前几周,很少发声的中芯国际创始人张汝京老先生,参加了中信建投组织的半导体论坛。在论坛上,张老先生多次强调,希望大家支持第三代半导体,支持功率半导体的发展。

 

功率半导体领域,我国的市占率也低得可怜,最大的龙头公司也不足世界 2%左右的份额。可谓是“国产替代”的春天。但是,这个春天是否会如约而至?还是会跟着一场倒春寒?张老先生看好的机遇,又会如何展开?我们今天就来聊一聊。

 

01. 并不土的百亿美金市场

功率半导体,包括功率器件即就是各种二极管,以及功率 IC 也就是集成电路等。
 

而功率器件,顾名思义,主要功能是实现各种功率转换。它以前名字叫做“电力半导体”,可以精确地调节电路中的电压、电流、频率等参数,因此被誉为电力电子装置中的“CPU”。

 


电力,听起来似乎很“土”的感觉,但是这个领域的下游空间并不小,未来依然是百亿美元市场。华安证券梳理了三个主要领域:新能源、光伏风电等、家电。咱们逐一看下。
 

IGBT 是新能源汽车重要的核心电子器件之一,成本可达到新能源车总造价的 8%;并且由于传统燃油车功率半导体器件电压低,只需要硅基的 MOSFET,新能源车产业对于 IGBT 的需求可以说是完全的纯增量。


除去车用 IGBT 外,作为充电设备中功率转换的核心器件,充电基础设施的建设也极大地扩充了 IGBT 市场的基本盘。华安团队假设单车平均 IGBT 用量逐渐下滑至 2025 年的 430 美元 / 车,2025 年预测中国新能源车销量 504 万辆,那么就是 22 亿美金,全球预计 60 亿美金。


光伏领域,据 Bloomberg 预测,2025 年全球光伏新增装机接近 300GW,风电也比照光伏 5 年 2.5 倍左右的增长,对应 IGBT 的全球需求量级在 12-15 亿美金。


在家电领域,主要是变频空调带来增长,按照国家政策,2020 年停止生产非变频空调,2021 年停止销售非变频空调。而目前变频空调的市场占比只有 50%,这就意味着未来短短半年的时间内变频空调要增产一倍。预计 2022 年规模 10 亿美金。
而工控领域,发展平稳,2025 年全球预计 24 亿美金。


因此,整体来看,在 2025 年左右,IGBT 全球市场达到 110 亿美金左右,比现在的 60 亿美金市场,几乎翻倍。

 

02. 后进者困境

功率器件领域,有一个重要现象:后进者实现业务拓展并不容易(也就是说,国产化替代空间高,但未必好实现)。主要原因有两个:

 

首先,下游客户多为电力、工业、汽车等领域,这些客户对稳定性、安全性要求非常高,宁可多花钱也要少出事。新进入者验证期很久,而在验证期间,可能领先者又出新技术了。


因此就是,一步追不上,步步心发慌。

 

其次,这个领域不单纯依赖设计能力,更重要的是行业经验 know-how。同样的材料,略微不同的配比可能效果就差很多。同样的工艺,不同的时长,可能效果也差很多。所以,老一辈的经验就很关键,一步步摸索。但如果实现效能 10%的提升,那也是千亿万亿的市场空间。

 

目前这个领域的龙头基本都是海外巨头,比如英飞凌、三菱等,而这些公司也无疑都是靠了德国、日本先进工业体系的大山,又通过“先发优势”,牢牢占据了市场。

 

 

坦白而言,在正常的商业环境下,国产产品要取代英飞凌、三菱等公司,是很有难度的。一句话就是,客户凭什么换?

 

03. 国产替代春天

商业并非一成不变,而国产化替代趋势也出现了几大有利因素。
 

首先,中美贸易摩擦不断扩大化,即使现在欧洲、日本尚未表态,但是国内公司不得不警惕,需要扶持国内 IGBT 来预防万一。商业的生态平衡,唯有强硬外力打破。


其次,行业未来的增量,也集中在了中国。新能源车、光伏、风电等新兴领域,都是我国重点发展的产业。


未来几年我国对 IGBT 的需求占比将逐渐提升到 50%左右,“主场作战”的优势将极大提升国内 IGBT 企业的竞争力。前文有过阐述,到 2025 年新能车及其配套产业几乎可以“再造”一个 IGBT 市场,而这市场的大部分份额都集中在中国。


这块蛋糕目前来讲最大的受益者有比亚迪半导体。截至 2019 年,比亚迪半导体虽然只占据国内车规级 IGBT 18%的市场份额,但作为第一家自主研发、生产车用 IGBT 的本土厂商,已经有能力去挑战英飞凌的霸主地位了。


另外,国内目前技术也已经有了改善。我国功率半导体大概是从 2005 年开始,从美国国际整流器(IR)公司,回国了不少人才。包括斯达半导汤艺、达新半导体陈智勇、陆芯科技张杰、银茂微电子庄伟东等博士。


经过十几年的发展,技术都有了提升。比如斯达半导,国产化芯片自给率达到了 50%。中车时代半导体拥有国内首条、全球第二条 8 英寸 IGBT 芯片。而华为等研发实力雄厚的大厂,也相继入局 IGBT,高投入也会进一步促进国产替代的进程。


国内 IGBT 主要受制于晶圆生产的瓶颈,没有专业的代工厂进行 IGBT 的代工,但是随着中芯国际绍兴工厂和青岛芯恩半导体扥晶圆厂的落成,相信这个局面会有很大改观。而在 IGBT 封装材料方面,日本在全球遥遥领先,德国和美国处于跟随态势,我国的材料科学则相对落后。


但整体而言,我国目前的技术储备,已经具备良好的“备胎”,甚至正面 PK 的能力。

 

04. 结语

功率半导体领域,新材料的使用,也会加速改变行业格局。当前新的材料技术是 SiC。它能将新能源车的效率再提高 10%,比攒电池效高多了。目前,特斯拉的 Model3 就采用了这个技术。
 

但 SIC 芯片目前的成本依然很高,是 IGBT 的 4-5 倍,降低到成本效率性价比阶段仍需要三到五年。一方面,国内企业也已经进行了相关技术布局,另一方面,要抓主要矛盾。
 

而当前行业投资的核心矛盾,依然是国内厂商在工控、家电、新能源等领域,实现国产份额的快速提升。这是值得期待的。