技术→区熔硅单晶。

  据WSTS数据，中国IGBT市场规模2021年为238.8亿元，预计至2025年市场规模将有望超486亿元，复合增长率为19.44%；而据Yole预测，2023年全球市场规模超70亿美元左右。目前国产替代成为国内IGBT行业内企业发展的重要驱动因素，根据Yole和中商产业研究院数据，预计2023年我国IGBT自给率将达到32.9%。

  英飞凌、富士电子、三菱电机、意法半导体、安森美为代表的国外品牌凭借技术积累、人才优势及制造优势，占据全球IGBT市场的主要份额。根据Omdia数据，2021年IGBT器件和模组市场前三大厂商的市场占有率合计均超过50%，外资巨头主导的市场竞争格局相对稳定。

  目前新三板部分企业正重点布局IGBT市场，由于IGBT本身需要基于BJT及MOSFET，如瑞能半导、深深爱等具备这两个领域技术积累且自身细分赛道取得领先优势的企业有望加快入局。

  PIC（Power IC，功率集成电路）是将功率器件及其驱动电路、保护电路、接口电路等外围电路集成在同一个芯片上的集成电路，是系统信号处理部分和执行部分的桥梁。具体来说，PIC采用一定的工艺，把一个功率电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线连在一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。完整的功率电子系统包含三个部分：信号的采集/输入和放大电路、驱动负载的功率处理电路以及产生控制信号的信号处理电路。将一个完整功率电子系统电路或其中的一部分集成在一个半导体芯片上就形成了功率IC。

  PIC的主要技术包括功率集成电路工艺、电源转换技术、电源管理技术、栅驱动电路等；集成技术主要包括BCD工艺集成、SOI功率集成、硅基GaN功率集成等。

  据Yole数据，2021年以电源管理IC为主的功率IC市场达256亿美元，未来预计持续以2-3%的增速增长。市场龙头为德州仪器、ADI和英飞凌等外资，CR5约50%，相对于器件领域，功率IC的集成度更高，因此传统的SoC巨头等也较多参与这一领域，且头部的市场集中度相对器件领域较低。

  功率IC方面的新三板企业大多聚焦消费电子、汽车、工业等领域的PMIC集成，昌德微电及南麟电子均采取设计+封测业务模式，而诚芯微则聚焦PMIC设计领域。

  功率半导体的应用范围十分广泛，在汽车、电力、消费电子、通讯、工控等场景大量使用。据Trendforce数据，2021年全球功率半导体的下游需求主要分布在工业（包括新能源、工业控制等）、汽车、消费电子、通讯等领域，其中工业和汽车占比合计超过6成。

  汽车功率半导体随着电动化及智能化趋势而不断加快渗透，驱动因素包括更复杂的动力传动系统架构、功率需求更大，碳化硅/氮化镓的渗透率提升等。1）每辆车所搭载功率半导体比例有望持续强劲增长。2）电动化：xEV（BEV+PHEV）的渗透势头有望持续。3）自动驾驶：L1、L2 和 L2+ 预计将继续增长，L3 出货量将在较小基数上增长，并得到更多 L3 车型推出的支持。

  据S&P Global ，2022年汽车半导体市场总额同比增长27.4%，达到历史最高水平594亿美元。单车半导体价值量的提升明显推动了市场增长，而一大重要原因便是EV渗透提升带动功率半导体需求。

  电动汽车车载充电系统以及充电桩的电源模块是电动化趋势下主要的功率半导体应用领域，在充电过程涉及的开关电源、电气隔离模块等均大量使用功率器件。

  车载充电模块的功率半导体需要满足严格的稳定性、可靠性和耐压性能，且往往需要实现超出常规检测标准的设计冗余，以满足日新月异的新产品需求。如英飞凌将 AEC-Q101 中的要求数据转化为等效的应力时间时，发现在应用条件与新兴应用的需求之间存在明显的不匹配，凸显出了对能超越当前汽车标准的、能满足更严苛的质量要求的技术（如SiC技术）的需求。

  燃油车的全部半导体价值量中功率半导体价值占比达到20%，而纯电动车的这一比例则大幅提升到55%，混动也同样较高。随着纯电和PHEV的渗透，车载半导体一方面本身ASP提升，另一方面功率占比也同步增加，因此将带动功率半导体需求以超过电动化增速的水平高速增长。

  随着电动渗透率不断的提高，英飞凌预计汽车动力传动系统的功率半导体市场规模将从2021年的不到30亿欧元提升到2030年的120亿欧元以上，其中SiC将占据55%份额，而GaN将在OBC/DC-DC领域大量应用。其中逆变器、OBC和DC-DC是纯电和PHEV驱动系统中最重要的三类功率半导体应用，而48V MOSFET和DC-DC是MHEV中的关键功率应用。

  充电桩也将成为功率半导体的重要增量，Yole预计EV直流充电桩的功率半导体市场规模将从2022年的约2亿美元以20%的复合增速增长到2028年的6亿美元左右，而IGBT是其中最重要的部分。根据前瞻研究院充电桩成本分解数据，充电模块是充电桩的核心部件，成本占充电桩的50%以上，其中功率半导体是充电模块最核心的半导体器件。据中国电动汽车充电基础设施促进联盟预测，2026年底我国充电桩行业市场规模有望达到2870亿元，2020-2026年复合年均增长率将达48.38%。

  风力发电、太阳能发电、地热能发电、生物能和燃料电池发电系统中的逆变器、变流器等装置均需要使用大量功率半导体，其中太阳能发电涉及功率半导体的价值量可达1500-5000欧元/MW，而风电、储能等领域也同样价值较高。

  目前风电及太阳能均已经达到每年上百GW水平的新增装机量，对应功率半导体市场容量均可达数亿欧元（假设3000欧元/MW均价，则100GW新装机将带来3亿欧元的功率半导体需求）；预计2022-2030年风电和太阳能均将实现20%左右的年化增速，持续推动功率半导体需求。

  近年来随着光伏发电市场的蒸蒸日上，国内光伏逆变器产量、出货量不断攀升。逆变器为光伏系统的重要组成部分，中高压MOSFET、IGBT及碳化硅等功率器件为光伏逆变器的核心，直接对光伏系统稳定性、发电效率以及使用寿命产生影响。根据中商产业研究院数据显示，光伏逆变器中半导体器件成本构成占比11.8%，而2021年光伏逆变器出货量为173GW，预计2023将增长至217GW，2019-2023年复合增长率为30.42%。同时，我国储能市场增长催生对储能逆变器需求，储能逆变器市场前景广阔，根据华经产业研究院的数据，预计储能逆变器2023年市场将增至104.4亿元，2020-2023年复合增长率为67.79%。

  AI服务器领域，人工智能训练、网络等所需功率水平呈现指数级增长，因此需要功率器件、封装技术创新以解决能效和密度挑战，故功率材料成本的增长速度约为新增服务器数量增长速度的1.3倍。根据华经产业研究院数据，预计国内服务器电源市场2025年达91亿元。

  泛通讯领域，2021年通信电源国内市场约172亿元，未来随着汽车、物联网的智能化趋势以及通讯基础设施持续升级，市场有望持续增长。具体因素包括：1）数据和计算能力的大幅增长；2）由于网络密集化而需要增加基站数量；3）MIMO天线每个无线电板的功率半导体用量约25美元，大规模MIMO天线）云计算数据中心开启全新市场。

  通讯行业覆盖广泛，从基站的MIMO阵列到工厂通讯系统和家用无线网络，再到移动终端、汽车等消费品的通讯模块，都需要使用越来越多的功率半导体；随着我国5G/6G建设推进，市场需求将持续开拓。

  几十年来半导体产业已经发展出三大类基本材料，包括以硅 (Si)、锗(Ge) 等为代表的单元素半导体材料，以砷化镓(GaAs)、磷化铟 (InP)等为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，以及以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等为代表的宽禁带化合物半导体材料。硅材料是应用最广泛、最重要的半导体基础材料，目前全球半导体市场中，仍有90%以上的芯片和传感器都是基于硅材料制造而成，功率半导体虽以硅基为主，但氮化镓、碳化硅两大宽禁带材料正加速渗透。

  宽禁带半导体材料中碳化硅和氮化镓两类应用最为广泛，其本质上是具备更带宽度的化合物材料。宽禁带材料（SiC、GaN）相较于传统硅基能在耐压、开关频率等方面实现更好的器件性能，在高压高频应用领域正逐步替代硅基器件成为该领域的市场主流。以电压场景来划分，0-300V区间内Si材料占据成本和性能优势，650V以上的高压区间内SiC材料占优，300V-650V区间内GaN材料占优。

  据Yole预测，2022-2028年硅基半导体将以4%增速温和增长，而碳化硅基氮化镓半导体的结构性增速将远高于市场，CAGR分别达31%和52%。

  首先，碳化硅衬底相比单晶硅衬底具备高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等优势，相比硅基功率器件的能源转换效率可以大幅提升，主要应用领域有电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网等。相同规格的碳化硅基MOSFET与硅基MOSFET相比，其尺寸可大幅减小至原来的1/10，导通电阻可至少降低至原来的1/100；而相同规格的碳化硅基MOSFET较硅基IGBT的总能量损耗可大大降低70%。因此在要求较高的领域，氮化硅将持续替代硅基功率器件。

  其次，氮化镓的卓越开关性能带来更高的效率和更低的系统成本，预计充电器、适配器、服务器（高压）、家用太阳能、车载充电器成为核心需求，Yole在2019-2022的三次报告中不断上修对氮化镓半导体市场的增长预估，最新预测2027年全球市场超过20亿美元，5年CAGR达56%。

  从趋势来看，氮化镓将是远期各领域应用的最佳选择。预计到 2030 年，氮化镓将成为多种核心应用的首选技术，不同的过渡路径正在形成，各领域的功率器件将从硅切换到碳化硅再到氮化镓（或者硅直接切换到氮化镓），其中氮化镓在充电器、服务器领域已经开始了快速渗透，而低功率电机、家用光伏领域预计未来几年也即将开始渗透。

  据第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA），2021年全球宽禁带半导体器件规模达到24.16亿美元。其中SiC、GaN功率半导体市场约13.66亿美元；GaN射频器件及模组市场规模约为10.5亿美元，且其中GaN-on-SiC（以碳化硅为衬底，氮化镓进行外延的器件）占九成市场。预计到2026年，宽禁带功率半导体市场总规模达68亿美元。

  2021年我国第三代半导体产业电力电子（主要指功率半导体）和射频电子两个领域实现总产值达127亿元，其中宽禁带功率器件2021年达8.9亿元。

  总览各个市场的新增需求，碳化硅与氮化镓未来的增量涵盖了电动车（车载功率模块+充电桩等）、新能源（风电、光伏、储能、燃料电池等）、消费电子（手机、电脑充电器等）、工业（电机驱动器+轨交+通讯+数据中心+传统电力等）等一系列广阔领域，其中据Yole测算2021-2027E增速最快的细分领域为车载充电（氮化镓CAGR达143%），风电（碳化硅CAGR达163%）等。

  根据半导体发展路线图，先进逻辑工艺按照摩尔定律的规律，不断追求工艺节点的缩小，从而满足对于算力和速度提高的需求，以及功耗降低的需求；特色工艺路线是指以“超越摩尔定律(More than Moore)”为指导，不完全依赖缩小晶体管特征尺寸，而是通过聚焦新材料、新结构、新器件的研发创新与运用，强调定制化和技术品类多元性的半导体晶圆制造工艺，功率半导体便是其中的一大代表领域，通过持续优化器件结构与制造工艺将最大化不同器件的物理特性，提升性能及可靠性。

  功率半导体相对于CPU、GPU等最耳熟能详的半导体领域，一大特点便是并不追求最先进的制程（如14nm及以下），目前大量汽车、新能源等领域的新建高端器件产能也仍然以28nm及以上为主；90nm及以上制程的电力电子器件也广泛使用、市场规模可观。这一格局之下，功率半导体的发展更多体现在结构、材料、工艺等各个方面，许多规模中等的厂商也具备较强的生产制造能力，能够在某些细分应用上打造“专精”优势。1）功率器件正向高可靠性、高功率密度方向发展。功率器件下游应用领域对电能转换效率、稳定性、高压大功率、复杂度、智能化等方面的需求在不断提高，功率器件厂商需要持续改善结构设计、制造工艺和封装技术等，以实现器件性能的不断优化。2）功率器件封装技术向高导热、低电阻、低寄生参数的方向发展。功率器件的发展历程，始于以整流器、晶闸管为代表的低频变流器件，后进化为以GTO/GTR的全控器件为代表的耐高压、大电流器件，到现在发展为以MOSFET和IGBT为主，其间对于封装的导热性能、封装内阻要求越来越高，功率器件封装技术也随着产品要求的提高而不断提升导热导电能力。3）新材料功率器件正不断涌现，有望实现增长。

  目前英飞凌、意法等功率半导体巨头往往对产品的性能覆盖已经十分完善，但由于不同功率模块对器件有不同需求，对应细分领域的功率半导体不要求厂商具备完整的器件供应序列，做好某一特定区间的器件同样可以对应规模不俗的市场。

  对于规模较小的公司而言，往往需要从一两个专精领域做起，然后不断发展壮大实现更广业务覆盖，作为专注二极管及晶闸管的国内功率器件龙头之一瑞能半导便是如此，长期专注功率二极管和晶闸管两大核心业务，凭借IDM模式维持40%水平高毛利的同时营收规模不断扩大，晶闸管细分赛道上已经位于国内前列，同时不断开拓MOSFET、IGBT等领域。

  目前国内功率半导体领军企业包括闻泰科技旗下安世半导体、华润微、士兰微等等，企业规模相对外资差距较大。在2020年国产厂商十强中，2022年仅安世和华润微两家超过百亿营收，而十名左右厂商营收则仅有10亿元左右。

  国内主要的功率半导体厂商业绩增长较快，且已有较多达到百亿市值，但整体毛利率一般，2022年仅有斯达半导和捷捷微电超过40%；而行业估值中枢在50X以上，目前绝对值仍处于较高水平。

  目前国内厂商主要以功率二极管、晶闸管、中低端MOSFET等低附加值产品为主，产品较为成熟且占有一定的市场占有率，尽管发展较快，但技术门槛和毛利率相对较低，市场竞争压力大。而在新能源汽车、电力、轨道交通等领域应用较多的高端MOSFET、IGBT等产品技术门槛较高，工艺复杂，客户认证壁垒较高，虽然目前国内部分功率半导体企业已经取得了一定的突破，但进口依赖度仍然较高，向中高端产品转向应是我国功率半导体企业未来的发展方向。

  我们对新三板的功率半导体公司进行深度梳理，发现相关公司业务较多集中在晶闸管、功率二极管，而深深爱、芯诺科技、昌德微电、瑞能半导等公司已覆盖MOSFET、IGBT等附加值更高的器件和模组，以及宽禁带领域；硕凯股份、明芯微等公司则涉足保护类功率器件；IC方面，诚芯微、南麟电子主要业务为电源管理等功率芯片。从具体业务模式来看，功率器件为主业的公司采用IDM模式较多，而相对轻资产的FABLESS或者FABLESS+封测模式则主要是IC业务公司采用。下游方面，汽车、新能源、3C和家电等消费电子、LED照明以及工业等领域均有覆盖。

  大部分公司目前营收规模较小，仅瑞能半导2022年营收超过10亿元，而3-5亿元营收的有芯诺科技、星海电子、深深爱和南麟电子。

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