第三代半导体材料加速渗透,国产替代刻不容缓

 新闻资讯     |      2020-06-04 02:39

功率半导体下游细分领域带动需求爆发式增长,将带动第三代半导体材料应用。未来功率半导体将呈现高性能,高增长,高集中度的 发展趋势,从而带动第三代半导体材料应用需求,主要原因有以下几点:1) 下游新兴行业增量显著;2)自给率仍然偏低,替代空间巨大;3)未来集中 产品碎片化将有所改善,高端产品如 IGBT、MOSFET 产品性能和技术壁垒 同步提升,下游对高端产品的依赖度会随之增加。功率半导体市场规模较大, 高性能驱使下,新型半导体衬底材料渗透率有望进一步提升。

国内基站端建设投资力度扩大,国内需求将大于国外。预计 2020 年 5G 新 建基站有望达到 80w 座以上,其中大部分将以“宏基站为主,小基站为辅” 的组网方式。在射频端高频高速的背景下,第三代半导体材料的渗透率将会 大幅提升,2023 年 GaN RF 在基站中的市场规模将达到 5.2 亿美元,年复合增长率达到 22.8%。5G 宏基站使用的 PA数量在 2019 年达到 1843.2 万个,2020 年有望达到 7372.8 万个,同比增长有望达到 4 倍。未来随着 GaN 技术进步和规模化发展,GaN PA 渗透率 有望不断提升,预计到 2023 年市场渗透率将超过 85%。

全球市场规模平稳增长,国内市场需求有望保持高速增长。功率半导体作为 电子设备中最基础的元器件,应用领域极其广泛。从市场规模来看,根据 IHS Markit 数据,2018 年全球功率半导体市场规模约为 400 亿美元,预计到 2021 年市场规模将增长至 441 亿美元,年复合增速为 4.1%。中国是全球最大的 功率半导体消费市场,未来有望保持高速发展。从增量来源来看,由于下游新能源以 及汽车电子化程度的提升,功率半导体的应用领域已从工业控制和消费电子 拓展至光伏、风电、智能电网、变频家电、新能源汽车等诸多市场,下游新 型领域市场的发展情况是功率半导体未来增量的重要保证。

国内是最大的消费市场,自给率不足 20%。功率 IC 与功率分立器件市场份额占比接近各半,IGBT、MOSFET 在分立器 件中占比较大。在全球功率半导体市场,功率 IC 和功率分立器件几乎平分了 整个市场份额。根据 Yole、IHS、Gartner 数据汇总分析,2018 年,功率 IC 和功率器件全球市场份额分别为 54%和 46%。其中,在功率分立器件市场中, MOSFET 和 IGBT 占比较大,分别为 17%和 15%,功率二极管/整流桥占比 稍低,为 12%。

中国为全球最大的消费国和进口国,随下游新兴领域发展加快,国产替代空 间明显。未来功率半导体将呈现高 性能,高增长,高集中度的发展趋势,主要原因有以下几点:

1)下游新兴行业增量显著:下游以汽车电子为代表的新兴应用增速进一步加快,除去传 统电子控制系统外,电驱、电控、电池三大件对于功率半导体的需求量爆发 式增长,假设2025年新能源汽车市场规模达到 150 亿元,按照汽车电子化 率 30%测算,仅在新能源汽车中的电子元器件增量为 50 亿元;

2)自给率仍 然偏低,替代空间巨大:国内需求增加的同时,自给率不足 20%,从国内外 产业链的对比来看,假设自给率达到 50%,国内至少仍有 50 亿美元的市场 空间增量;

3)未来集中度会进一步提升,产品碎片化将有所改善:由于产品种类繁多,总体较为碎片化,但部分高端产品如 IGBT、MOSFET 产品性 能和技术壁垒同步提升,下游对高端产品的依赖度会随之增加,细分领域集 中度提升是必然趋势。

第三代半导体材料以碳化硅、氮化镓为代表,极具性能优势。第三代半导体 材料是指带隙宽度明显大于 Si 的宽禁带半导体材料,主要包括 SiC、GaN、 金刚石等,因其禁带宽度大于或等于 2.3 电子伏特,又被称为宽禁带半导体 材料。和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有高热导率、 高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点,可以满足现代电子技 术对高温、高功率、高压、高频以及高辐射等恶劣条件的新要求。

先进半导体材料已上升至国家战略层面,2025 年目标渗透率超过 50%。底 层材料与技术是半导体发展的基础科学,在 2025 中国制造中,分别对第三 代半导体单晶衬底、光电子器件/模块、电力电子器件/模块、射频器件/模块 等细分领域做出了目标规划。在任务目标中提到 2025 实现在 5G 通信、高效 能源管理中的国产化率达到 50%;在新能源汽车、消费电子中实现规模应用, 在通用照明市场渗透率达到 80%以上。

政策端:全球节能减排,碳排放成国际谈判的重要筹码,国六 排放的实行,加速新能源汽车替代传统燃油车。

供给端:全球主流厂商规划 将未来重点发展方向放到 NEV,有保有量加速提升,目前全球有超过 150 家 车厂已有规划 EV 新车上市;在自动驾驶水平方面,2019 年 L2+级别自动驾驶产品在部分车型中已成为标配,部分车型仍需要选装,未来 L3 级别的自 动驾驶有可能会在 2020 年后正式上市,从供给端来看,智能化水平在加速 提升。

需求端:新能源汽车的边际变化来源有两点:车载娱乐及驾乘体验, 纯电动与自动驾驶带来的独特驾驶体验,车联网的落地及人车手机生态化的 构建,是娱乐化需求的来源。

第三代半导体材料功率器件对于电机、电控、电池三大核心元件的效率提升 具有重要意义。未来前景看好,目前稳定性仍待提高。

公司是我国现代飞机机载设备维修规模最大、维修设备最全、用户覆盖面最 广的航空维修企业。子公司海威华芯在中国率先提供六英吋砷化镓(GaAs) 集成电路的纯晶圆代工(Foundry)服务;在第三代半导体(氮化镓 GaN) 领域拥有国际领先、国内一流的技术;在全球氮化镓芯片专利技术属于一流 梯队,公司专利总共 249 项,其中过半数是发明专利。目前已建成国内首条 6 吋化合物半导体商用生产线,解决了中国化合物半导体产业链中制造环节 的瓶颈,实现了核心高端芯片自主可控及国产化替代。

三安光电全资子公司厦门市三安集成电路主要提供化合物半导体晶圆代工服 务,工艺能力涵盖微波射频、电力电子、光通讯和滤波器四大产品领域,主 要应用于 5G、大数据、云计算、物联网、电动汽车、智能移动终端、通讯 基站、导航等领域。公司电力电子业务已推出高可靠性,高功率密度的碳化硅功率二极管及 MOSFET 及硅基氮化镓功率器件,产品主要应用于新能源汽车,充电桩,光 伏逆变器等电源市场;三安集成在微波射频领域已建成专业化、规模化的 4 英寸、6 英寸化合物晶 圆制造产线,在电子电路领域已推出高可靠性、高功率密度的 SiC 功率二极 管及硅基氮化镓功率器件。

公司 2005 年成立之初即开始研发 IGBT 模块,十几年专注于深耕 IGBT 赛道, 目前 IGBT 模块产品已超过 600 多种,电压等级涵盖 100V~3300V。 公司不仅在 IGBT 模块有深厚积累,还实现上游部分芯片的技术突破,2019 年上半年公司芯片自给率已达到 52.71%。据 IHS 数据 2017 年公司是国内唯 一进入世界前十的 IGBT 模块供应商,全球排名第 10 位,中国排名第 1 位。 在公司在 IGBT 领域技术优势和先发优势将奠定公司长期行业龙头地位。

风险提示:目前第三代半导体材料在电子特性上以展示出巨大的优势,但仍依赖后续的 技术突破,若研发瓶颈难以突破,有研发不及预期的风险。