功率半導體為半導體重要組成，是進(jìn)行電能（功率）處理的核心器件，用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等。根據Yole數據，2019年全球功率半導體市場(chǎng)規模為381億美元，預計到2022年達到426億美元，復合增長(cháng)率為5.43%，市場(chǎng)空間穩健增長(cháng)。

功率器件是功率半導體的一個(gè)重要分支，應用領(lǐng)域極其廣泛，幾乎用于所有電力電子制造業(yè)，其中，汽車(chē)、工業(yè)和消費電子是功率半導體的前三大終端市場(chǎng)。

功率器件細分領(lǐng)域中，早期二極管、三極管主要應用于工業(yè)和電力系統；晶閘管實(shí)現可控性改良；功率MOSFET和IGBT等器件實(shí)現高頻率、低損耗性能大幅提升；超結MOSFET打破傳統“硅限”以滿(mǎn)足大功率和高頻化的應用需求；在硅基器件逐漸開(kāi)發(fā)到極限，開(kāi)始使用第三代半導體材料SiC、GaN替代硅材。

根據Yole數據預測，IGBT和MOSFET在新能源車(chē)和工業(yè)控制領(lǐng)域增速最快，預計2023年新能源車(chē)領(lǐng)域市場(chǎng)空間達37億美元，工業(yè)領(lǐng)域達25億美元。

功率器件傳統應用需求穩定，新興應用領(lǐng)域是功率器件行業(yè)的增長(cháng)點(diǎn)，未來(lái)看點(diǎn)主要在于新能源汽車(chē)/充電樁、智能裝備制造、物聯(lián)網(wǎng)、可再生能源發(fā)電等新興應用領(lǐng)域所帶來(lái)的巨量需求缺口。

傳統汽車(chē)中，功率半導體主要應用于啟動(dòng)、發(fā)電和安全領(lǐng)域，新能源汽車(chē)普遍采用高壓電路，當電池輸出高壓時(shí)，需要頻繁進(jìn)行電壓變化，對電壓轉換電路需求提升，此外還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對IGBT、MOSFET、二極管等半導體器件的需求量很大。

功率半導體為電動(dòng)汽車(chē)成本最主要組成部分，成本占比過(guò)半。電動(dòng)汽車(chē)將新增大量與電池能源轉換相關(guān)的功率半導體器件，功率半導體應用大幅上升。根據麥肯錫統計數據，純電動(dòng)汽車(chē)的半導體成本為704美元，比傳統汽車(chē)350美元高出近1倍，其中功率半導體的成本為387美元，占總成本的55%。

風(fēng)力發(fā)電機是將風(fēng)能轉換為電能的過(guò)程，由于風(fēng)能的不穩定產(chǎn)生非固定頻率的交流電，需要通過(guò)變頻器系統調節成可入網(wǎng)電流。一個(gè)完整的變頻器系統分兩部分，主電路和控制電路，主電路部分會(huì )用到大量的功率半導體元件，如IGBT、MOSFET、GTO等。

風(fēng)電變流器主要原材料包括功率元器件、控制器件、通用元器件、功率電氣件、金屬材料以及電線(xiàn)等，各種電力電子器件占其成本50-55%左右，IGBT占比約為10%。

光伏發(fā)電是將太陽(yáng)能轉化成電能并導入電網(wǎng)的過(guò)程，需要配置光伏逆變器將直流電轉換成符合電網(wǎng)要求的交流電，IGBT是逆變器系統中的核心器件。

硅基半導體材料性能開(kāi)發(fā)已接近極限，為滿(mǎn)足更多需求，以碳化硅（SiC）和氮化鎵(GaN)為代表的第三代寬禁帶半導體材料正在快速進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。而新能源和5G通信兩大新興市場(chǎng)需求是推動(dòng)寬禁帶材料快速發(fā)展的核心驅動(dòng)力。

功率器件競爭格局

全球功率半導體的主要產(chǎn)地集中在歐美日，當地廠(chǎng)商先發(fā)優(yōu)勢明顯，是IGBT和中高壓MOSFET的主要制造商，占據全球功率半導體70%的市場(chǎng)份額。

其次是中國臺灣，中國臺灣的廠(chǎng)商從代工向設計的方向發(fā)展，與歐美日仍然有差距，目前占據全球10%的市場(chǎng)份額。中國大陸以二極管、低壓MOSFET、晶閘管等低端功率半導體為主。

根據Omdia數據，在2019年全球功率器件及模組市場(chǎng)中，全球前10大廠(chǎng)商清一色為歐美日企業(yè)。英飛凌、安森美、意法半導體、三菱電機、東芝半導體分別以19.0%、8.4%、5.8%、5.5%、4.5%的市占率位居前五位。

中國目前是全球最大的功率半導體消費國。捷捷微電、斯達半導、新潔能、華微電子、揚杰科技、士蘭微、蘇州固锝等主流大陸功率器件廠(chǎng)商2019年營(yíng)收合計109.81億元，占全球功率器件和模塊市場(chǎng)的7.25%，占國內市場(chǎng)18.13%，國內功率器件體量整體偏小，仍有較大成長(cháng)空間。

第三代半導體材料主要應用于光電子、電力電子和微波射頻三個(gè)領(lǐng)域，碳化硅（SiC）主要對應的是中、高功率電力電子器件，氮化鎵(GaN)則是光電子、中低功率電力電子和射頻器件。

海外公司在SiC材料領(lǐng)域實(shí)力領(lǐng)先，但是我國具備全產(chǎn)業(yè)鏈布局，是國際上為數不多可在各環(huán)節均緊隨國際先進(jìn)水平的國家，具備產(chǎn)業(yè)化基礎。

Cree、英飛凌和Rohm三家公司占據了近全球碳化硅市場(chǎng)約70%的份額，而全球碳化硅晶圓市場(chǎng)幾乎由Cree一家主導。

國內SiC晶片供應商有天科合達、山東天岳，器件企業(yè)有士蘭微、三安集成等。

氮化鎵(GaN)方面目前也是以海外企業(yè)為主，國內企業(yè)在襯底外延和設計制造領(lǐng)域都逐漸開(kāi)始涉足，如GaN襯底制造廠(chǎng)蘇州納維、東莞中鎵；GaN外延制備商蘇州晶湛；GaN-on-Si制造企業(yè)英諾賽科、耐威科技；GaN晶圓代工企業(yè)海特高新；IDM企業(yè)三安集成、安世半導體等。

雖然功率半導體行業(yè)集中度較高，但尚未形成完全壟斷競爭格局，CR5份額為50.46%，除了英飛凌與安森美外，其余廠(chǎng)商份額差距不大，競爭格局相對分散。

對比CPU/GPU/存儲器等傳統IC產(chǎn)品典型寡頭壟斷格局，功率器件對于國內廠(chǎng)商的壁壘相對不高，國內廠(chǎng)商在二極管上已經(jīng)頗具競爭力，在MOSFET/IGBT等中高端產(chǎn)品也初具實(shí)力，功率器件國產(chǎn)替代機遇明確。

國內企業(yè)由于起步晚，受到技術(shù)水平較低、產(chǎn)品線(xiàn)不齊全、企業(yè)規模小等因素制約，目前還處于追趕階段。

隨著(zhù)PowerMOSFET等技術(shù)變化放緩，中國部分實(shí)力強勁的IDM廠(chǎng)商，依托自主研發(fā)和創(chuàng )新能力，在功率器件相關(guān)的技術(shù)與產(chǎn)能上目前已經(jīng)初具競爭力，有望逐步追趕海外，在中低壓功率器件率先實(shí)現國產(chǎn)替代。

隨著(zhù)新基建與新能源發(fā)電等進(jìn)一步提升中國功率市場(chǎng)需求，兩大邊際改善影響下，功率半導體國產(chǎn)化進(jìn)程將進(jìn)一步提速。

在市場(chǎng)需求、政策、人才、資金和技術(shù)多因素催化下，國內功率半導體行業(yè)未來(lái)3-5年有望進(jìn)入黃金發(fā)展期。隨著(zhù)新基建與新能源發(fā)電等進(jìn)一步提升中國功率市場(chǎng)需求，兩大邊際改善影響下，功率半導體國產(chǎn)化進(jìn)程將進(jìn)一步提速。