功率半導(dǎo)體行業(yè)深度研究報(bào)告

功率半導(dǎo)體行業(yè)深度研究報(bào)告報(bào)告綜述：功率半導(dǎo)體是電子裝置核心器件，應(yīng)用廣泛且分散。功率半導(dǎo)體是

電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，本質(zhì)上是通過利用半導(dǎo)體的

單向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換的功能。功能半導(dǎo)體包括功率

IC和功率器件，是系統(tǒng)應(yīng)用的核心器件，戰(zhàn)略地位十分突出。功率

半導(dǎo)體具體用途是變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開關(guān)等。

從產(chǎn)品種類看，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019

年功率半導(dǎo)體最大的

細(xì)分領(lǐng)域是功率

IC，占比

54.30%，MOSFET占比

16.40%，IGBT占比

12.40%，功率二極管/整流橋占比

14.80%。下游應(yīng)用多點(diǎn)開花，功率半導(dǎo)體國產(chǎn)替代空間廣闊。功率半導(dǎo)體的

應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，根據(jù)

Yole數(shù)據(jù)，2019

年全球功率半導(dǎo)體器件

市場規(guī)模為

175

億美元。從下游應(yīng)用來看，汽車、工業(yè)和消費(fèi)電子

是前三大終端市場，根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2019

年汽車領(lǐng)域占

全球功率半導(dǎo)體市場的

35.4%，工業(yè)領(lǐng)域占比為

26.8%，消費(fèi)電子

占比為

13.2%。受益于新能源汽車、5G基站、變頻家電等下游需求

強(qiáng)勁，疊加“新基建”、第三代半導(dǎo)體等政策全力助推，快充充電頭、

光伏/風(fēng)電裝機(jī)、特高壓、城際高鐵交通對功率器件的需求也快速擴(kuò)

張，功率器件迎來景氣周期，Yole預(yù)測到

2025

年全球功率器件市

場或達(dá)

225

億美元，2019-2025

年

CAGR為

4.28%。從競爭格局看，

行業(yè)龍頭為英飛凌、安森美、意法半導(dǎo)體等歐美大廠，目前中國功

率半導(dǎo)體市場約占全球四成，大陸廠商以二極管、中低壓

MOSFET、

晶閘管等產(chǎn)品為主，整體呈現(xiàn)中高端產(chǎn)品供給不足、約九成依賴進(jìn)

口的態(tài)勢，國內(nèi)以斯達(dá)半導(dǎo)、捷捷微電、新潔能等為代表的的功率

廠商相繼實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，日漸崛起，國產(chǎn)替代空間廣闊。第三代半導(dǎo)體前景廣闊，國內(nèi)企業(yè)加碼布局。半導(dǎo)體性能要求不斷

提高，在高溫、強(qiáng)輻射、大功率環(huán)境下，第一、二代半導(dǎo)體材料效

果不佳，以

SiC和

GaN為代表的的第三代半導(dǎo)體材料嶄露頭角。從

下游應(yīng)用來看，數(shù)據(jù)顯示，電動(dòng)汽車、電源和光伏為碳化

硅功率器件的前三大終端市場，三者合計(jì)占比約

67%，愛集微數(shù)據(jù)

顯示，碳化硅功率器件市場規(guī)模從

2016

年的

16.1

億元增至

2019

年的

26.4

億元，CAGR為

17.92%。受新能源汽車、光伏等下游景

氣需求驅(qū)動(dòng)，IHS預(yù)計(jì)

2025

年碳化硅功率器件的市場規(guī)模將達(dá)到

30

億美元，2019-2025

年

CAGR為

30.4%；GaN適用于高頻高壓

領(lǐng)域，Yole數(shù)據(jù)顯示，2017

年全球氮化鎵功率器件市場規(guī)模為

3.8億美元，新能源汽車快速增長，電網(wǎng)對輸電性能要求提高將推動(dòng)氮

化鎵功率器件市場快速發(fā)展，5G基站建設(shè)將大幅度帶動(dòng)氮化鎵功率

器件市場，Yole預(yù)計(jì)

2023

年市場規(guī)模將達(dá)到

13

億美元，2019

年

-2023

年

CAGR為

22.9%。從競爭格局來看，以英飛凌、安森美、

羅姆等為代表的歐美日老牌功率大廠具備先發(fā)優(yōu)勢，斯達(dá)半導(dǎo)、華

潤微、中車電氣時(shí)代等國產(chǎn)廠商加碼布局第三代半導(dǎo)體賽道，目前

國內(nèi)

SiC產(chǎn)業(yè)鏈已初具雛形。1、

功率半導(dǎo)體是電子裝置核心器件，應(yīng)用廣泛且分散1.1、

功率半導(dǎo)體是電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心功率半導(dǎo)體是電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，本質(zhì)上，是通過利用半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換的功能。無論是水電、核電、火電還是風(fēng)電，

甚至各種電池提供的化學(xué)電能，大部分均無法直接使用，75%以上的電能應(yīng)用需由功

率半導(dǎo)體器件進(jìn)行功率變換以后才能供設(shè)備使用。模擬

IC中的電源管理

IC與分立器件中的功率器件功能相似，二者經(jīng)常集成在

一顆芯片中，因此功率半導(dǎo)體包括功率

IC和功率器件。功率半導(dǎo)體的具體用途是變

頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開關(guān)等，相關(guān)產(chǎn)品具有節(jié)能的作用，被廣泛應(yīng)

用于汽車、通信、消費(fèi)電子和工業(yè)領(lǐng)域。在汽車中，汽車蓄電池的輸入電壓在

12V-36V，

而民用電電壓為

220V，將民用電電壓轉(zhuǎn)換至輸入電壓的過程叫做變壓。蓄電池的輸

入電流一般是直流電，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程叫做整流。汽車運(yùn)行時(shí)，蓄電池

持續(xù)輸出直流電，而汽車的各個(gè)模塊需要使用交流電，交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程叫

做逆變。汽車蓄電池輸出的電壓很低，無法滿足各個(gè)模塊的需求，將低電壓轉(zhuǎn)換成高

電壓的過程叫做增幅。電動(dòng)汽車的馬達(dá)使用的電流是三相電。首先，蓄電池輸出的直

流電經(jīng)過逆變后成為單向交流電，將單向交流電變?yōu)槿嚯姷倪^程叫做變相。1.2、

功率半導(dǎo)體分類功率半導(dǎo)體主要分為功率器件、功率

IC。其中功率器件經(jīng)歷了近

70

年的發(fā)展歷

程：20

世紀(jì)

40

年代，功率器件以二極管為主，主要產(chǎn)品是肖特基二極管、快恢復(fù)二

極管等；晶閘管出現(xiàn)于

1958

年，興盛于六七十年代；近

20

年來各個(gè)領(lǐng)域?qū)β势骷?/p>

的電壓和頻率要求越來越嚴(yán)格，MOSFET和

IGBT逐漸成為主流，多個(gè)

IGBT可以集

成為

IPM模塊，用于大電流和大電壓的環(huán)境。功率

IC是由功率半導(dǎo)體與驅(qū)動(dòng)電路、

電源管理芯片等集成而來的模塊，主要應(yīng)用在小電流和低電壓的環(huán)境。根據(jù)可控性分類根據(jù)功率半導(dǎo)體的可控性可以將功率半導(dǎo)體分為三類，第一類是不可控型功率器

件，主要是功率二極管。功率二極管一般為兩端器件，其中一端為陰極，另一端為陽

極，二極管的開關(guān)操作完全取決于施加在陰極和陽極的電壓，正向?qū)?，反向阻斷?/p>

電流的方向也是單向的，只能正向通過。二極管的開通和關(guān)斷都不能通過器件本身進(jìn)行控制，因此將這類器件稱為不可控器件。第二類是半控型功率器件，半控型器件主要是晶閘管（SCR）及其派生器件，如

雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管等。這類器件一般是三段器件，除陽極和陰極外，還增加了

一個(gè)控制用門極。半控型器件也具有單向?qū)щ娦裕溟_通不僅需在陽極和陰極間施加

正向電壓，還必須在門極和陰極間輸入正向可控功率。這類器件一旦開通就無法通過

門極控制關(guān)斷，只能從外部改變加在陽、陰極間的電壓極性或強(qiáng)制陽極電流變?yōu)榱恪?/p>

這類器件的開通可控而關(guān)斷不可控，因此被稱之為半控型器件。第三類是是全控型器件，以

IGBT和

MOSFET等器件為主。這類器件也是帶有

控制端的三端器件，其控制端不僅可以控制開通，也能控制關(guān)斷，因此稱之為全控型

器件。根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式分類根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式的不同，我們將功率半導(dǎo)體分為三類，第一類是電流驅(qū)動(dòng)型，第二

類是電壓驅(qū)動(dòng)型，第三類是光驅(qū)動(dòng)型。電流驅(qū)動(dòng)型器件有

SCR、BJT、GTO等，這類器件必須有足夠的驅(qū)動(dòng)電流才能

使器件導(dǎo)通或者關(guān)斷，本質(zhì)上是通過極電流來控制器件。GTO和

SCR一般通過脈沖

電流控制，BJT則需要通過持續(xù)的電流控制。

電壓控制型電路主要是

IGBT和

MOSFET等，這類器件的導(dǎo)通和關(guān)斷只需要特

定的電壓和很小的驅(qū)動(dòng)電流，因此器件的驅(qū)動(dòng)功率很小，驅(qū)動(dòng)電路比較簡單。光控型器件一般是專門制造的功率半導(dǎo)體器件，如光控晶閘管。這類器件的開關(guān)

行為通過光纖和專用光發(fā)射器來控制，不依賴電流或者電壓驅(qū)動(dòng)。從下游應(yīng)用市場結(jié)構(gòu)來看，2019年功率半導(dǎo)體下游主要是功率

IC，占比

54.30%，其次分別是

MOSFET以及功率二極管/整流橋，占比分別為

16.40%和

14.80%。IGBT位列第四，占比

12.40%。1.2.1、

二極管：最簡單的功率器件二極管是最簡單的功率器件，由

P極和

N極形成

PN結(jié)結(jié)構(gòu)，電流只能從

P極

流向

N極。二極管由電流驅(qū)動(dòng)，無法自主控制通斷，電流單向只能通過。二極管的

作用有整流電路、檢波電路、穩(wěn)壓電路和各種調(diào)制電路。二極管承受的電壓和電流較

低（鍺管導(dǎo)通電壓為

0.3V，硅管為

0.7V），電流一般不超過幾十毫安，電壓和電流過

高會(huì)導(dǎo)致二極管被擊穿。常見的二極管有肖特基二極管、快恢復(fù)二極管、TVS二極

管等。二極管應(yīng)用：二極管是最簡單的功率器件，由于二極管具有單向?qū)щ姷奶匦裕?/p>

通常用于穩(wěn)壓電路、整流電路、檢波電路等。齊納二極管通常用于穩(wěn)壓電路，在達(dá)到

反向擊穿電壓前，齊納二極管的電阻非常高。達(dá)到反向擊穿電壓時(shí)，反向電阻降低，

在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓保持恒定。TVS二極管常用于電路保護(hù)，TVS管的

響應(yīng)速度很高，當(dāng)

TVS管兩端經(jīng)受瞬間高能量沖擊時(shí)，TVS能以極高的速度將高阻

抗降為低阻抗，從而吸收大電流，保護(hù)電路。二極管市場規(guī)模：整流器由二極管與一些金屬堆疊而成，二者在功能上相似，

因此將二極管和整流器合并研究。根據(jù)

Yole的數(shù)據(jù)，2019

年全球二極管及整流器市

場規(guī)模為

39.93

億美元，占功率器件市場規(guī)模的

23.99%。1.2.2、

MOSFET：高頻開關(guān)，功率器件最大市場金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，可廣泛運(yùn)用于數(shù)字電路和模擬電路。MOSFET由

P極、N極、G柵極、S源極和

D漏級(jí)組成。金屬柵極與

N極、P極之間有一層二

氧化硅絕緣層，電阻非常高。不斷增加

G與

S間的電壓至特定程度，絕緣層電阻減

小，形成導(dǎo)電溝道，從而控制漏極電流。因此

MOSFET是通過電壓來控制導(dǎo)通，在

G與

S間施加特定電壓即可導(dǎo)通，不施加電壓則關(guān)斷，器件通斷完全可控。MOSFET的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度很高，通常在幾十納秒至幾百納秒，開關(guān)損耗很小，通常用于開關(guān)

電源，缺點(diǎn)是在高壓環(huán)境下壓降很高，隨著電壓上升電阻變大，傳導(dǎo)損耗很高。

MOSFET的導(dǎo)通與阻斷都由電壓控制，電流可以雙向通過。MOSFET工作原理：MOSFET本質(zhì)上是一個(gè)開關(guān)，開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷完全可控。

通過脈寬調(diào)制，MOSFET可以完成變頻等功能。假設(shè)一個(gè)器件前

1

秒輸入電壓為

100V，

后

1

秒

MOSFET關(guān)斷，這

2

秒內(nèi)相當(dāng)于持續(xù)輸入

50V的等效電壓，這就是脈寬調(diào)制

的原理。通過控制

MOSFET導(dǎo)通關(guān)斷可以改變電壓和頻率。MOSFET是功率器件最大市場。MOSFET在功率器件中占比最高，Yole數(shù)據(jù)顯

示，2019

年全球

MOSFET市場規(guī)模為

68.54

億美元，占功率器件市場的

41.18%。

MOSFET的優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)定性好，適用于

AC/DC開關(guān)電源、DC/DC轉(zhuǎn)換器，因此

MOSFET通常用于計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車和工業(yè)等領(lǐng)域。MEMS預(yù)測到

2022

年

MOSFET下游應(yīng)用中，汽車占比為22%，計(jì)算機(jī)及存儲(chǔ)占比為19%，工業(yè)占比為14%。1.2.3、

IGBT：電力電子行業(yè)“CPU”絕緣柵雙極型晶體管，是由

BJT(雙極型三極管）和

MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）

組成的復(fù)合式半導(dǎo)體。IGBT兼具

MOS和

BJT的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)通原理與

MOSFET類似，

都是通過電壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)通。IGBT在克服了

MOSFET缺點(diǎn)，擁有高輸入阻抗和低導(dǎo)

通壓降的特點(diǎn)，在高壓環(huán)境下傳導(dǎo)損耗較小。IGBT是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的核心，廣泛應(yīng)用與

逆變器、變頻器等，在

UPS、開關(guān)電源、電車、交流電機(jī)等領(lǐng)域，逐步替代

GTO、

GTR等產(chǎn)品。IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓

600V以上，電流

10A以上，頻率

1KHz以上的區(qū)域。IGBT固有結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其作為高頻開關(guān)時(shí)損耗較大，IGBT工作頻率通常

為

40-50KHz。IGBT的導(dǎo)通與阻斷都受電壓控制，可以雙向?qū)?。IGBT應(yīng)用：IGBT的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，小到家電、數(shù)碼產(chǎn)品，大到航空航天、

高鐵等領(lǐng)域，新能源汽車、智能電網(wǎng)等新興應(yīng)用也會(huì)大量使用

IGBT。按電壓需求分

類，消費(fèi)類電子應(yīng)用的

IGBT電壓通常在

600V以下，太陽能逆變器需要

1200V的低

損耗

IGBT，動(dòng)車使用的

IGBT電壓在

1700V至

6500V之間，智能電網(wǎng)應(yīng)用的

IGBT通常為

3300V。IGBT分為

IGBT芯片和

IGBT模塊，其中

IGBT模塊是由

IGBT芯片封裝而來，

具有參數(shù)優(yōu)秀、最高電壓高、引線電感小的特點(diǎn)，是

IGBT最常見的應(yīng)用形式，IGBT模塊常用于大電流和大電壓環(huán)境。根據(jù)

ASMC數(shù)據(jù)，2019

年全球

IGBT市場規(guī)模

52.54

億美元，占功率器件市場規(guī)模的

30.10%。其中

IGBT芯片市場規(guī)模為

12.31

億美元，

占比

23.43%，IGBT模塊市場規(guī)模為

40.23

億美元，占比

76.57%。1.3、

功率

IC：功率器件與其他元器件集成，用于小電

流環(huán)境

功率

IC通常由功率器件、電源管理芯片和驅(qū)動(dòng)電路集成而來，能承受的電流比

較小，能承受大電流的模塊一般是

IGBT集成形成的

IPM模塊。功率

IC可以分為以下五大類：線性穩(wěn)壓器、開關(guān)穩(wěn)壓器、電壓基準(zhǔn)、開關(guān)

IC和其他功率

IC。線性穩(wěn)壓器：傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器、LDO穩(wěn)壓器；開關(guān)穩(wěn)壓器：AC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器、DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器、隔離開關(guān)控制器、

非隔離開關(guān)控制器；開關(guān)

IC：電壓監(jiān)控器、定序器、開關(guān)、熱插拔控制器、以太網(wǎng)電源控制器；電壓基準(zhǔn)：緩沖放大器、交流放大器；其他功率管理

IC：以太網(wǎng)供電控制器、功率因數(shù)校正控制器、多通道電源管

理

IC、多芯片功率級(jí)、單芯片功率級(jí)、熱插拔控制器和其他電源管理

IC。2、

新能源汽車、5G、工業(yè)和智能電網(wǎng)等景氣需求驅(qū)動(dòng)行業(yè)發(fā)展，功率器件市場規(guī)模

2025

年或達(dá)

225

億美元功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，根據(jù)

Yole數(shù)據(jù)，2019

年全球功率半導(dǎo)體市場

規(guī)模為

381

億美元，預(yù)計(jì)到

2022

年達(dá)到

426

億美元，復(fù)合增長率為

3.79%。其中，

汽車、工業(yè)和消費(fèi)電子是功率半導(dǎo)體的前三大終端市場。根據(jù)的數(shù)據(jù)，2019

年汽車領(lǐng)域占全球功率半導(dǎo)體市場的

35.40%，工業(yè)領(lǐng)域占比為

26.80%，消費(fèi)電子占

比為

13.20%。隨著對節(jié)能減排的需求日益迫切，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)的工

業(yè)領(lǐng)域和

4C領(lǐng)域逐步進(jìn)入新能源、智能電網(wǎng)、軌道交通、變頻家電等市場。作為功率半導(dǎo)體的重要分支，受益于工業(yè)、電網(wǎng)、新能源汽車和消費(fèi)電子領(lǐng)域新

興應(yīng)用不斷出現(xiàn)，功率器件市場規(guī)模不斷增長。根據(jù)

Yole數(shù)據(jù)，2019

年全球功率器

件市場規(guī)模為

175

億美元，預(yù)計(jì)到

2025

年全球功率器件市場或達(dá)

225

億美元，

2019-2025

年

CAGR為

4.28%。2.1、

新能源汽車功率半導(dǎo)體成本占比過半，前景廣闊汽車中使用最多的半導(dǎo)體分別是傳感器、MCU和功率半導(dǎo)體。其中

MCU占比

最高，其次是功率半導(dǎo)體，功率半導(dǎo)體主要運(yùn)用在動(dòng)力控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、燃油噴

射、底盤安全系統(tǒng)中。傳統(tǒng)汽車中，功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用于啟動(dòng)、發(fā)電和安全領(lǐng)域，

新能源汽車普遍采用高壓電路，當(dāng)電池輸出高壓時(shí)，需要頻繁進(jìn)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(dǎo)體器件的需求量很大。汽車電機(jī)控制系統(tǒng)中需要使

用數(shù)十個(gè)

IGBT，以特斯拉

ModelX為例，特斯拉后三相交流異步電機(jī)每相要用到

28

個(gè)

IGBT，總共使用

84

個(gè)

IGBT，加上電機(jī)其他部位的

IGBT，ModelX后電機(jī)共使用

96

個(gè)

IGBT，前電機(jī)使用

36

個(gè)

IGBT，ModelX共使用

132

個(gè)

IGBT。按照每個(gè)

IGBT4-5

美元的價(jià)格計(jì)算，雙電機(jī)

IGBT價(jià)格約

650

美元，如果使用

IGBT模塊則約為

1200

美元。單輛汽車的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要有：（1）車載充電機(jī)；（2）DC/AC系統(tǒng)，給汽車

空調(diào)系統(tǒng)、車燈系統(tǒng)供電；（3）DC/DC轉(zhuǎn)換器（300v到

14v的轉(zhuǎn)換），給車載小功率

電子設(shè)備供電；（4）DC/DCconverter（300v轉(zhuǎn)換為

650v）；（5）DC/AC逆變器，給

汽車馬達(dá)電機(jī)供電；（6）汽車發(fā)電機(jī)。功率半導(dǎo)體為電動(dòng)汽車成本最主要組成部分，成本占比過半。電動(dòng)汽車將新增

大量與電池能源轉(zhuǎn)換相關(guān)的功率半導(dǎo)體器件，功率半導(dǎo)體應(yīng)用大幅上升。根據(jù)麥肯錫

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，純電動(dòng)汽車的半導(dǎo)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(dǎo)體的成本為

387

美元，占總成本的

55%。新能源汽車出貨量快速增長，國內(nèi)

2025

年或達(dá)

542

萬輛。全球來看，新能源汽

車出貨量從

2015

年的

54.66

萬輛增至

2019

年的

210.17

萬輛，CAGR超

40%，國內(nèi)

來看，新能源汽車出貨量從

2015

年的

33.10

萬輛增至

2019

年的

120.60

萬輛，CAGR為

38.16%。受全球碳中和、特斯拉產(chǎn)業(yè)鏈帶來的鯰魚效應(yīng)，疊加國內(nèi)外補(bǔ)貼等政策

催化助推新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展驅(qū)動(dòng)，EVTank預(yù)測

2025

年全球新能源汽車銷量或

達(dá)

1205

萬輛，2019-2025

年

CAGR達(dá)

33.42%，國內(nèi)來看，IDC預(yù)測

2025

年中國新

能源汽車銷量或超

540

萬輛，2019-2025

年

CAGR為

36.11%，中國為新能源汽車第

一大消費(fèi)國，出貨量占全球比例穩(wěn)定在

45%以上。全球汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)模

2023

年或達(dá)

136

億美元，國內(nèi)或超

60

億美元。

中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模

2018

年為

90

億美元，預(yù)計(jì)

2023

年或達(dá)

136

億美元，CAGR為

8.61%。國內(nèi)來看，以

45%的全球占比計(jì)，2023

年國

內(nèi)車用功率半導(dǎo)體市場規(guī)?；虺?/p>

60

億美元。新能源汽車充電樁為功率半導(dǎo)體另一大增量，預(yù)計(jì)

2025

年全球市場規(guī)模或達(dá)

40.49

億美元，國內(nèi)

18.22

億美元。新能源汽車充電樁分為直流

IGBT充電樁和交流

MOSFET充電樁，直流充電樁的優(yōu)點(diǎn)在于充電速度快，缺點(diǎn)是價(jià)格高昂。直流充電

樁的成本約

4500

美元，交流充電樁的成本約

900

美元，其中

IGBT等功率器件占總

成本的

20%左右。目前直流充電樁按

3:1

配置，交流充電樁按

5:1

配置，據(jù)此我們測

算全球

2025

年直流充電樁需求或達(dá)

402

萬個(gè)，交流充電樁需求或達(dá)

241

萬個(gè)，2025

年全球充電樁市場對功率半導(dǎo)體的需求為

40.49

億美元。國內(nèi)來看，2025

年直流和交

流充電樁需求分別為

181

和

108

萬個(gè)，國內(nèi)充電樁市場對功率半導(dǎo)體的需求為

18.22

億美元。2.2、

5G時(shí)代已來，通信行業(yè)對功率半導(dǎo)體需求激增5G對功率半導(dǎo)體需求量大幅增長。5G基站采用

MassiveMIMO技術(shù)，在提高系

統(tǒng)信道容量的同時(shí)，帶來

5G基站功耗的增加。未來智庫數(shù)據(jù)顯示，5G基站電力功

耗為

4G的兩倍，降耗需求增加了對包括

MOSFET、IGBT等在內(nèi)的低損耗、高熱穩(wěn)

定性器件的功率器件的需求。英飛凌數(shù)據(jù)顯示，MassiveMIMO天線陣列所用功率器

件

ASP為

100

美元，約是傳統(tǒng)天線的

4

倍。頻段越高，覆蓋范圍越小，5G基站數(shù)量

較

4G基站大幅增加。此外，通信基站和數(shù)據(jù)中心等設(shè)備需要維持全天供電，供電系

統(tǒng)中的逆變器、整流器使用大量的功率半導(dǎo)體。5G基站進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)期，通信領(lǐng)域功率半導(dǎo)體市場規(guī)模

2023

年或達(dá)億美元。

中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)預(yù)測，未來五年為中國

5G基站建設(shè)高峰期，共計(jì)新增

5G基站

432

萬站。受益于

5G景氣需求，通信設(shè)備市場規(guī)模不斷提升，功率半導(dǎo)體需求不斷增加，

中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，全球通信功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將由

2017

年的

57.45

億美元增

長至

2020

年的

65.96

億美元，CAGR為

4.71%，5G基站升級(jí)是通信功率半導(dǎo)體市場

最重要的推動(dòng)力。2.3、

IGBT貢獻(xiàn)工業(yè)和智能電網(wǎng)領(lǐng)域功率半導(dǎo)體主要增量，

2020

年市場規(guī)模或超

150

億美元工業(yè)領(lǐng)域是功率半導(dǎo)體僅次于汽車的第二大需求市場，IGBT大顯身手。數(shù)控機(jī)

床、牽引機(jī)等電機(jī)對功率半導(dǎo)體需求很大，主要使用的功率半導(dǎo)體是

IGBT。隨著中

國制造

2025和“工業(yè)

4.0”不斷推進(jìn)，工業(yè)的生產(chǎn)制造、倉儲(chǔ)、物流等流程改造對

電機(jī)需求不斷擴(kuò)大，工業(yè)功率半導(dǎo)體需求增加。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，2016

年全球工業(yè)功率半導(dǎo)體的市場規(guī)模為

90

億美

元，受益于工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，2020

年全球工業(yè)功率半導(dǎo)體的市場規(guī)模將達(dá)到

125

億

美元，CAGR為

8.56%。智能電網(wǎng)發(fā)電過程中使用大量的逆變器和整流器，以

IGBT為核心的功率半導(dǎo)體

應(yīng)用廣泛。光伏電網(wǎng)需要使用大量的光伏二極管，按常規(guī)配置，1MW的光伏組件約

需太陽接線盒

5000

只，每只太陽接線盒平均需要

5

只光伏二極管，1MW的光伏組件

共需要

25000

只光伏二極管。同時(shí)，用電過程也需要使用變壓器對電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變

壓器的核心器件也是

IGBT，智能電網(wǎng)對功率半導(dǎo)體需求非常大。配套的智能電表也

需要使用功率半導(dǎo)體，智能電表需要使用二極管和橋式整流器來實(shí)現(xiàn)電路數(shù)據(jù)處理，

一般情況下需要使用

1-2

只整流器，9-13

只二極管。產(chǎn)業(yè)信息研究院預(yù)測，2020

年

風(fēng)電和光伏對應(yīng)功率半導(dǎo)體市場規(guī)模或達(dá)

27.54

億美元，2017-2020

年

CAGR為

18.38%。3、

功率半導(dǎo)體歐美日三足鼎立，國產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)3.1、

歐美日廠商實(shí)力強(qiáng)勁，大陸廠商日漸崛起以英飛凌、安森美等企業(yè)為代表的龍頭廠商均為

IDM模式，擁有完整的晶圓廠、

芯片制造廠和封裝廠，對成本和質(zhì)量控制能力很強(qiáng)，以高端產(chǎn)品為主，實(shí)力強(qiáng)勁。中

國大陸的廠商

IDM和

Fabless模式兼有，產(chǎn)品以晶閘管、二極管等分立器件和低壓

MOSFET為主，與歐美日廠商存在較大差距，以斯達(dá)半導(dǎo)為代表的廠商日漸崛起，

逐步趕超歐美日龍頭廠商；以茂達(dá)、富鼎電子等為代表的的中國臺(tái)灣廠商以

Fabless模式為主，主要負(fù)責(zé)芯片制造和封裝。功率半導(dǎo)體行業(yè)集中度較高，歐美廠商占據(jù)第一梯隊(duì)，國產(chǎn)廠商日漸崛起。英

飛凌和

Omdia數(shù)據(jù)顯示，2019

年全球功率器件/MOSFET/IGBT芯片/IGBT模塊

CR10

分別為

58.30%/78.20%/84.4%/81.1%。其中英飛凌是全球最大的功率半導(dǎo)體廠商，功

率器件市場份額為

19%，MOS產(chǎn)品市場份額約

25%，IGBT產(chǎn)品市場份額超

30%。

功率半導(dǎo)體廠商以歐美日為主，中國廠商起步較晚，技術(shù)積累與歐美日廠商差距較大。

目前功率半導(dǎo)體廠商可以分為三個(gè)梯隊(duì)，第一梯隊(duì)是英飛凌、安森美等歐美廠商為主，

第二梯隊(duì)以三菱電機(jī)、富士電機(jī)等日本廠商為主，第三梯隊(duì)以斯達(dá)半導(dǎo)、捷捷微電、

新潔能、聞泰科技（安世半導(dǎo)體）等中國廠商為主。3.2、

供需缺口較大，國內(nèi)功率器件近九成依賴進(jìn)口功率半導(dǎo)體呈供需嚴(yán)重不匹配的格局。從供給端來看，大陸廠商市場份額約

10%。

歐美日廠商占據(jù)全球功率半導(dǎo)體

70%的市場份額，在

IGBT和中高壓

MOSFET細(xì)分

領(lǐng)域市場份額超八成。大陸以二極管、低壓

MOSFET、晶閘管等低端功率半導(dǎo)體為

主，目前實(shí)力較弱，占據(jù)全球

10%的市場份額。從需求端來看，中國是全球最大的功率器件市場，占據(jù)全球

39%市場份額。根

據(jù)

IDC數(shù)據(jù)，中國功率半導(dǎo)體市場空間占全球比例為

39%，居第一位；其次是日本，

占比

18%，歐洲和美國分列三四位，占比分別為

17%和

8%，其他地區(qū)占比

18%。晶圓缺貨漲價(jià)，國產(chǎn)缺口較大。功率半導(dǎo)體的制造目前仍主要在

8

寸晶圓上生產(chǎn)，

8

寸晶圓供給不足導(dǎo)致功率半導(dǎo)體供需緊張，目前

Diodes、士蘭微、富滿電子等國內(nèi)

外廠商相繼發(fā)布漲價(jià)通知。從晶圓供給端來看，8

寸晶圓產(chǎn)能不足導(dǎo)致此輪漲價(jià)。首先，12

寸晶圓生產(chǎn)線擠

占

8

寸晶圓產(chǎn)能。隨著制程工藝不斷提高，晶圓廠轉(zhuǎn)向

12

寸晶圓生產(chǎn)投資，部分

12

寸晶圓生產(chǎn)線由原有的

8

寸晶圓生產(chǎn)線改造而來，擠占了

8

寸晶圓產(chǎn)能。目前全球約

有

70%的晶圓是

12

寸，8

寸晶圓占比約

20%，8

寸晶圓供給不足；其次，新建一條

晶圓生產(chǎn)線需要

1-2

年的時(shí)間，短期內(nèi)難以解決晶圓短缺的問題；此外，設(shè)備廠商多

研發(fā)

12

寸設(shè)備，停產(chǎn)

8

寸新設(shè)備，8

寸二手設(shè)備短缺也使得擴(kuò)產(chǎn)難度加大。從下游需求端看，模擬芯片與功率半導(dǎo)體爭奪

8

寸晶圓產(chǎn)能。8

寸晶圓可用于模

擬芯片與功率半導(dǎo)體制造，受益于新能源汽車等領(lǐng)域的快速增長，模擬芯片與功率半

導(dǎo)體市場規(guī)模持續(xù)增長，8

寸晶圓供不應(yīng)求，模擬芯片將搶占

8

寸晶圓產(chǎn)能，功率半

導(dǎo)體晶圓供需缺口進(jìn)一步加大。富昌電子數(shù)據(jù)顯示，英飛凌、意法半導(dǎo)體等廠商功率

器件交貨周期多在

15-40

周，貨期呈上升趨勢，價(jià)格亦呈穩(wěn)中有升態(tài)勢。國內(nèi)

8

寸晶圓供需缺口較大。CCID的數(shù)據(jù)，2019

年中國功率器件市場規(guī)模約

144.8

億美元，其中本土供應(yīng)商如揚(yáng)杰科技、華潤微電子、士蘭微、捷捷微電等廠商

的功率器件營收合計(jì)不超過

20

億美元，其余近九成均依賴進(jìn)口。芯謀研究測算，如

果國產(chǎn)廠商自給率達(dá)到

50%，晶圓月產(chǎn)能需要達(dá)到

100

萬片/月方可滿足國內(nèi)廠商的

需求。目前可用于功率器件制造的晶圓月產(chǎn)能約

37

萬片/月，扣除運(yùn)營不佳或尚未投

入運(yùn)營的產(chǎn)線，產(chǎn)能約

30

萬片/月，缺口約

70

萬片/月。預(yù)計(jì)到

2023

年國內(nèi)功率器件

市場規(guī)模將超過

300

億美元，晶圓月產(chǎn)能需要達(dá)到

139

萬片/月，屆時(shí)國內(nèi)的月產(chǎn)能

僅

52

萬片/月，缺口為

87

萬片/月。3.3、

二極管：市場集中度低，有望率先實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代二極管市場集中度低。二極管是最早出現(xiàn)的功率半導(dǎo)體，第一代二極管距今已經(jīng)

有

100

多年的歷史。與其他功率半導(dǎo)體相比，二極管的技術(shù)壁壘較低，市場上二極管

廠商數(shù)量眾多。前

5

大廠商中，Vishay市場占比約

11%，其他廠商市場占比在

5%-8%

之間，二極管市場相對分散，市場集中度較低。

二極管制造已經(jīng)非常成熟，技術(shù)門檻比較低，注重生產(chǎn)成本和質(zhì)量的控制。中國

二極管生產(chǎn)企業(yè)大多是

IDM模式，對質(zhì)量控制比較嚴(yán)格，加上勞動(dòng)力成本較低，二

極管廠商具有較強(qiáng)的競爭力。國外廠商產(chǎn)能下降，國內(nèi)廠商有望進(jìn)一步擴(kuò)大市場份額，

進(jìn)口替代空間廣闊。自

2014

年起，中國二極管的出口數(shù)量已經(jīng)超過進(jìn)口數(shù)量，有望

率先實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代。3.4、

MOSFET：中低壓市場國產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)，高壓市場取

得突破大陸廠商MOSFET市占率較低，國產(chǎn)替代空間廣闊。中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，

中國

MOSFET市場規(guī)模

2018

年為

470.70

億元，歐美廠商占據(jù)絕大多數(shù)市場份額，

市場集中度較高：英飛凌在國內(nèi)市場份額為

28.50%，排名第一，安森美以

17.10%市

場份額位列第二，排名前五的均為老牌歐美日大廠，CR5

為

65%。安世半導(dǎo)體國內(nèi)

市場份額為

3.90%，位列第八，士蘭微以

1.90%市場份額位列第十，安世半導(dǎo)體與士

蘭微市場份額合計(jì)為

5.80%，國產(chǎn)替代空間廣闊。中低壓市場國產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)，高壓市場取得突破。瑞薩電子曾是全球中低壓

MOSFET龍頭廠商，2013

年瑞薩率先退出中低壓

MOSFET領(lǐng)域，其他廠商也紛紛開

始向毛利率較高的高壓

MOSFET領(lǐng)域轉(zhuǎn)型。中國是全球最大的消費(fèi)電子生產(chǎn)國，對

中低壓

MOSFET需求較大，目前以捷捷微電、新潔能等為代表的國產(chǎn)廠商日益崛起，

有望承接中低壓

MOSFET領(lǐng)域的市場份額，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代；高壓領(lǐng)域，華潤微、新潔能等國產(chǎn)企業(yè)取得突破，高壓

MOSFET產(chǎn)品相繼量產(chǎn)并貢獻(xiàn)利潤，未來發(fā)展可期。3.5、

IGBT：歐美日大廠占據(jù)主要份額，國內(nèi)供需失衡國

產(chǎn)替代空間廣闊IGBT功率器件主要玩家為英飛凌、富士電機(jī)、安森美等歐美日大廠，集中度較

高。英飛凌是全球最大的

IGBT器件廠商，2019

年英飛凌市占率為

32.50%，CR5

為

63.90%，市場集中度很高。從產(chǎn)品來看，英飛凌、安森美等廠商在

1700V以下的中

低電壓

IGBT領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位，三菱則主宰了

2500V以上的高電壓

IGBT領(lǐng)域。英飛凌：功率半導(dǎo)體龍頭，營收主要來自中國。英飛凌是功率半導(dǎo)體全球龍頭

企業(yè)，產(chǎn)品主要用于汽車和工業(yè)領(lǐng)域，2019

年汽車產(chǎn)品占公司總營收的

44%，電源

管理占公司總營收的

30%，電源和控制產(chǎn)品占公司總營收的

18%。公司業(yè)績穩(wěn)步增

長，營收從

2015

年的

57.95

億歐元增至

2019

年的

80.29

億歐元，2015-2019

年

CAGR為

8.49%，凈利潤從

6.32

億歐元增至

8.7

億歐元，CAGR為

8.32%。英飛凌的營收主

要來自中國，中國市場營收占比

34%，是排名第二的

EMEA（不含德國）兩倍以上。布局

12

英寸產(chǎn)線，有望繼續(xù)保持競爭優(yōu)勢。受

8

寸晶圓產(chǎn)能吃緊的影響，英飛

凌積極拓展

12

英寸功率半導(dǎo)體生產(chǎn)線。與

8

英寸晶圓生產(chǎn)線相比，12

英寸生產(chǎn)線的

技術(shù)難度更大，對品質(zhì)把控要求更加嚴(yán)格。另一方面，單個(gè)

12

英寸晶圓切割產(chǎn)生的

功率半導(dǎo)體數(shù)量比

8

寸晶圓切割產(chǎn)生的數(shù)量多，能夠有效提高產(chǎn)能，解決

8

英寸晶圓

供給不足的問題。2019

年

2

月，英飛凌的財(cái)報(bào)表示公司將新建

12

英寸功率半導(dǎo)體廠，

憑借優(yōu)秀的成本和質(zhì)量管控能力，未來英飛凌有望降低功率半導(dǎo)體生產(chǎn)成本。同時(shí)，

公司將部分產(chǎn)能委托給一些勞動(dòng)力成本較低的國家代工，降低生產(chǎn)成本。隨著

12

英

寸產(chǎn)線的建成和委托代工比例不斷增大，公司有望鞏固功率半導(dǎo)體龍頭地位。中國坐擁全球最大

IGBT市場，自給率逐年提升仍存在較大提升空間。斯達(dá)半

導(dǎo)為國內(nèi)

IGBT龍頭，IHS的數(shù)據(jù)顯示，2017

年斯達(dá)半導(dǎo)在

IGBT市場占比為

2.00%。

中國中車生產(chǎn)的全系列高可靠性IGBT產(chǎn)品打破了軌道交通核心器件和特高壓輸電工

程關(guān)鍵器件由國外企業(yè)壟斷的局面。根據(jù)高工鋰電的數(shù)據(jù)，2019

年中國

IGBT市場規(guī)

模為

155

億元，按當(dāng)年美元匯率折算，市場規(guī)模為

22.20

億美元，占全球

IGBT市場

的

40.96%。中國是全球最大的

IGBT消費(fèi)國，2018

年國內(nèi)

IGBT行業(yè)產(chǎn)量為

1115

萬

只，市場需求為

7989

萬只，自給率

13.96%，整體來看，國內(nèi)

IGBT自給率從

2010

年的

8.44%提升至

2018

年的

13.96%，增速明顯，但總體而言自給率仍較低，存在較大提升空間。部分廠商有望在各自領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)替代。中國

IGBT廠商大多專注于某一領(lǐng)域的

產(chǎn)品，斯達(dá)半導(dǎo)為國內(nèi)

IGBT龍頭，產(chǎn)品主要用于電力和電機(jī)牽引，公司產(chǎn)品性能

優(yōu)異，專注于第六代

IGBT研發(fā)與生產(chǎn)，有望在電力和電機(jī)牽引領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)替代。

中車時(shí)代專注于

4500V以上

IGBT研發(fā)生產(chǎn)，產(chǎn)品用于軌道交通領(lǐng)域。目前中車時(shí)

代在

4500V以上的

IGBT領(lǐng)域市場規(guī)模排名第五，中國新出廠的高鐵將全部使用國產(chǎn)

IGBT，中車時(shí)代的

IGBT已經(jīng)出口到印度，中國高鐵

IGBT基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，中車

時(shí)代已遞交招股說明書，A股上市在即。比亞迪半導(dǎo)體專注于汽車

IGBT領(lǐng)域，擁有

IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈。2017

年公司推出

IGBT4.0，產(chǎn)品部分性能已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，

在新能源汽車

IGBT領(lǐng)域有望打破國外廠商的壟斷。4、

第三代半導(dǎo)體前景廣闊，國內(nèi)企業(yè)加碼布局4.1、

第三代半導(dǎo)體器件國內(nèi)

2022

年市場規(guī)?；虺?/p>

600

億

元，各大企業(yè)加碼布局化合物半導(dǎo)體材料不斷發(fā)展，應(yīng)用廣泛?；衔锇雽?dǎo)體材料是由兩種或兩種以上

元素以確定的原子配比形成的化合物，具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體性質(zhì)，

其發(fā)展歷程共經(jīng)歷了三代，第一代材料是硅和鍺，第二代材料是砷化鎵和磷化銦，第

三代半導(dǎo)體材料是碳化硅和氮化鎵。憑借制程成熟及成本較低的優(yōu)勢，以第一代硅質(zhì)

半導(dǎo)體材料制作的元器件已成為了電子電力設(shè)備中不可或缺的組成部分。但硅質(zhì)半導(dǎo)

體材料受自身性能限制，無法在高溫、高頻、高壓等環(huán)境中使用，化合物半導(dǎo)體遂嶄

露頭角。化合物半導(dǎo)體擁有高電子遷移率、直接能隙與寬能帶等特性，符合新世代半

導(dǎo)體發(fā)展所需，化合物半導(dǎo)體時(shí)代遂逐漸來臨。

第一代半導(dǎo)體材料是鍺和硅，20

世紀(jì)

50

年代半導(dǎo)體材料以鍺為主，基爾比開發(fā)

出了基于鍺的集成電路。鍺可用于低壓、低頻、中功率晶體管及光探測電路中，缺點(diǎn)

是耐輻射和耐高溫性能很差。20

世紀(jì)

60

年代，硅取代鍺成為新的半導(dǎo)體材料，硅絕

緣性好，提純簡單，至今仍然是應(yīng)用最多的半導(dǎo)體材料，主要用于分立器件和芯片制

造，在信息技術(shù)、航空航天、國防軍工、硅光伏等領(lǐng)域應(yīng)用極其廣泛。

第二代半導(dǎo)體材料以砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）為代表。人類對數(shù)據(jù)的傳

輸速度要求越來越高，硅的傳輸速度慢，化合物半導(dǎo)體應(yīng)運(yùn)而生?；衔锇雽?dǎo)體砷化

鎵和磷化銦主要用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，也是制作高性能微

波、毫米波器件的優(yōu)良材料，廣泛應(yīng)用在微波通信、光通信、衛(wèi)星通信、光電器件、

激光器和衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域。

半導(dǎo)體性能要求不斷提高，在高溫、強(qiáng)輻射、大功率環(huán)境下，第一、二代半導(dǎo)體

材料效果不佳，第三代半導(dǎo)體材料開始嶄露頭角。第三代半導(dǎo)體材料又被稱為寬禁帶

半導(dǎo)體材料，主要包括碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAs）、氧化鋅（ZnO）、

金剛石、氮化鋁（AlN）等，其中碳化硅和氮化鎵比較成熟。與第二代半導(dǎo)體材料相

比，第三代半導(dǎo)體材料的優(yōu)點(diǎn)是禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、抗輻射能力強(qiáng)、

發(fā)光效率高、頻率高，廣泛用于制作高溫、高頻、大功率和抗輻射電子器件，應(yīng)用于

半導(dǎo)體照明、5G通信、衛(wèi)星通信、光通信、電力電子、航空航天等領(lǐng)域。第三代半導(dǎo)體器件快速發(fā)展，國內(nèi)

2022

年市場規(guī)?；虺?/p>

600

億元?，F(xiàn)階段，全

球

95%以上的半導(dǎo)體芯片和器件是用硅片作為基礎(chǔ)功能材料而生產(chǎn)的。隨著

5G、新

能源汽車等新興應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，以氮化鎵和碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料快速崛

起。據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)觀察的數(shù)據(jù)，2018

年氮化鎵與碳化硅的產(chǎn)業(yè)銷售額分別為

238

億

元和

64

億元。賽迪顧問數(shù)據(jù)顯示，2019

年中國第三代半導(dǎo)體器件市場規(guī)模為

86.29

億元，2022

年市場規(guī)?；蜻_(dá)

608.21

億元，CAGR為

91.73%。第三代半導(dǎo)體投資額不斷增長，國內(nèi)企業(yè)不斷加碼布局。國內(nèi)第三代半導(dǎo)體投

資額不斷增長，2017-2019

年

SiC和

GaN投資額共計(jì)

521.8

億元，其中

SiC領(lǐng)域投資

額

2017-2019

年分別是

65

億元/60

億元/220.8

億元，三年累計(jì)投資

345.8

億元，GaN領(lǐng)域投資額

2017-2019

年分別是

19

億元/112

億元/45

億元，三年累計(jì)投資

176

億元在新基建的引領(lǐng)下，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將成為未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要引擎。4.2、

碳化硅功率器件：國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈已初具雛形，2025

年

SiC功率器件市場規(guī)?；蜻_(dá)

30

億美元4.2.1可部分取代二極管和

IGBT，碳化硅材料大有所為碳化硅功率器件材料主要指4H型SiC（4H-SiC），4H-SiC具有高臨界擊穿電場、

高電子遷移率的優(yōu)勢，是制造高壓、高溫、抗輻照功率半導(dǎo)體器件的優(yōu)良半導(dǎo)體材

料，也是目前綜合性能較好、商品化程度較高、技術(shù)較為成熟的第三代半導(dǎo)體材料。4H-SiC性能優(yōu)異，功耗大幅降低。4H-SiC應(yīng)用在高鐵領(lǐng)域節(jié)能可達(dá)

20%以上，

并減小電力系統(tǒng)體積；應(yīng)用在新能源汽車領(lǐng)域可降低能耗

20%；應(yīng)用在家電領(lǐng)域可節(jié)

能

50%；應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域可提高效率

20%；應(yīng)用在太陽能領(lǐng)域可降低光電轉(zhuǎn)換

損失

25%以上；應(yīng)用在工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域可節(jié)能

30%-50%；應(yīng)用在超高壓直流輸送電和

智能電網(wǎng)領(lǐng)域，可降低電力損失

60%，供電效率提升

40%以上；應(yīng)用在航天領(lǐng)域，

可使設(shè)備損耗減小

30%-50%，工作頻率提高

3

倍，電容電感體積縮小

3

倍，散熱器

重量大幅降低。SiC二極管適用于高電壓領(lǐng)域，部分取代快恢復(fù)二極管。碳化硅二極管通常是

SiC肖特基二極管，主要用于在

600V以上領(lǐng)域替代傳統(tǒng)的快恢復(fù)二極管。碳化硅肖

特基二極管的正向?qū)妷罕裙?/p>

PIN功率二極管低，但導(dǎo)通電阻高，導(dǎo)通損耗取決

于正向電流的大小，因此碳化硅肖特基二極管損耗較小。碳化硅肖特基二極管的正向

導(dǎo)通電壓是正溫度系數(shù)，流過各自二極管的電流能夠連續(xù)自主平衡分配，電流流向溫

度低的二極管，最終達(dá)到均流。而硅

PIN功率二極管的導(dǎo)通電壓是負(fù)溫度系數(shù)，溫

度升高，電流流向溫度高的二極管，最終電流分配失衡，因此碳化硅二極管適用于高

溫領(lǐng)域。碳化硅肖特基二極管的反向漏電流和反向恢復(fù)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于硅功率二極管，

可大幅降低開關(guān)損耗，開關(guān)頻率很高，適用于高電壓領(lǐng)域。SiCMOSFET可部分取代硅基

IGBT。MOSFET和

IGBT都用作開關(guān)，不同點(diǎn)

在于硅基

MOSFET不耐高壓，只能用在低壓領(lǐng)域，開關(guān)頻率高，損耗低。IGBT結(jié)合

了

BJT和

MOS的優(yōu)點(diǎn)，耐高壓性能較強(qiáng)，開關(guān)頻率低于

MOSFET，損耗較高。SiCMOSFET具有較高的擊穿電場強(qiáng)度，比傳統(tǒng)

SiMOSFET更耐高壓，同時(shí)擁有更高的

開關(guān)頻率和下降的通態(tài)電阻，開關(guān)速度比

SiIGBT快，損耗比

SiIGBT小，在高頻、

高電壓領(lǐng)域?qū)⑷〈?/p>

SiIGBT和

SiMOSFET。SiC成本較高，成本劣勢制約其發(fā)展。相比傳統(tǒng)的硅基材料，SiC材料成本較高，

世強(qiáng)元件報(bào)價(jià)顯示，硅基

IGBT最低報(bào)價(jià)為約

5

元人民幣，而

SiCMOSFET最低報(bào)價(jià)

超

30

元，SiC約為硅基器件的

6

倍，出于成本考慮，目前廠商仍采用硅基

IGBT。4.2.2新能源汽車等下游景氣需求驅(qū)動(dòng)行業(yè)發(fā)展，2025

年市場規(guī)模或達(dá)

30

億美元碳化硅器件下游應(yīng)用廣泛，電動(dòng)汽車為其主要應(yīng)用領(lǐng)域。愛集微數(shù)據(jù)顯示，碳

化硅功率器件市場規(guī)模從

2016

年的

16.1

億元增至

2019

年的

26.4

億元，CAGR為

17.92%。從下游應(yīng)用來看，數(shù)據(jù)顯示，電動(dòng)汽車、電源和光伏為碳化硅功率

器件的前三大終端市場，三者合計(jì)占比約

67%。具體來看，電動(dòng)汽車領(lǐng)域占碳化硅功

率器件市場的

30%，電源占比為

22%，光伏領(lǐng)域占比為

15%。新能源汽車領(lǐng)域是

SiC功率器件應(yīng)用的主要驅(qū)動(dòng)力。電動(dòng)汽車未來有三大趨勢：

行駛里程延長、充電時(shí)間縮短，電池容量更大。隨著電動(dòng)汽車以及其他系統(tǒng)的增長，

碳化硅功率半導(dǎo)體市場需求激增，大量運(yùn)用在車載充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和牽引逆

變器等方面。據(jù)

Yole數(shù)據(jù)顯示，2018

年，新能源汽車細(xì)分領(lǐng)域中

SiC市場規(guī)模約

為

1.13

億美元，2024

年市場規(guī)模達(dá)到

9.46

億美元，年均復(fù)合增長率達(dá)到

29%。2019

年，全球新能源汽車

SiC二極管和晶體管市場規(guī)模

2600

萬美元，2021

年市場規(guī)模

達(dá)到

5700

萬美元。DIGITIMESResearch預(yù)計(jì)到

2025

年，電動(dòng)汽車用碳化硅功率

半導(dǎo)體將占

SiC功率半導(dǎo)體總市場的

37%以上，高于

2021

年的

25%。目前，全球已有超

20

余家汽車廠商開始采用碳化硅器件。電動(dòng)汽車的車載充電

機(jī)市場已逐步采用碳化硅

SDB，產(chǎn)品集中在

1200V/10A、20A，每臺(tái)車載充電機(jī)需

要

4-8

顆碳化硅

SBD。羅姆贊助的

Venturi車隊(duì)在

2016

年

Formula-E第三賽季使用

了

IGBT＋SiCSBD，與傳統(tǒng)逆變器相比，重量降低

2kg，尺寸減小

19%，2017

年

的第四賽季采用

SiMOS＋SiCSBD，其重量降低

6kg，尺寸減小

43%。目前，特斯

拉的

Model3

采用了意法半導(dǎo)體和英飛凌的

SiC逆變器，成為第一家在主逆變器中

集成全SiC功率模塊的車企，豐田也將于近年正式推出搭載碳化硅器件的電動(dòng)汽車。碳化硅材料在軌道交通和光伏逆變器將逐步取代硅基材料，前景廣闊。碳化硅

材料可以在軌道交通、風(fēng)電光伏等領(lǐng)域用來替代硅基

IGBT，目前

SiCMOSFET最大

的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槟芰總鬏敚饕且驗(yàn)槠鋵?dǎo)通壓降很低，傳輸時(shí)損耗和以及

SiCMOSFET自身體積都比硅基

IGBT小。中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，在軌道交通領(lǐng)域，硅基

IGBT將被

SiC器件逐步取代，硅基

IGBT占比將從

2018

年占比

98%降至

2030

年占

比

70%，2050

年占比將進(jìn)一步降至

10%；光伏逆變器領(lǐng)域，SiC功率器件占比預(yù)計(jì)

2020

年將達(dá)

10%，2025

年或達(dá)

50%，2040

年或超八成。受益于新能源汽車、軌道交通、光伏逆變器等下游景氣應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，全球碳化硅

功率器件市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，2025

年或達(dá)

30

億美元。IHSMarkit數(shù)據(jù)顯示，2019

年

碳化硅功率器件市場規(guī)模約

6.1億美元，受新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈、光伏等景氣需求驅(qū)動(dòng)，

2025

年碳化硅功率器件的市場規(guī)模將達(dá)到

30

億美元，2019-2025

年

CAGR為

30.4%。4.2.3競爭格局：歐美日企業(yè)處于領(lǐng)先地位，國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈初具雛形

歐美日企業(yè)處于領(lǐng)先地位。歐美日等老牌功率強(qiáng)國在碳化硅功率器件上起步較早，

在碳化硅功率器件市場上處于領(lǐng)先地位。碳化硅功率半導(dǎo)體市場集中度很高，科銳旗

下

Wolfspeed、英飛凌、羅姆、意法半導(dǎo)體、三菱電機(jī)等大廠占據(jù)超九成市場份額。

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，美歐擁有完整的

SiC襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，日本在設(shè)備

和模塊開發(fā)方面處于領(lǐng)先地位。國內(nèi)企業(yè)加緊趕超，SiC產(chǎn)業(yè)鏈初具雛形。單晶襯底方面，目前國內(nèi)可實(shí)現(xiàn)

4

英

寸襯底的商業(yè)化生產(chǎn)，山東天岳和天科合達(dá)、同光晶體均已完成

6

英寸襯底的研發(fā)，

中電科裝備研制出

6

英寸半絕緣襯底；外延片方面，國內(nèi)瀚天天成和天域半導(dǎo)體均可供應(yīng)

4-6

英寸外延片，中電科

13

所、55

所亦均有內(nèi)部供應(yīng)的外延片生產(chǎn)