分立器件行业专题报告：功率半导体和射频芯片
（报告出品方：开源证券）
1、 功率器件：下游需求多点开花，国产替代加速推进
1.1、 国产替代空间广阔，地缘政治因素助推替代加速
1.1.1、 功率半导体市场广阔，国产替代将是长期趋势
功率半导体又称电力电子元器件，用于对电能进行转换，使输出功率、电压、 电流形式符合负载端要求，主要变换形式有整流、变压、逆变和稳压等。可以说用 电的地方即有功率半导体，其功率覆盖范围从几 W（消费电子产品）至几 GW（高 压直流输电系统），下游应用极为广泛。自上个世纪 50 年代功率二极管被发明以来， 功率器件家族不断发展，晶闸管、功率三极管、MOSFET、IGBT 等功率器件逐步面 世。未来高频控制、低损耗的高性能全控型器件 MOSFET、IGBT 以及第三代半导体 功率器件将成为市场发展的重心。
功率半导体国产替代空间广阔。据 IHS 数据，2019 年全球功率半导体市场规模 达到 403 亿美元，同比 2018 年增长 3.3%，预计 2021 年市场规模将达到 441 亿 美元。前十大厂商占据全球 60%的市场份额，且全部为海外厂商，国产替代空间广 阔。需求端来说，我国功率半导体市场占全球的 36%，为单一最大市场，国产厂商 有望深度受益国产替代进程。
据 WSTS 数据，MOSFET 和 IGBT 分别占据全球功率半导体分立器件和模组 市场 41%和 30%的市场份额，为价值量最大的两个品种，全球市场仍为海外厂商所 占据。 据 Omdia 数据，2019 年全球 IGBT 模块市场前十大厂商中有 9 家为海外厂 商，国内仅斯达半导进入前十，市占率为 2.5%。MOSFET 分立器件市场中则仅有华 润微进入前十，市占率为 3.0%。相对 Omdia 2018 年统计无国内企业进入 IGBT 模 块和 MOSFET 器件市场前十，国内功率厂商在销售规模上已有明显进步，但从绝对 价值量和占比来说，国产替代空间仍巨大，功率半导体的国产替代将是长期趋势。
1.1.2、 多个下游长期高景气，行业天花板将不断提升
功率半导体市场将不断成长，行业天花板不断提升。据 Yole 数据，全球功率电 子市场将以 4.3%的复合增速增长至 2025 年，其中新能源汽车和工业领域的应用将 给行业发展注入强劲发展动力。
功率半导体在新能源汽车上应用广泛，涵盖动力系统、安全配置、电动门窗及 后视镜、人车交互系统、仪表盘、车灯、娱乐系统及底盘系统等。其中 IGBT 主要用 于逆变器等主驱动系统的中高压领域，MOSFET 用于电动门窗、仪表盘等中低压应 用。
随着汽车的电动化、智能化发展，车用半导体价值量不断提升，其中功率半导 体占据主要份额。根据麦肯锡的统计，传统燃油汽车的半导体成本为 350 美元，其 中功率半导体的价值量约为 60 美元，占比仅约 17%，而纯电动汽车的半导体成本为 704 美元，其中功率器件成本高达 387 美元，占整车半导体用量 55%，金额和用量占 比提升显著。
此外，新能源汽车的销量将逐步攀升。国务院办公厅 2020 年 11 月 2 日印发的 《新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年）》中提到了对新能源汽车发展的愿景：到 2025 年，我国新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的 20%左右。据此计 算，我国新能源汽车年度销量有望在 2025 年达 500 万辆左右的数量级，在 2019 年 120 万辆的销量基础上有望保持 27%的复合增速。
功率器件在工业领域的应用涵盖发电、输变电、工业用电的各个环节。在发电 端，功率器件将受益新能源发电市场的快速发展。高压功率器件用于将光伏、风力 等产生的电能转换为市电频率的交流电。据 IHS Markit 预测，2020 年，全球新增太 阳能光伏装机将达到 142GW，同比增长 14％，未来十年全球太阳能安装量将继续保 持两位数的增长率。据全球风能理事会(GWEC)预测， 2020-2024 年随着全球越来越 多的国家开拓风电事业以及风电成本持续下滑，全球风能产业将保持快速发展态势， 预计到 2024 年全球风电装机容量将同比 2019 年增长 54%，利好功率器件，尤其是 高压 IGBT 市场发展。
工业用电端，功率器件广泛应用于各类电机控制，终端包括过程自动化、电动 工具、泵及风扇、机器人等，将长期受益工业自动化的发展。
1.1.3、 半导体自主可控和供给保障重要性凸显，国产化需求刚性
1.1.4、 功率半导体与国外差距相对较小，国产替代势在必行
1.2、 多因素叠加行业景气高涨，Q2 以来板块业绩表现亮眼
1.2.1、 需求多点开花，行业盈利能力拐点向上
2020Q2 以来功率半导体行业景气度不断上升，营收和净利润同比快速增长。在 经历 2017-2018 年的高速增长后，2019 年行业受到中美贸易摩擦等因素影响，行业 盈利能力下滑。2020Q1，行业净利润出现拐点。在当季营收同比增长 11.82%的情况 下，净利润同比增速高达 59.16%，环比增速更是达到 692.56%，显示出行业利润率 的显著改善。2020Q2，行业需求全面改善，叠加国内疫情快速得到控制，供给得以 恢复，单季度营收环比增长 29.84%，同比增长 20.75%。2020Q3，行业营收及净利润 环比保持增长，同比增速保持高位，行业高景气确认。
下游终端市场全面回暖，需求多点开花驱动行业景气快速回升。功率半导体行 业下游较为分散，MOSFET 行业下游主要为汽车电子、工业、消费电子、通信等中 低压应用，IGBT 行业下游主要为工控、轨交、新能源汽车等中高压应用。
2020 年 Q2 以来新能源汽车、工控、家电、消费电子等多个市场需求表现出明 显的增长态势，一齐拉动对功率半导体的需求：工控方面，代表企业汇川技术在 Q2/Q3 实现营收和净利润同比高速增长，显示强劲的行业需求；新能源汽车方面，我 国新能源汽车销量在 2020 年 7 月同比实现增长，并在 8-10 月维持高同比增速；家 电方面，2020Q3 以来主要空调、洗衣机、冰箱等主要白家电销量实现同比正向增长， 并且变频家电的不断渗透提升对功率器件的需求；消费电子方面，疫情带来的“宅经 济”显著促进了笔记本电脑、平板电脑等产品的销售，全球笔记本及平板电脑出货量 在 Q2-Q3 均实现了高同比增速，5G 手机及快充插头渗透亦提振对功率器件的需求。
1.2.2、 8 寸线晶圆产能吃紧，功率器件将迎量价齐升
8 英寸为国内 MOSFET 产能主要贡献者。在摩尔定律驱动下，硅片尺寸沿 6 英 寸、8 英寸、12 英寸的路径变化，集成度提高的同时成本降低，但材料技术和生产 技术要求更高。8 英寸晶圆已形成较为成熟的特种晶圆工艺，且固定成本较低，兼具 成本和性能优势，目前国内 MOSFET 产品主要基于 8 英寸的半导体功率器件工艺 平台进行研发设计。12 英寸晶圆采用更低线宽的工艺制程，设备折旧成本高，多用 于毛利率更高的逻辑运算等领域。
需求全面回暖，8 英寸晶圆产能紧张，行业有望迎来量价齐升。近年来，指纹识 别、双摄带动了指纹识别芯片以及 CMOS 图像传感器芯片的需求，MCU、电源管 理 IC、传感器及射频芯片等也占用 8 英寸晶圆生产，一定程度上挤压了 MOSFET 等 功率器件芯片代工的产能。在行业需求迅速回暖之时，功率器件代工资源更显紧张。根据电子发烧友网报道，2020 年 9 月国内已有两家厂商发布涨价通知，预计 MOS 管 涨幅在 10%-30%不等。在 5G 通信、新能源汽车以及新能源发电行业等下游行业持 续发展背景下，我们预计行业需求将保持高景气，晶圆产能紧张短时难以缓解，功率 器件全面涨价可能性较高，行业有望迎来量价齐升。
中长期来看，8 英寸晶圆产能紧张将持续。根据 SEMI 的预测，全球 8 英寸（200mm Wafer）晶圆厂产能在 2019 年为 580 万片/月，按照全球各晶圆厂以及 IDM 厂 扩产计划，全球 8 英寸产能在 2022 年将达到 650 万片/月，复合年增长率为 2.89%，低于 Yole 预计的全球功率器件年化增速 4.3%，预期 8 英寸产能紧张情况仍 将持续。
1.3、 投资观点：行业高景气，关注 MOSFET/IGBT 领先布局企业
从需求端来说，功率半导体处于本轮景气上行周期之中，工控、新能源、家电、 消费电子、通信等多个下游景气叠加，带动行业盈利能力迅速回升。结合我们产业链 调研情况，预计行业景气至少有望维持至明年年中。长期来看，工业自动化发展、新 能源发电、新能源交通工具发展等主要下游行业均具备长期发展动力，带动功率半 导体产业天花板提升，行业处于上升发展阶段。
在各类功率器件中，MOSFET 和 IGBT 作为先进的功率器件，将具有最大的需 求弹性。这两类器件市场空间大，国产化程度低，国内部分企业积极布局，在技术实 力以及销售规模上已取得一定突破
从供给端来说，目前 8 英寸晶圆产能紧张，在行业高景气持续情形下，国内功 率器件厂商有望通过产品涨价向下游传导晶圆代工涨价压力，并借机提升毛利率。长期来看，全球主要晶圆代工厂商在 8 英寸产线上的投入远不及 12 英寸先进产线， 供给长期增速低于需求增速。在目前晶圆产能供给紧张的情况下，自供晶圆并扩张 产能的 IDM 企业、拥有稳定优质代工资源的 Fabless 企业将率先受益。
2、 射频芯片市场广阔，模组化为未来趋势
2.1、 射频前端市场持续增长，5G 打开行业天花板
2.2、 射频前端规模增长迅速，市场集中度较高
整体市场来看：
全球射频前端市场规模快速增长，预计未来射频市场规模仍将保持高速增长。用户对于网络视频通信、微博社交、新闻资讯、生活服务等需求上升，带动移动智能 终端需求上升，从而带动对射频前端芯片的需求。据 QYR Electronic Research Center 的统计，从 2011 年至 2018 年全球射频前端市场规模 CAGR 为 13.1%，2019 年达 170 亿美元。受到 5G 网络商业化建设的影响，自 2020 年起，全球射频前端市场将迎来 快速增长，预计 2019 年至 2023 年全球射频前端市场规模 CAGR 为 17%，2023 年达 313 亿美元。
由于射频电路难度较高，全球射频前端芯片市场目前仍主要被美日厂商垄断。 射频前端领域设计及制造工艺复杂、门槛极高，主要由欧、美、日等传统大厂垄断， 2018 年 CR5 达 81%，而我国射频芯片厂商依然在起步阶段，市场话语权有限，各家 企业在某些产品或有亮点，但是整体与国际巨头相差甚大，但是也反映出国产射频 芯片有巨大成长空间，在中美贸易摩擦的背景下，芯片国产化程度需急剧提升，射频 芯片领域的国产替代前景广阔。
按产品分，根据 QYR Electronic Research Center 数据，在射频前端芯片中，射 频滤波器、射频功率放大器、射频开关、射频低噪声放大器等 2019 年的全球市场 额分别为 59.01%、18.68%、11.23%和 8.78%。
按是否单部件分，分立器件与射频模组共享整个射频前端市场。根据 Yole Development 的统计与预测，2018 年全球射频模组市场规模达到 105 亿美元，约占 射频前端市场总容量的 70%，到 2025 年将达到 177 亿美元，2018-2025 年 CAGR 为 8%；2018 年分立器件市场规模达到 45 亿美元，约占射频前端市场总容量的 30%，到 2025 年将达到 81 亿美元，2018-2025 年 CAGR 为 9%。
从分立器件来看：
射频开关的作用是将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连通，以实 现不同信号路径的切换，包括接收与发射的切换、不同频段间的切换等，以达到共用 天线、节省终端产品成本的目的。射频开关主要产品种类有：移动通信传导开关、 WiFi 开关、天线调谐开关等，广泛应用于智能手机等移动智能终端。
射频开关的工作原理是当射频开关的控制端口加上不同电压时，射频开关各端 口将呈现不同的连通性。以单刀双掷射频开关为例，当控制端口加上正电压时，连接 端口 1 与端口 3 的电路导通，同时连接端口 2 与端口 3 的电路断开；当控制端口加 上零电压时，连接端口 1 与端口 3 的电路断开，同时连接端口 2 与端口 3 的电路导 通。
全球射频开关市场预计持续高速增长，日美巨头垄断。根据 QYR Electronic Research Center 的统计，2011 年以来全球射频开关市场经历了持续的快速增长，2018 年全球市场规模达到 16.54 亿美元，2020 年将达到 22.90 亿美元，并随着 5G 的商业 化建设迎来增速的高峰，此后增长速度将逐渐放缓，2018 年至 2023 年 CAGR 预计 将到 16.55%。射频开关市场集中度较高，其中 Skyworks、Qorvo 分别占比 33%、20%， 国内龙头卓胜微占比约 5%。
射频低噪声放大器(LNA)的功能：随着移动通讯技术的变革，移动智能终端对信 号接收质量提出更高要求，需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。一般的放 大器在放大信号的同时会引入噪声，而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声， 因此得到广泛的应用。
射频低噪声放大器的工作原理：输入的射频信号被输入匹配网络转化为电压， 经过放大器对电压进行放大，同时在放大过程中最大程度降低自身噪声的引入，最 后经过输出匹配网络转化为放大后功率信号输出。
LNA 市场规模预计稳定增长，国外公司占据市场主要份额。随着 4G 逐渐普及， 智能手机中天线和射频通路的数量增多，对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加， 2018 年全球射频低噪声放大器收入为 14.21 亿美元，而 5G 的商业化建设将推动全球 射频低噪声放大器市场在 2020 年迎来增速的高峰，预计到 2023 年市场规模达 17.94 亿美元，2018-2023 年 CAGR 为 4.8%。
从模组来看：
射频前端模组是将射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等 两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组，从而提高集成度与性能并使体积小型化。根据集成方式的不同可分为不同类型不同功能的射频前端模组，如 DiFEM(集 成射频开关和滤波器)、LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)、FEMiD(集成 射频开关、滤波器和双工器)、PAMiD(集成多模式多频带 PA 和 FEMiD)等模组组合)。
自 2020 年起，因 5G 技术变革影响，全球射频模组市场规模预计持续稳定增长。 根据 Yole Development 的统计与预测，2018 年功率放大器模组/接收模组/WiFi 连接 模组市场规模分别为 60/25/20 亿美元，2025 年预计达 104/29/31 亿美元，2018-2025 年 CAGR 分别达 8%/2%/6%。天线模组市场规模将从 2018 年开始以高达 68%的 CAGR 增长至 2025 年的 13 亿美元。
2.3、 5G 打开行业天花板，射频模组化是趋势
随着移动智能终端功能更加丰富与便携，消费者对移动智能终端需求大幅上升， 同时移动数据的数据传输量和速度大幅提升，提升对于射频前端的要求。根据 Yole Development 数据，2016 年全球每月流量为 960 亿 GB，其中智能手机流量占比为 13%，预计到 2021 年，全球每月流量将达到 2780 亿 GB，其中智能手机流量占比亦 大幅提高到 33%。从 2G 到 4G，移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于 移动通讯技术的变革，及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高，对手机通信制 式兼容的能力要求越来越高。为了提高智能手机对不同通信制式的兼容，4G 方案的 射频前端芯片数量相比 2G 方案和 3G 方案有了明显的增长，单个智能手机中射频前 端芯片的整体价值也不断提高。
5G 打开行业天花板，手机单机射频价值量进一步大幅提高，射频前端芯片的应 用市场也在不断扩大。从手机终端单机价值量来看，2G 时代射频前端价值量约 3 美 元，4G 时代约 18 美金，到 5G 时代将增长至 25 美金，增幅近 40%。5G 打开行业天 花板，手机单机射频价值量进一步大幅提高，射频前端芯片的应用市场也在不断扩 大。从手机终端单机价值量来看，2G 时代射频前端价值量约 3 美元，4G 时代约 18 美金，到 5G 时代将增长至 25 美金，增幅近 40%。
5G 推动天线调谐开关(Tuner)要求提升及需求扩大。Tuner 主要给天线做配套， 全面屏的普及，紧凑的机身设计，智能手机留给天线的空间尺寸不断受到限制，这导 致天线系统的整体效率降低，需要 Tuner 提高天线对不同频段信号的接收能力，相较 普通开关，Tuner 有着极高的耐压要求，同时导通电阻和关断电容对性能影响极大， 由此对产品提出了极高的设计和工艺要求。4G 手机一般需要 4~6 个天线，而 5G 手 机至少需要 6~10 个天线，对应的天线 Tuner 需求适配性增长。据 Yole Development 预测，天线调谐开关的市场规模将从 2018 年的 5 亿美元增长至 2025 年的 12 亿美 元，CAGR 达 13%。
射频芯片的未来趋势是模组化。5G 对射频器件提出更高要求，第一是因为手机 逐渐向轻薄化发展，所以留给射频前端的空间越来越小，而 5G 支持更多的频段，意 味着必须要引入更多的前端器件，这提高了芯片设计和构建射频模组的难度，因此 未来需通过模组化来解决。
我们认为 2020 年是 5G 元年，5G 手机开始放量，而 2021 年 5G 手机将进一步 提升渗透率，同时更加全面的覆盖高中低端手机，对于射频芯片的需求提升将更加 明显，同时，射频模组化的趋势也会随之在 2021 年更加明显，出货量进一步提升。
……
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