中兴通讯、华为事件后，我国半导体产业的主线逻辑便是“国产替代”。叠加近期的俄乌冲突，关键产业链的国产化/安全化可能成为未来一二级市场的“新共识”。但是，我国半导体产业较为弱后，实现国产替代并不容易，需要逐步“攻关”。功率器件不同于CPU等高性能计算产品需要复杂的设计，功率器件结构相对简单，追赶海外先进水平的难度相对更小。因此，本篇我们聚焦“功率器件”，梳理我国功率器件的现状和机会。
功率半导体&功率器件
功率半导体是一种广泛用于电力电子装置和电能转换和控制电路的半导体元件，可通过半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能。
功率半导体按照器件集成度可以分为功率分立器和功率IC两大类。具体如下所示：
图表：功率半导体产品范围示意图
资料来源：华润微招股说明书
功率分立器件包括二极管、晶体管和晶闸管三大类，其中晶体管市场规模最大，常见的晶体管主要包括IGBT、MOSFET、BJT（双极结型晶体管）；功率IC是指将高压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，是系统信号处理部分和执行部分的桥梁。简单的说，功率IC比功率分立器件更为复杂，本篇我们主要聚焦功率分立器件（功率器件）。二极管的技术壁垒较低，制造技术相对成熟，海外大厂有逐步退出该类市场的趋势，我国企业凭借低成本及政策优势逐步占据市场，成为功率器件中率先实现国产替代突破的领域。晶体管（IGBT、MOSFET、BJT等）将是当下国产替代的关键一环，因此本篇我们进一步聚焦晶体管。
MOSFET:最理想的功率器件
①MOSFET：释义&分类
MOSFET即金属氧化物半导体场效应晶体管，因其具有驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性强等优势被称为最理想的功率器件。MOSFET是四端器件，所以除了栅极（G）、源极（S）、漏极（D）外，还有基极（B）。栅极G与漏极D及源极S是绝缘的，D与S之间有两个PN结。一般情况下，衬底与源极在内部连接在一起，这样，相当于D与S之间有一个PN结。根据结构不同，MOSFET可分为沟槽型、平面型以及超级结型。
图表：MOSFET产品分类
资料来源：华润微招股说明书
②MOSFET：市场规模&下游应用
MOSFET是功率器件中规模最大的产品，2022年市场规模预计可突破100亿美元。根据WSTS数据，2021年全球MOSFET市场规模将达到97亿美元，占功率器件市场的54.2%，预计到2022年全球MOSFET市场规模将首次突破100亿美元，2017-2022年CAGR达到4.95%。
相较于其他功率半导体，MOSFET具有开关频率高，稳定性强的优点，因此MOSFET多应用于汽车、工业等领域。据MEMS预测，2022年MOSFET终端应用占比中，汽车占比22%，计算机及存储占比为19%，工业占比14%。
图表：全球MOSFET市场规模及预测（单位：亿美元）
资料来源：WSTS、MEMS
图表：2022年MOSFET终端应用占比预测
资料来源：MEMS
③MOSFET：国内代表公司
华润微、安世半导体、士兰微跻身全球MOSFET市场前十，合计市占率9.9%。全球市场格局方面，2020年全球MOSFET市场英飞凌占据24%的市场份额，位居第一。华润微、安世半导体、士兰微入围全球前十名企业，市占率分别为3.9%、3.8%和2.2%。
图表：2020年全球MOSFET市场格局
资料来源：Omdia
综上，我们认为MOSFET全球市场增速并不高，而且寡头格局显著，欧美日等巨头英飞凌、安森美、意法半导体、东芝等抢占市场主要份额。我国MOSFET的投资机会主要在于“国产替代”，突围企业主要包括华润微、闻泰科技（安世半导体）和士兰微等，值得进一步跟踪研究。
IGBT：电力电子行业的“CPU”
IGBT全称绝缘栅双极晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。
IGBT具有电导调制能力，相对于MOSFET和双极晶体管具有较强的正向电流传导密度和低通态压降，因此兼具有MOSFET的高输入、阻抗MOSFET器件驱动功率小、开关速度快、BJT器件饱和压降低、电流密度高和GTR的低导通压降的优点。
图表：IGBT结构示意图
资料来源：《电动汽车IGBT芯片技术综述和展望》
历时超30年，IGBT已经发展至第七代，各方面性能不断优化。目前为止，IGBT芯片经历了七代升级：衬底从PT穿通，NPT非穿通到FS场截止，栅极从平面到Trench沟槽，最后到第七代的精细Trench沟槽。随着技术的升级，芯片面积、工艺线宽、通态功耗、关断时间、开关功耗均不断减小，断态电压由第一代的600V升至第七代7000V。
图表：IGBT技术演进
资料来源：Research Insights
② IGBT:市场规模&下游应用
2017-2022年全球IGBT市场规模CAGR达7.04%，中国市场主要应用包括新能源汽车、工控、消费电子。受益于工业控制及电源行业市场的逐步回暖，以及下游的变频家电、新能源汽车等领域的迅速发展，全球及中国IGBT市场规模持续增长。根据WSTS数据，预计2022年全球IGBT市场规模将达到近57亿美元，2017-2022年CAGR达到7.04%。
从下游应用领域规模及占比来看，2020年中国IGBT市场应用以新能源汽车、工业控制及消费电子类为主，占比分别为30%、27%及22%。
图表：全球IGBT市场规模（单位：亿美元）
资料来源：WSTS
图表：2020年中国IGBT市场下游应用占比
资料来源：华经情报网
③IGBT：国内代表公司
IGBT市场英飞凌市占率全面领先，2020年斯达半导体跻身IGBT模块市场前六。根据Omdia数据，2020年IGBT分立器件市场及IGBT模块市场规模前三的企业均为英飞凌、富士电机及三菱。其中英飞凌IGBT市场市占率全面领先，IGBT分立器和IGBT模块的市占率分别为29.3%和36.5%。
在IGBT分立器件市场中，中国企业士兰微进入全球前十，2020年市场份额为2.6%；在IGBT模块市场中，2020年斯达半导跻身全球第六，市场份额为3.3%。
图表：2020年全球IGBT分立器件市场格局（单位：亿美元）
资料来源：Omdia
图表：2020年全球IGBT模块市场格局（单位：亿美元）
资料来源：Omdia
综上，我们认为IGBT中国市场机会显著优于全球市场，主要系IGBT下游应用在中国市场更具爆发力，如家电领域，我国新出厂的空调全部要求为变频空调；新能源车、轨道交通等领域，我国的增速也处于全球前列等。在IGBT领域，我国突围的企业主要包括士兰微、斯达半导及比亚迪半导体（未上市）等，值得进一步跟踪研究。
针对我国功率器件领先企业，华润微、士兰微、斯达半导等，市盈率却差距甚大，前景差异？企业本身的“阿尔法”差异？后续我们会在半导体专题其他篇进一步探讨。
本文不构成投资建议，股市有风险，入市需谨慎。
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