功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，在電路中主要起著功率轉換、功率放大、 功率開關、線路保護、逆變（直流轉交流）和整流（交流轉直流）等作用。隨著國家對電能替代和節能改造的推進，迫切需要高質量、高效率的電能，目前世界上大多數電能是經過功率半導體 處理后才能使用，這一比例還將進一步擴大。
隨著MOSFET技術和工藝不斷成熟，成本將不斷下調。中高端產品也將逐漸向中低端產品下沉。比如 Trench MOSFET將從中端下沉至中低端，替代部分平面MOSFET的低端市場。SGT MOSFET將部分替代 Trench MOSFET的低壓應用市場，從中高端下沉至中端。
SGT MOSFET、SJ MOSFET和碳化硅MOSFET或是 MOSFET未來三大主力產品。自上世紀70年代MOSFET 誕生以來，從平面MOSFET發展到Trench MOSFET，再到SGT MOSFET和SJ MOSFET，再到當下火熱的第三代寬禁帶MOSFET（碳化硅、氮化鎵），功率 MOSFET的技術迭代方向主要圍繞制程、數據來源：英飛凌，公開信息整理，華福證券研究所設計（結構上變化）、工藝優化以及材料變更，以實現器件的高性能——高頻率、高功率和低損耗等。
根據WSTS統計數據，2023年全球MOSFET市場規模為143億美元，預計2026年將增長至160億美元；2023年中國MOSFET市場規模約為51億美元，占全球市場的36%。預計2026年中國MOSFET市場規模將增長至57.6億美元，增速高于全球市場增速。高壓MOSFET產品占比由2020年的29%增長至36%，出貨量復合增速達8.1%。
IGBT
IGBT是能源變換與傳輸的核心器件，可在更高電壓下持續工作，具有高輸入阻抗、低導通壓降、驅動功率小而飽和壓降低的特點，功率增益更大，廣泛應用于直流電壓為600V及以上的變流系統。
功率半導體自誕生以來經過七十多年的研究應用，從基材的迭代、結構設計的優化、先進封裝形式、大尺寸晶圓的應用等多個方面進行技術創新，演進的主要方向為更高的功率密度、更小的體積、更低的功耗及損耗，其結構設計朝著理想目標不斷改進，以適應更多應用場景的需要。據Yole數據，功率半導體器件每隔二十年將進行一次產品迭代，相比其他半導體，迭代周期相對較慢，每一代芯片都擁有較長的生命周期。
發展至今，功率半導體已擁有較好的國內產業鏈基礎和相對成熟的技術，中低端國產功率半導體產品已形成規?；a化，從依賴進口轉變為國內自給自足。在中高端領域，如SGT MOSFET、SJ MOSFET、IGBT、化合物半導體等，由于起步晚、設計門檻高、工藝相對復雜以及缺乏驗證機會等原因，國內廠家依然在追隨海外廠家技術發展路線。
一、市場規模分析
功率半導體的市場規模在全球半導體行業的占比在8%—10%之間，結構占比保持穩定。由于半導體功率器件幾乎用于所有的電子制造業，包括計算機、網絡通信、消費電子、汽車電子、工業電子等電子產業，新興應用領域如新能源汽車/充電樁、數據中心、風光發電、儲能、智能裝備制造、機器人、5G通訊的快速發展也拉動了功率器件市場的增長，因此行業周期性波動較弱，全球功率半導體市場規模穩步增長。
根據Omida的數據及預測，2023年全球功率半導體市場規模達到503億美元，預計2024年全球功率半導體市場規模將增長至522億美元，2027年市場規模將達到596億美元，其中功率IC市場占54.8%，功率分立器件占30.1%，功率模塊占15.1%。
我國作為全球最大的功率半導體消費國，約占全球市場的 1/3，預計2024年將達到206億美元，占全球市場約為39%，未來市場發展前景良好。
二、從產品品類角度分析
功率半導體可分為功率分立器件、功率IC（Integrated Circuit）和功率模組等。功率分立器件是進行電能（功率）處理的核心器件，是弱電控制與強電運行間的橋梁，主要由二極管、 晶閘管、晶體管等構成；功率IC是電力電子器件技術與微電子技術相結合的產物，將功率器件及其驅動電路、保護電路、接口電路等外圍電路集成在一個或幾個芯片上，包括AC-AC變壓器、AC-DC整流器、DC-AC逆變器、DC-DC穩壓器等；功率模組是功率器件按一定的功能組合封裝而成的模塊。
功率半導體分立器件中，以MOSFET、IGBT、SiC MOSFET為代表的功率器件需求旺盛，市場規模如下：
MOSFET
MOSFET具有開關速度快、輸入阻抗高、導通內阻小、易于驅動、熱穩定性好等優點，既可在低電流和低電壓條件下工作，也可用于大電流開關電路和高頻高速電路，應用場景廣泛。
數據來源：Yole，公開信息整理，華福證券研究所
隨著MOSFET技術和工藝不斷成熟，成本將不斷下調。中高端產品也將逐漸向中低端產品下沉。比如 Trench MOSFET將從中端下沉至中低端，替代部分平面MOSFET的低端市場。SGT MOSFET將部分替代 Trench MOSFET的低壓應用市場，從中高端下沉至中端。
SGT MOSFET、SJ MOSFET和碳化硅MOSFET或是 MOSFET未來三大主力產品。自上世紀70年代MOSFET 誕生以來，從平面MOSFET發展到Trench MOSFET，再到SGT MOSFET和SJ MOSFET，再到當下火熱的第三代寬禁帶MOSFET（碳化硅、氮化鎵），功率 MOSFET的技術迭代方向主要圍繞制程、設計（結構上變化）、工藝優化以及材料變更，以實現器件的高性能——高頻率、高功率和低損耗等。
根據WSTS統計數據，2023年全球MOSFET市場規模為143億美元，預計2026年將增長至160億美元；2023年中國MOSFET市場規模約為51億美元，占全球市場的36%。預計2026年中國MOSFET市場規模將增長至57.6億美元，增速高于全球市場增速。高壓MOSFET產品占比由2020年的29%增長至36%，出貨量復合增速達8.1%。
IGBT
IGBT是能源變換與傳輸的核心器件，可在更高電壓下持續工作，具有高輸入阻抗、低導通壓降、驅動功率小而飽和壓降低的特點，功率增益更大，廣泛應用于直流電壓為600V及以上的變流系統。
數據來源：英飛凌，公開信息整理，華福證券研究所
WSTS數據顯示，2023年全球IGBT市場規模達到90億美元，預計2026年將達到121億美元；中國是全球IGBT最大的消費市場，2023年中國IGBT市場規模達32億美元，預計到2026年中國IGBT市場規模將達到42億美元。
第三代半導體
碳化硅（SiC）器件具有耐高壓、大電流、耐高溫、高頻、高功率和低損耗等優點。氮化鎵（GaN）器件具有高電子遷移率、寬頻帶、高擊穿場強、耐高溫等特點。
由于 SiC 在高功率、高溫應用應用上比 GaN 更有優勢，目前 SiC 功率器件在新能源汽車行業迅速發展，市場規模增長快速。根據 Yolo 數 據，在汽車應用的強勁助推下，尤其是純電動汽車 EV 主逆變器日益增長的需求（占據70%以上的市場份額），整個 SiC 市場呈現出高速增長，同時工業控制和新能源領域 SiC 應用也高于市場預期的增長，2023年SiC器件全球市場規模約 27 億美元，預計2029年將超過100億美元，2023-2029年復合年增長率為25%。
圖 2023年-2029年SiC功率器件市場預測 來源 Yole
根據Yole數據，氮化鎵功率半導體器件市場將從2021年的1.26億美元增至2027年的20億美元，年復合增長率為59%。
三、從應用領域角度分析
隨著新能源汽車和充電樁、光伏及儲能、AI服務器及數據中心、無人機、5G、物聯網、人工智能等新興市場為功率半導體行業帶來新的應用場景和需求，工業自動化、消費電子等支柱行業的穩步發展，作為終端產品核心元器件的高性能功率器件使用需求勢必不斷增加。
1）新能源汽車及充電樁
新能源汽車產業是我國國民經濟發展的重要支柱產業，加速新能源汽車創新和開發是汽車產業的重點發展方向。隨著新能源汽車購置稅減免政策的延續、用車環境優化、限牌限號地方政策等因素的催化，新能源車的優勢逐漸顯露；同時新四化（電動化、智能化、網聯化、共享化）趨勢下，汽車產業進入百年未有的大變革時代，新能源汽車迎來大發展，預計未來滲透率將不斷提高，汽車對芯片的需求量在不斷增加。從基本的電力系統控制到無人駕駛技術、高級駕駛輔助系統和汽車娛樂系統，都對電子芯片有著極大的依賴。
來源 方正微電子
功率半導體作為實現電能轉換的核心器件，新能源車功率器件單車用量約為傳統燃油車的2至3倍。中汽協數據顯示，傳統燃油車所需汽車芯片數量為600至700顆，而電動車所需芯片數量為800至1,000顆，功率半導體芯片為新能源車必不可少的器件。
新能源汽車電機驅動系統、電源管理系統、空調系統等部件廣泛使用功率半導體器件，其中MOSFET和IGBT占據主導地位。根據IHS數據，新能源汽車動力系統功率器件需求的全球市場規模將從2022年的20億美元增長到2026年的39億美元。中國功率器件單車價值由2021年的400美元/輛增長至2023年的460美元/輛。
充電樁領域，快速充電樁由于其較高的充電功率和充電效率，需要使用大功率器件。IHS數據顯示，2023年我國新增公共充電樁73.1萬臺，年增速為50.2%，累計公共充電樁達到203.3萬臺；截至2023年底，全國充電樁保有量累計達521.1萬臺，同比增速為99.3%，預計2025年充電樁保有量將達到1,200萬臺，充電樁功率半導體市場規模有望達到33億美元。
新能源汽車和充電樁行業正逐步成為功率半導體最大的應用市場之一，且仍將維持高速增長，為高性能、高效率功率半導體器件提供了龐大的增量需求，未來新能源汽車領域對IGBT、SiC的需求持續旺盛。
2）數據中心
數據中心作為現代信息社會的重要基礎設施，承載著信息存儲、計算和處理的重任。近年來，數據中心建設快速推進，并在5G、大數據、人工智能、物聯網等新興技術驅動下，數據流量急劇增加，對計算性能和能效提出了更高要求。高效、可靠的電源管理解決方案成為數據中心建設的關鍵要素。
圖源 英飛凌
在數據中心建設中，功率半導體扮演著重要角色，包括電源管理芯片、電源轉換器、逆變器等。隨著數據中心規模的不斷擴大和性能要求的提升，對功率半導體的需求量也在不斷增加。根據IDC數據，2023年全球數據中心市場規模達到2800億美元，預計2026年將達到3800億美元，年復合增長率為10.4%。
3）風-光-儲-氫等新能源發電產業
光伏發電作為清潔能源的重要組成部分，在全球能源轉型中扮演著重要角色。隨著光伏技術的不斷進步，光伏發電成本逐漸降低，光伏裝機容量迅速增長。儲能系統作為光伏發電的重要配套設施，在實現光伏電能高效利用方面發揮著關鍵作用。
圖源 英飛凌
光伏及氫能、儲能系統中，功率半導體器件廣泛應用于逆變器、變頻器、充放電控制器等設備中。逆變器作為光伏系統的核心設備，功率半導體器件的性能直接影響整個系統的效率和穩定性。根據IRENA數據，2023年全球光伏裝機容量達到1,000GW，預計2026年將達到1,500GW，年復合增長率為14.9%。
根據國家能源局的數據，2023 年中國光伏新增并網容量達到了 216.88GW，同比增長 148%，截至 2023 年底，中國累計并網容量達到了 6,089GW，預計 2024 年將繼續快速增長。
根據國家能源局在新聞發布會上公布的數據，2023 年中國新型儲能新增裝機規模約為 22.6GW，同比去年增加 261%；2023 年全國新增風電并網裝機 75.9GW，同比增長 102%。根據全球風能理事會（GWEC）發布的《2023 全球風能報告》，2023 年，全球風電新增裝機容量為 118 GW，同比增長 36%，同時指出，未來五年全球風電新增并網容量預計將達到 680 吉瓦（GW），預計未來五年平均每年風電新增裝機將達到 136GW，實現 15%的復合增長率。
四、IGBT和SiC的當前開發狀況
IGBT：絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）在電能轉換和傳輸中占據重要地位。近年來，IGBT在電動汽車、軌道交通、可再生能源等領域得到廣泛應用。中國在IGBT領域取得了顯著進展，國產IGBT器件的性能逐漸接近國際領先水平。同時，國內企業加大了對IGBT技術的研發投入，未來有望實現技術的進一步突破和產業化的全面發展。
SiC：碳化硅（SiC）作為第三代半導體材料，具有優異的高溫、高頻、高壓性能，廣泛應用于電動汽車、光伏發電、風力發電等領域。近年來，SiC器件市場需求快速增長，全球主要半導體企業加大了對SiC技術的研發投入。國內在SiC領域也取得了顯著進展，多家企業已經具備了SiC器件的生產能力，并在市場上逐漸占據一定份額。
功率半導體器件行業是我國重點鼓勵和支持的產業，為推動電力電子技術和產業的發展、建設資源節約型和環境友好型社會，國家制訂了一系列政策與法規引導、鼓勵、支持和促進國內功率半導體事業的發展，增強本土科技競爭力，功率半導體產業已上升至國家戰略高度。隨著“智能制造”和“新基建” 等國家政策的深入推進，以及“碳達峰、碳中和”雙碳策略的落實，以 IGBT 和 SiC 功率半導體作為我國實現電氣化系統自主可控以及節能環保的核心零部件，有望在政策的護航之下駛入快車道。
文章來源：艾邦半導體
