深度 | 功率半导体投资机会在哪？

功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，是电子产品的基础元器件之一，在产业电子化升级过程中，越来越得到重视与应用。本篇报告将详细介绍功率半导体的器件类型、应用市场、行业格局以及 SiC、GaN 的发展情况，挖掘功率半导体潜在的投资机会。 

（想了解更多半导体行业资讯→）

核心观点

1、常见的功率半导体类型及区别：功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于电压、频率、直流交流转换等功能。

2、功率半导体下游应用领域：汽车电动化是功率半导体发展新动能。光伏等新能源发电逆变器、变频家电等是 IGBT 等功率半导体的重用应用领域。5G 通讯技术也将带来功率半导体需求的提升。

3、SiC、GaN 的发展现状和前景：SiC 在大功率、高频、高温等应用方 面潜力较大，新能源汽车为碳化硅功率器件的重要市场。GaN因具有高输出功率、高能效特性在在消费电子快充 产品上得以应用。 

4、功率半导体的市场格局：高端 MOSFET、IGBT 等领域仍以英飞凌、安森 美、意法半导体、三菱电机、东芝等国际大厂占主导。

一、功率半导体类型及区别

功率半导体根据器件集成度不同，功率半导体可以分为功率 IC 和功率分立器件两大类。功率分立器件包括二极管、晶体管、晶闸管三大类别，其中晶体管是分立器件中市场份额最大的种类。

常用到的功率半导体器件有Power Diode（功率二极管）、SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（大功率电力晶体管）、BJT（双极晶体管）、MOSFET（电力场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）、SIT（静电感应晶体管）、BSIT（双极型静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGCT（集成门极换流晶闸管）、IEGT（电子注入增强栅晶体管）、IPEM（集成电力电子模块）、PEBB（电力电子积木）等。

功率 IC、IGBT、MOSFET、二极管是四种运用最为广泛的功率半导体产品。其中，MOSFET主要运用于不间断电源、开关电源，变频器音频设备等领域；功率二极管主要应用于电源、适配器、汽车、消费电子等领域。IGBT 适用于轨道交通、光伏发电、汽车电子等领域。

1、功率二极管 

功率二极管是一种不可控型的功率器件，因此功率二极管不可以作为开关器件使用，功率二极管电流容量大，阻断电压高，但是开关频率较低。功率二极管的单向导电性可用于电路的整流、箝位、 续流。外围电路中二极管主要起防反作用,防止电流反灌造成期间损坏。

功率二极管细分产品包括功率整流二极管、功率肖特基二极管、快速恢复二极管、超快速恢复二极管、小电流整流二极管、变容二极管等种类。 

普通整流功率二极管一般采用 p+pnn+的结构，反向恢复时间长一般在 25 微秒；电流定额范围较大， 可以实现 1 安培到数百安培的电流；电压范围宽，可以实现 5V-5000V 的整流；但是普通整流功率二极管高频特性一般，一般用于 1KHz 以下的整流电路中。 

2、MOSFET 

MOSFET简称金氧半场效晶体管，是一种可以广泛使 用在模拟电路和数字电路的场效应晶体管。MOSFET可以实现较大的导通电流，导通电流可以达到上千安培，并且可以在较高频率下运行可以达到 MHz 甚至几十 MHz，但是器件的耐压能力一般。因此MOSFET 可以广泛的运用于开关电源、镇流器、高频感应加热等领域。 

MOSFET在概念上属于“绝缘栅极场效晶体管”（Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET），而IGFET的栅极绝缘层有可能是其他物质而非MOSFET使用的氧化层。有些人在提到拥有多晶硅栅极的场效晶体管元件时比较喜欢用IGFET，但是这些IGFET多半指的是MOSFET。

MOSFET里的氧化层位于其通道上方，依照其操作电压的不同，这层氧化物的厚度仅有数十至数百埃不等，通常材料是二氧化硅，不过有些新的进阶制程已经可以使用如氮氧化硅做为氧化层之用。

今日半导体元件的材料通常以硅（silicon）为首选，但是也有些半导体公司发展出使用其他半导体材料的制程，当中最著名的例如IBM使用硅与锗的混合物所发展的硅锗制程。而可惜的是很多拥有良好电性的半导体材料，如砷化镓，因为无法在表面长出品质够好的氧化层，所以无法用来制造MOSFET元件。

当一个够大的电位差施于MOSFET的栅极与源极之间时，电场会在氧化层下方的半导体表面形成感应电荷，而这时所谓的“反型层”就会形成。通道的极性与其漏极与源极相同，假设漏极和源极是N型，那么通道也会是N型。通道形成后，MOSFET即可让电流通过，而依据施于栅极的电压值不同，可由MOSFET的通道流过的电流大小亦会受其控制而改变。

早期的功率型 MOSFET可以实现大电流传输，但器件的栅、源、漏都在表面，十分浪费芯片面积。并且由于 LDMOS 的栅、源、漏都在同一个表面，在多个 MOSFET 器件进行并联时需要额外的隔离层， 工艺步骤增加。

后来 VDMOS的出现，将原来 LDMOS 器件的漏极统一放到器件的另一侧，使得漏极和源极的漂移区长度可以通 过背面减薄来控制，而且该种结构可以实现更有利于晶体管并联。晶体管的并联可以增大 MOSFET 的功率。这种结构的的表面处理工艺和传统的 CMOS 工艺兼容。

为克服 planer MOSFET 中面积使用率较低的问题，Trench MOSFET被发明出来了，它将管子的沟道从原来的 planer 变成沿着槽壁的纵向。这样的结构虽然提升了硅片面积使用 效率，但工艺难度大，成本高，耐压性差。但它可以实现较多的晶体管并联，导通的大电流，因此被用于低电压和大电流的工作环境。

3、IGBT 

IGBT，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。

IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见。

IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

截至目前，IGBT已发展至七代。第一代 IGBT产品结构简单，不利于并联运行，并且电流只有 25A，因此并未被普遍使用。

第二代 IGBT 也称为改进型 PT-IGBT，该种产品在 600V 以上具备优势， 但是 1200V 以上成本较高，没有太大优势。 

第三代 IGBT 也称为 Trench-IGBT，该种结构的思路和 trench MOSFET 思路一样，将沟道转移到垂直面上。该种结构导通电阻小，栅极密度增加不受限制，有效特高耐压能。 

第四代为 NPT-IGBT，该种产品不再使用外延技术，而是使用离子注入技术生成 P+集电极，该种结构具备正温度系数，在稳态功耗和关断功耗取得较高的折中，该种产品结构被广泛的使用。 

第五代 FS-IGBT 结合了第四代 NPT-IGBT 部分技术。采用先进的薄片技术并在薄片上形成电场中止层，有效的减薄芯片的厚度，使得导通压降和动态功耗都有明显下 降。 

第六代 FS-trench 在第五代基础上改进沟槽结构，增加芯片电流导通能力，优化芯片内载流子浓度和 分布，减小芯片的综合损耗和提高 IGBT 耐压能力。

根据富士电机第七代 IGBT 产品数据，IGBT7 可以使逆变器的功率损耗降低 10%，最高操作结温度从 150℃提高到 175℃，这有助于减小设备尺寸。

4、化合物半导体 

从半导体产业发展至今，半导体产业主要经历了三代材料技术演变，第一代是以硅、锗元素为主；第二代半导体材 料以砷化镓为主；第三代半导体材料以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）为主。

第一代半导体材料，工艺成熟、成本较低，是目前半导体材料的主流。目前大部分功率半导体和集成电路都是基于硅基的第一代半导体材料。但是第一代半导体材料禁带宽度有限，击穿电压低、饱和电子漂移速度低导致硅基半导体材料在面对高电压、高频、高功率运用场景劣势明显。

第二代半导体是以砷化镓（GaAs）为主，目前主要用于手机功率放大器。砷化镓生产成本较高，物理性能低于第三代半导体材料， 因此在功率放大器中难以被使用。 

第三代半导体材料氮化镓、碳化硅等材料在物理上具有能级禁带宽的特点，因此第三代半导体材料也成为宽禁带半导体。同时，第三代半导体材料的导热性能、高压击穿、电子饱和漂移速度优势明显，因此第三代半导体被广泛应用于高温、高功率、高压、高频等等场景。

氮化镓在高频电路中优势凸显，是当前移动通讯中有力竞争者。但氮化镓在耐压性、电流容量都比碳化硅低，在高功率、 高电压运用场景性能低于碳化硅。因此当前氮化镓的主要应用于基站端功率放大器、 航空航天等军用领域。

碳化硅材料物理性能优于硅等材料，相比硅材料，碳化硅在高温、高压、高频、大功率电子器件具有不可替代的优势。目前碳化硅功率半导体已在特斯拉 model 3 等高端车市场成功运用，未来汽车领域将是碳化硅成长主要动力。目前英飞凌、意法半导体等国际主流厂商的 4 英寸碳化硅产品线居多，并向 6 英寸产品线过度，龙头厂商 CREE 已经开发出 8 英寸产品。

汽车半导体是未来碳化硅功率器件的主要推动力。碳化硅在高温、高压、大功率领域具有不可替代 的优势，在电力控制和转换、高压等领域有着广泛的运用。

一汽电驱动研究所所长赵慧超表示，碳化硅器件工作结温在 200°C 以上，工作频率可以达到 100kHz，耐压可达 20KV，碳化硅器件体积可 以减小到 IGBT 整机的 1/3~1/5，重量减小到原来的 40%~60%。

目前碳化硅功率半导体已经在汽车主逆 变器、车载充电器、DC/DC 转换器等核心部件上成功运用，未来汽车将是碳化硅成长的主要动力。特斯拉 Model3 中已使用碳化硅的 MOSFET，随着 Model 3 车型以及其他高端新能源车的量产，碳化硅 MOSFET 需求有望迎来快速增长。

根据 Yole 统计数据，预计到 2023 年全球碳化硅功率半导体生产规模达到 15 亿美元，复合增长率达 30.6%。当前，碳化硅 MOSFET主要大规模运用于新能源汽车。 

氧化镓或是未来高压、高功率运用功率半导体材料的挑战者。氧化镓的禁带宽度为 4.9eV，超过碳化 硅、氮化镓等材料，采用禁带更宽的材料可以制成系统更薄、更轻、功率更高的功率器件。

氧化镓将在扩展超宽禁带系统可用的功率和电压范围方面发挥作用，其主要应用场景将为电力调节和配电系统中的高压整流器。一旦氧化镓的散热问题被攻克，氧化镓将成为高功率、高压运用的功率半导体材料的有力竞争者。

立即加入“半导体信息服务VIP群”！

二、功率半导体的主要应用领域

功率半导体器件主要作用是变频、变压、变流、功率放大和功率管理，对设备正常运行起到关键作用。广泛被应用于工业控制、4C、新能源车、光伏等领域。

根据 IHS 预测数据，2021 年全球功率半导体市场规模有望达到 441 亿美元，复合增长率达到 4.1%；2021 年我国功率半导体市场规模预计将达到 159 亿美元，年复合增长率达到 4.83%，超过全球功率半导体增长速度。

1、汽车电动化

汽车电动化带动单车半导体价值量的提升。与传统燃油车相比，新能源车多了电池、电机、电机控 制器、DC/DC、空调驱动、充电器的装置。电动车的空调、充电系统、逆变器、DC/DC 等核心部件都 需要功率器件实现供电电压和直流交流的转换。

根据英飞凌预测，2019 年轻度混合动力汽车（MHEV） 单车半导体元器件价值量约为 531 美元，而插电混合动力汽车（PHEV）、纯电动汽车（BEV）半导体元器件价值量分别达到 785 美元、775 美元，较 MHEV 分别提升 47.83%、45.95%。

MOSFET、IGBT 等功率半导体器件是汽车电动化的受益核心。与传统动力汽车不同，新能源汽车需要 使用大量的电力设备，将实现能量的转换。新能源汽车中 AC/DC 充电机变换器、DC/DC 升压变换器、 DC/DC 降压变换器、双向 DC/AC 逆变器、充电桩等部件需要了大量的功率半导体实现能量的转换。 

根据 on semiconductor 数据，电动车的价值量电源解决方案的价格约为 400 美元，远高于传统动力汽 车的 40 美元。MOSFET 和 IGBT 是实现供电电压和直流交流转换的核心部件，因此汽车电动化带动单车功率半导体价值量。电机控制器是新能源车的核心部件之一，IGBT 是电机控制器的核心电力电子元器件。根据驱动视界统计数据，电机控制系统成本占据整车成本的 15%~20%，而 IGBT 模块占据电 机控制模块成本的 37%。1200V 以下 IGBT 和 MOSFET 是电动车电源解决方案核心部件。

高端车型提升单车功率半导体的价值量。如大众、福特、宝马等传统车企扩产新能源车，特斯拉、比亚迪等新兴电动车车企异军突起，汽车电动化趋势不可逆转，这也将提高功率半导体的需求。

汽车电动化除了带来车身功率半导体价值量的提升之外，新增的充电桩也将带来功率半导体增量。工信部、国家能源局联合发布《提升新能源汽车充电保障能力行动计划》提出利用三年时间优化充电基础设施发展环境，实现“一车一桩”接电需求。

MOSFET、IGBT 是充电桩实现电能转换的核心元器件。在充电桩中，同样需要 DC/DC 等功率器件实现 供电电压和频率的转换。根据 ON semiconductor 数据，充电站中的 MOSFET、IGBT、功率二极管等功率半导体价值量将达到 500 美元。

根据工信部发布《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020 年）》，到 2020 年将国内将新建 480 万个分布式充电桩。

2、新能源发电带动高压功率半导体需求 

IGBT 模块是光伏发电逆变器和风力发电逆变器的核心零部件，新能源发电助力功率半导体持续增长驱动力。

IGBT 是光伏逆变器和风电逆变器的核心零部件。光伏逆变器的功率组价主要是由 IGBT 和功率二极管 组成，风力发电逆变器中的功率组件和光伏逆变器的功率组件类似。光伏逆变器和风电逆变器中的 IGBT 主要是 1200V-1700V 的 IGBT。

国内光伏需求强劲，我国供电结构尚需改善，光伏发电、太阳能发电比例提升空间大。从我国电力供应结构上看，火力发电是我国供电的主力。根据国家统计局统计，2020 年 2 月火力发电占 比达到 76.04%，而太阳能发电和风力发电占比仅为 5.78%、1.75%。由于煤炭资源是不可再生，并且 火力发电会带来环境破坏等问题，因此我国能源结构改善空间较大，未来光伏发电和风力发电的渗 透率有望进一步提升。根据产业信息网数据，2020 年我国风电装机容量有望达到 270GW，2025 年我 国光伏累计装机容量有望达到 400GW。

3、家电变频需求 

功率半导体是实现变频技术的核心半导体器件。变频技术是使用 IGBT、MOSFET、晶闸管等功率半导 体元器件对电能实现变换和控制，从而实现电压频率的变化。变频技术的运用主要集中于家电、新能源车、轨道交通等领域，其中变频家电是最重要的运用领域。相比于传统的白色家电，变频白色 家电更加高效节能，能够实现精准控制，实现舒适静音，能够实现多样化功能。根据英飞凌数据， 变频技术能够使得家电节约 60%的能效。

变频技术在白色家电的渗透率快速提升。近年来，变频家电全面推广，尤其是变频空调的推广。变频空调因为低频启动、启动电流较小、能够快速制冷、节能等优点受到消费者青睐。

根据产业在线统计数据，变频家用空调出货量在家用空调中的占比从 2010 年的 17%提升到 2018 年上半年的 41%， 提升 24 个百分点；变频洗衣机的渗透率从 2011 年的 9%提升到 2018H1 的 39%，提升 30 个百分点；变 频冰箱的渗透率从 2011 年的 4%提升到 2017 年的 17%。

受益于变频白色家电的快速渗透，家电用功率半导体需求上升。家电的变频化、网络化发展带动 IGBT、 MOSFET、IPM 等功率器件的快速发展。根据 IHS 数据，2017 年家电用功率半导体市场规模为 14.47 亿 美元，2021 年有望增长至 26.68 亿美元，四年复合增长率达 16.5%。

4、5G 通讯拉动功率半导体需求 

5G massive MIMO 技术带动单站用功率半导体需求量。全球移动通信技术进入 5G 时代，相比 4G 通讯 技术，5G 使用毫米波、massive MIMO 等技术实现大带宽、低时延网络传输。2019 年 6 月，工信部向 三大运营商发放 5G 牌照，三大运营商获得频谱在 2GHz 以上，高于 4G 的频谱，未来 5G 频谱有望演进到毫米波。信号频率越高带来的衰减问题越严重，对基站端发射功率构成了巨大的挑战。

另一方 面，4G 使用 MIMO 技术一般不超过4T4R，但在未来 5G 种的 massive MIMO 有望达到 64T64R甚至更高阶数。Massive MIMO 的大规模使用提升基站对电源管理的需求，根据英飞凌数据，4G MIMO 射频板上 功率半导体的价值量约为 25 美元，但 5G massive 阶段的射频板功率半导体价值量将提升到 100 美元， 是 MIMO 射频板的 4 倍。

5G 基站建设规模高于 4G 基站数，功率半导体受益。在无线通信中，信号的频率越高，信号的强度衰减越快，覆盖的范围就会越小。由于 4G 通信的可用频段比 3G 频率高，为了保证良好的 4G 信号覆 盖， 4G 基站的数量保持上升的趋势。截至 2018 年，我国的 4G 基站 372 万站， 3G 基站的数量为 117 万站， 4G 的基站的数量 为 3G 基站的 3.2 倍。

5G 的频段在 2600MHz 以上 ，比 4G 的频率更高，为了保证良好的信号覆盖， 基站的需求量将会大幅度增加。获得根据 中国联通网络技术研究员预测 5G 宏基站的需求量约是 4G基站的 1.5 倍，2018年 4G基站的数量为 372万站，因此 5G宏基站至少需要 558 万站。为了实现 5G 在热点区域的良好信号覆盖，5G 需要在热点区域建设大量小基站。未来宏基站+ 小基站数量的增长将带来通讯用功率半导体的爆发。

此外，5G 带来数据爆发式增长，这将带来数据中心的建设和云服务规模的提升。数据中心的建设将 带动 AC/DC、DC/DC 等电源管理模块的需求 ，通讯用功率半导体市场规模进一步提升。 

5、工业互联网需求 

工业领域实功率半导体运用最大的领域，功率半导体在工业的运用范围较广，数控机床、鼓风机、 发电系统、轧钢机等工业设备均需要使用功率半导体器件。另一方面，由于我国人口红利逐渐消失， 提高社会生产效率成为必然选择，未来工业将朝着自动化、联网化方向发展。根据前瞻产业研究院 预测，2019 年我国工业互联网市场规模达到 6,080 亿元，预计 2024 年将达到 12,500 亿元，5 年复合增长率达 15.5%。功率半导体是实现电力控制核心零部件，未来有望在工业互联网大潮中迎来需求的增 长。根据 ON semiconductor 数据，相比于人工生产，机器人生产的将带来 250 美元半导体价值量，这主要有 MOSFET、二极管、图像传感器等半导体元器件构成。

三、SiC、GaN的发展现状与前景

1、SiC 器件 

SiC 材料属于第三代半导体材料，目前用于衬底的 SiC 材料类型主要为 4H-SiC。4H-SiC 的禁带宽度是 Si 的 3 倍，临界击穿电场达到 40V/cm，因此，在相同结构下，SiC 器件阻断能力比硅器件高好多倍， 相同的击穿电压下，SiC 器件的漂移区可以更薄，保证其拥有更小的导通电阻。

一般硅器件最高到 200℃就会因热击穿造成失效，而 SiC 具有的宽禁带特性，保证了 SiC 器件可以在 500℃以上高温环境工作，且具有极好抗辐射性能。另外，4H-SiC 的饱和电子迁移速度是 Si 的 2 倍，因此具有良好的高频特性。并且碳化硅的热导率也较高，是 Si 的三倍。SiC 的宽禁带、高临界击穿电场、高饱和电子迁 移速度和高热导率等特性使得碳化硅功率器件具有耐高温、抗辐射、 高开关频率等良好的性能，因 此受到业界广泛关注。

SiC 功率器件产业链环节主要包括单晶、外延、器件、模块和应用环节。目前，碳化硅功率器件主要 包括功率二极管和功晶体管。功率二极管主要包括结势垒肖特基二极管 JBS、PiN 二极管和混合 PIN 肖特基二极管 MPS，功率晶体管主要包括 MOSFET、结型场效应晶体管 JFET、双极型晶体管 BJT、IGBT、 门极可关断晶闸管 GTO 和发射极可关断晶闸管 ETO 等。

目前，实现碳化硅功率器件产业化公司主要 有美国 Wolfspeed、德国英飞凌、日本罗姆、欧洲意法半导体、日本三菱，这几家约占国际市场 90% 份额。

受限于大直径碳化硅单晶生长难度高、成本高等因素，碳化硅功率器件的市场规模仍然较低。根据 Yole 预测，2020 年全球碳化硅功率器件市场规模约 5-6 亿美元，约占整个功率半导体器件市场份额的 3-4%，预计到 2022 年，碳化硅功率器件的市场规模有望超过 10 亿美元。

新能源汽车为碳化硅功率器件的重要市场。电动汽车中，车载充电器、DC/DC 转换器、主逆变器和电动压缩机对功率电子器件要求较高，需要 IGBT 或 SiC 功率器件。

由于碳化硅器件与硅器件相比具有以下优势：

1）更高的电流密度，在相同功率等级下，碳化硅功率模块的体积显著小于硅基 IGBT 模块。以 IPM 为例，碳化硅功率模块体积可缩小至硅功率模块的 2/3-1/3。

2）导通电阻低，具有更低 的开关损耗，提高系统效率或工作频率。碳化硅功率模块与采用硅基 IGBT 的功率模块相比，可将开 关损失降低 85%。

3）更高的结温，能够在高温条件下工作。碳化硅器件结温高，极限工作温度有望 达到 600℃以上，而硅器件的最大结温仅为 150℃。由于碳化硅功率器件的优良特性，预计汽车 OBC、 逆变器在未来几年对于 SiC 的需求将呈现出线性增长。特斯拉量产的 Model 3 车型中主逆变器已采用全碳化硅功率模块作为核心功率器件，单车搭载有 24 颗全碳化硅功率模块。

2、GaN 器件 

GaN 同属于第三代半导体材料，具有宽禁带、高临界击穿场强、高饱和电子漂移速度等物理特性， 使得其功率器件拥有高功率、高频率和高压下工作的能力，因此受到关注。目前，氮化镓应用较多 的是光电器件和微波射频领域，跟 SiC 相比，GaN 的功率器件类型不多，主要的 GaN 器件类型包括 功率肖特基二极管、氮化镓 PN 二极管、氮化镓场效应晶体管（GaN FET）和高电子迁移率晶体管（GaN HEMT），其中 GaN HEMT 为氮化镓最受关注的器件类型。

氮化镓的应用领域以航天、军事等应用较多，但近年来也逐步走向消费电子领域。在消费电子产品 的重充电电源领域，高输出功率和高转换效率一直是产品技术升级的焦点，而 GaN 功率器件具有的 高输出功率、高能效特性，使其能在既定功率水平下能够做到更小的体积，因此在电源快充产品中得以应用。OPPO、小米等手机厂商已经开始在手机充电器中采用 GaN 技术。

根据 Yole 数据，2019 年氮化镓器件的市场规模约 6,000 万美金，预计到 2022 年，全球氮化镓器件的市场规模将达到 4.45 亿美金。

四、功率半导体的市场格局

1、高端功率器件国产化率仍较低 

功率半导体行业在资金、技术、客户认证等方面壁垒较高，在高端功率器件领域，以美、日、欧等国厂商为主导。

MOSFET市场以英飞凌、安森美等厂商占主导。根据 IHS 统计，2018 年全球功率 MOSFET 分立器件销 售额达到 75.8 亿美元，其中英飞凌销售额达到 21 亿美元，占全球功率 MOSFET 销售额的 27.7%，安森美、意法半导体、东芝半导体、瑞萨半导体分别占据 13.1%、8.0%、7.0%、7.0%的市场份额，前五大供应商占据 62.8%市场份额，前十大供应商占据 81%的市场份额。

IGBT 集中于英飞凌、安森美、三菱电机等厂商。在 IGBT 方面，2018 年全球分立 IGBT 市场规模达到13.1 亿美元，英飞凌占据 37.4%，英飞凌、安森美、富士电机、littelfuse、意法半导体前五大厂商占比 高达 67.8%。

功率二极管市场格局分散。目前功率半导体市场相对分散，Vishay 是全球功率二极管最大供应商，占 据全球约 10%，前五大厂商约占据 28%，功率二极管的市场集中度远低于 MOSFET 和 IGBT。欧、美、日龙头厂商以 IDM 为主，垂直整合优势明显。龙头厂商英飞凌、安森美、罗姆半导体、三 菱电机等龙头厂商均具备晶圆设计、制造、封装测试能力。

IDM 企业在研发与生产各个环节积累更 加深厚，有利于技术的沉淀和产品群的形成与升级。公司能够发挥资源的内部整合优势，提升运营 效率，有利于控制生产成本和响应客户定制化需求。 

目前英飞凌等龙头厂商晶圆制造以 8 英寸、12 英寸产线为主，单位芯片的制造成本更低，产品更具 成本优势。龙头厂商充分发挥工艺优势，提升产品性能。背面工艺和减薄工艺先进对 IGBT 尤为重要， 目前英飞凌制造的 IGBT 能够减薄到 40 微米。另一方面，车用功率半导体对散热要求极高，同时需要考虑强振动等使用条件，因此高端车用功率半导体对封装的要求远高于工业使用的功率半导体。因此，IDM 是当前功率半导体龙头的主流经营模式。

2、产业龙头布局汽车高端运用 

车载半导体将是半导体产业下一个千亿蓝海市场。根据 strategy Analytics 数据，2018 年全球车载半导体市场规模达到 377 亿美元，英飞凌、瑞萨半导体、意法 半导体占据前列。 

车规级半导体技术难度大，价值量高。车规级功率半导体设计制造难度大，需要平衡低功耗与高可 靠性、高功率容量；车规级功率半导体封装难度较高，车规级封装需要满足高效散热、高可靠性等 需求，确保汽车长期可靠运行。汽车成为各大功率半导体龙头的最重要的收入来源。

根据英飞凌年报，2019 年公司汽车业务收入占 比达到 44%，市公司最大的业务收入来源。2009 年英飞凌汽车业务收入为 9.05 亿美元，占比仅为当 年营收的 28%，2019 年英飞凌的汽车业务收入达到 35.03 亿美元，占当年营收 44%。十年间英飞凌汽 车业务收入复合增长率为 14.5%，高于同期公司营收 10%的复合增长率。

根据 ON semiconductor 年报数据，公司汽车业务营收占比从 2011Q1 的 21%提升至 2019Q4 的 32%，2012 年-2019 年汽车业务收入 复合增速达到 9.76%，高于同期公司 6.07%的营收复合增速。根据意法半导体数据，2010 年汽车业务 收入为 14.02 亿美元，在当年营收占比为 13.73%，2019 年公司汽车业务收入达到 36.06 亿美元，在当年收入的比例 37.74%。2010 年至 2019 年汽车业务收入复合增长率 10.91%，远高于同期公司业务营收。

3、加码碳化硅，海外巨头抢占功率半导体新高地 

根据 Yole 数据，CREE 公司占据全球 60%的 SiC 晶圆制造市场份额，英飞凌，CREE、意法半导体、安森美等功率半导体前十企业占据碳化硅功率器件 50%以上市场份额。

国际上，住友电工、日立电线、古河机械金属和三菱化学等日本公司已可以出售标准2-3英寸HVPE制备的GaN衬底，具备4英寸衬底的小批量供应能力。

6英寸制备600V以上电力电子器件的Si上GaN外延材料则由美国Nitronex、德国Azzuro和日本企业提供；目前已推出耐压650V及以下系列Si基GaN功率半导体器件，主要应用于服务器电源（PFC）、车载充电、光伏逆变器等，美国Navitas、美国Dialog均为此类供应商。

GaN微波射频器件目前主要用于远距离信号传输和高功率级别，如雷达、移动基站、卫星通信、电子战等，主要玩家有东芝、三星等。

4、功率半导体国产化加速

政策、资金、人才多方面扶持，国内功率半导体企业快速发展。功率半导体行业集中度高，长期被 国外厂商垄断，但近年来国产功率半导体厂商取得较大进步，从低端市场开始逐步向车用等高端运 用市场渗透。随着社会电气化的发展，我国成为全球功率半导体最大消费市场，国内孕育了一批功率半导体厂商，包括斯达半导体、华润微电子、士兰微等功率半导体厂商，并依托国内市场和政策切入市场，加速功率半导体国产化替代的进程。 

苏州能讯、苏州晶湛、江苏能华、杭州士兰微、江苏华功半导体均已进入布局GaN电力电子材料和器件；三安光电也已建设GaN射频器件工艺线；海特高新通过其子公司海威华芯开始建设6英寸的第二代/第三代半导体集成电路芯片生产线，氮化镓（GaN）半导体芯片（6寸）项目建设规模为30000片/年。

2008 年株洲中车时代成功收购英国丹尼克斯半导体 75% 的股权，成为我国第一家全面掌握 IGBT 芯片技术研发、模块测试的厂商。

2019 年，闻泰科技收购安世集团， 成为安世半导体控股股东。安世半导体是全球第八大 MOSFET 供应商，中国财团的收购将促进功率半导体，尤其是 MOSFET 的国产化水平。

图片来源：中银证券

2018年11月，聚力成半导体（重庆）有限公司奠基仪式在大足高新区举行，该项目以研发、生产全球半导体领域前沿的氮化镓外延片、芯片为主，计划在12个月内完成一期厂房建设并开始试生产；该项目同时是聚力成在中国大陆的第一个生产、研发基地，将有望打破德国、日本、美国对GaN的垄断局面。

该项目建成后，可为高铁、新能源汽车、5G通讯、雷达、机器人等行业的电力控制系统和通讯系统的核心部件提供大量的氮化镓高功率半导体和高射频半导部件。

图片来源：材料深一度

写在最后

由于第三代半导体材料及其制作的各种器件的优越性、实用性和战略性，未来，由SiC和GaN材料制成的半导体功率器件将支撑起当今节能技术的发展趋势，成为节能设备最核心的器件，许多发达国家已将第三代半导体材料列入国家计划，全面部署，竭力抢占战略制高点。

根据发展目标，2018~2020年间，中国大陆将完成第三代半导体的产业基础建设，进行产业链的完善、核心装备研发、核心工艺开发、开发基础器件并开始示范应用等。但由于中国大陆开展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比较晚，与国外相比水平较低，在SiC和GaN材料的制备与质量等方面仍有较多亟待破解的问题。

目前来看，阻碍中国大陆第三代半导体研究进展的重要因素是原始创新问题。借助功率器件产业的国产替代，或将能让中国大陆在实践应用中，更利于获得更多有利于第三代半导体材料研发的原始创新专利。

本文内容源自中银证券《国产功率半导体高端布局加码，国产替代加速》报告，由芯师爷整理，仅供交流学习之用。转载请注明内容来源，如有任何疑问，敬请与我们联系[e-mail]。

立即加入“半导体信息服务VIP群”！

▼ 往期精彩回顾 ▼比特大陆的营业执照被抢了！
华为海思首次跻身全球TOP10，哪些企业将受益？
超150家车企停产！汽车半导体厂商该如何逆势翻盘？
平板新纪元将到来？紫光展锐发布三款平板产品组合
告诉你一个“上天”的产业链
接棒额温枪！爆红的血氧仪将带火哪些芯片方案？
芯人必读 | 全球半导体产业风云变幻60余年
OMG！半导体人五一假期攻略来咯！

 推荐关注：全球物联网观察 

微信号：gsi24-iot

您的物联网中央情报局！

爱我请给我好看!