功率半導體為半導體重要組成，是進行電能（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(zhuǎn)換等。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2019年全球功率半導體市場規(guī)模為381億美元，預(yù)計到2022年達到426億美元，復(fù)合增長率為5.43%，市場空間穩(wěn)健增長。

功率器件是功率半導體的一個重要分支，應(yīng)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、工業(yè)和消費電子是功率半導體的前三大終端市場。

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

根據(jù)Yole數(shù)據(jù)預(yù)測，IGBT和MOSFET在新能源車和工業(yè)控制領(lǐng)域增速最快，預(yù)計2023年新能源車領(lǐng)域市場空間達37億美元，工業(yè)領(lǐng)域達25億美元。

功率器件傳統(tǒng)應(yīng)用需求穩(wěn)定，新興應(yīng)用領(lǐng)域是功率器件行業(yè)的增長點，未來看點主要在于新能源汽車/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(yīng)用領(lǐng)域所帶來的巨量需求缺口。

傳統(tǒng)汽車中，功率半導體主要應(yīng)用于啟動、發(fā)電和安全領(lǐng)域，新能源汽車普遍采用高壓電路，當電池輸出高壓時，需要頻繁進行電壓變化，對電壓轉(zhuǎn)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。

功率半導體為電動汽車成本最主要組成部分，成本占比過半。電動汽車將新增大量與電池能源轉(zhuǎn)換相關(guān)的功率半導體器件，功率半導體應(yīng)用大幅上升。根據(jù)麥肯錫統(tǒng)計數(shù)據(jù)，純電動汽車的半導體成本為704美元，比傳統(tǒng)汽車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%。

風力發(fā)電機是將風能轉(zhuǎn)換為電能的過程，由于風能的不穩(wěn)定產(chǎn)生非固定頻率的交流電，需要通過變頻器系統(tǒng)調(diào)節(jié)成可入網(wǎng)電流。一個完整的變頻器系統(tǒng)分兩部分，主電路和控制電路，主電路部分會用到大量的功率半導體元件，如IGBT、MOSFET、GTO等。

風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)電是將太陽能轉(zhuǎn)化成電能并導入電網(wǎng)的過程，需要配置光伏逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電，IGBT是逆變器系統(tǒng)中的核心器件。

硅基半導體材料性能開發(fā)已接近極限，為滿足更多需求，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入產(chǎn)業(yè)化。而新能源和5G通信兩大新興市場需求是推動寬禁帶材料快速發(fā)展的核心驅(qū)動力。

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?shù)貜S商先發(fā)優(yōu)勢明顯，是IGBT和中高壓MOSFET的主要制造商，占據(jù)全球功率半導體70%的市場份額。

其次是中國臺灣，中國臺灣的廠商從代工向設(shè)計的方向發(fā)展，與歐美日仍然有差距，目前占據(jù)全球10%的市場份額。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(jù)Omdia數(shù)據(jù)，在2019年全球功率器件及模組市場中，全球前10大廠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商2019年營收合計109.81億元，占全球功率器件和模塊市場的7.25%，占國內(nèi)市場18.13%，國內(nèi)功率器件體量整體偏小，仍有較大成長空間。

第三代半導體材料主要應(yīng)用于光電子、電力電子和微波射頻三個領(lǐng)域，碳化硅（SiC）主要對應(yīng)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?qū)嵙︻I(lǐng)先，但是我國具備全產(chǎn)業(yè)鏈布局，是國際上為數(shù)不多可在各環(huán)節(jié)均緊隨國際先進水平的國家，具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。

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

國內(nèi)SiC晶片供應(yīng)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(nèi)企業(yè)在襯底外延和設(shè)計制造領(lǐng)域都逐漸開始涉足，如GaN襯底制造廠蘇州納維、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(tǒng)IC產(chǎn)品典型寡頭壟斷格局，功率器件對于國內(nèi)廠商的壁壘相對不高，國內(nèi)廠商在二極管上已經(jīng)頗具競爭力，在MOSFET/IGBT等中高端產(chǎn)品也初具實力，功率器件國產(chǎn)替代機遇明確。

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

隨著PowerMOSFET等技術(shù)變化放緩，中國部分實力強勁的IDM廠商，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現(xiàn)國產(chǎn)替代。

隨著新基建與新能源發(fā)電等進一步提升中國功率市場需求，兩大邊際改善影響下，功率半導體國產(chǎn)化進程將進一步提速。

在市場需求、政策、人才、資金和技術(shù)多因素催化下，國內(nèi)功率半導體行業(yè)未來3-5年有望進入黃金發(fā)展期。隨著新基建與新能源發(fā)電等進一步提升中國功率市場需求，兩大邊際改善影響下，功率半導體國產(chǎn)化進程將進一步提速。