功率半导体全景分析

功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，在电路中主要起着功率转换、功率放大、 功率开关、线路保护、逆变（直流转交流）和整流（交流转直流）等作用。随着国家对电能替代和节能改造的推进，迫切需要高质量、高效率的电能，目前世界上大多数电能是经过功率半导体 处理后才能使用，这一比例还将进一步扩大。

功率半导体自诞生以来经过七十多年的研究应用，从基材的迭代、结构设计的优化、先进封装形式、大尺寸晶圆的应用等多个方面进行技术创新，演进的主要方向为更高的功率密度、更小的体积、更低的功耗及损耗，其结构设计朝着理想目标不断改进，以适应更多应用场景的需要。据Yole数据，功率半导体器件每隔二十年将进行一次产品迭代，相比其他半导体，迭代周期相对较慢，每一代芯片都拥有较长的生命周期。

发展至今，功率半导体已拥有较好的国内产业链基础和相对成熟的技术，中低端国产功率半导体产品已形成规模化、国产化，从依赖进口转变为国内自给自足。在中高端领域，如SGT MOSFET、SJ MOSFET、IGBT、化合物半导体等，由于起步晚、设计门槛高、工艺相对复杂以及缺乏验证机会等原因，国内厂家依然在追随海外厂家技术发展路线。在阅读本文前，欢迎识别以下二维码，加入艾邦IGBT/SiC产业链微信交流群及通讯录。

一、市场规模分析

功率半导体的市场规模在全球半导体行业的占比在8%—10%之间，结构占比保持稳定。由于半导体功率器件几乎用于所有的电子制造业，包括计算机、网络通信、消费电子、汽车电子、工业电子等电子产业，新兴应用领域如新能源汽车/充电桩、数据中心、风光发电、储能、智能装备制造、机器人、5G通讯的快速发展也拉动了功率器件市场的增长，因此行业周期性波动较弱，全球功率半导体市场规模稳步增长。

根据Omida的数据及预测，2023年全球功率半导体市场规模达到503亿美元，预计2024年全球功率半导体市场规模将增长至522亿美元，2027年市场规模将达到596亿美元，其中功率IC市场占54.8%，功率分立器件占30.1%，功率模块占15.1%。

我国作为全球最大的功率半导体消费国，约占全球市场的 1/3，预计2024年将达到206亿美元，占全球市场约为39%，未来市场发展前景良好。

二、从产品品类角度分析

功率半导体可分为功率分立器件、功率IC（Integrated Circuit）和功率模组等。功率分立器件是进行电能（功率）处理的核心器件，是弱电控制与强电运行间的桥梁，主要由二极管、 晶闸管、晶体管等构成；功率IC是电力电子器件技术与微电子技术相结合的产物，将功率器件及其驱动电路、保护电路、接口电路等外围电路集成在一个或几个芯片上，包括AC-AC变压器、AC-DC整流器、DC-AC逆变器、DC-DC稳压器等；功率模组是功率器件按一定的功能组合封装而成的模块。

功率半导体分立器件中，以MOSFET、IGBT、SiC MOSFET为代表的功率器件需求旺盛，市场规模如下：

MOSFET

MOSFET具有开关速度快、输入阻抗高、导通内阻小、易于驱动、热稳定性好等优点，既可在低电流和低电压条件下工作，也可用于大电流开关电路和高频高速电路，应用场景广泛。

数据来源：Yole，公开信息整理，华福证券研究所

根据WSTS统计数据，2023年全球MOSFET市场规模为143亿美元，预计2026年将增长至160亿美元；2023年中国MOSFET市场规模约为51亿美元，占全球市场的36%。预计2026年中国MOSFET市场规模将增长至57.6亿美元，增速高于全球市场增速。高压MOSFET产品占比由2020年的29%增长至36%，出货量复合增速达8.1%。

IGBT

IGBT是能源变换与传输的核心器件，可在更高电压下持续工作，具有高输入阻抗、低导通压降、驱动功率小而饱和压降低的特点，功率增益更大，广泛应用于直流电压为600V及以上的变流系统。

数据来源：英飞凌，公开信息整理，华福证券研究所

WSTS数据显示，2023年全球IGBT市场规模达到90亿美元，预计2026年将达到121亿美元；中国是全球IGBT最大的消费市场，2023年中国IGBT市场规模达32亿美元，预计到2026年中国IGBT市场规模将达到42亿美元。

第三代半导体

碳化硅（SiC）器件具有耐高压、大电流、耐高温、高频、高功率和低损耗等优点。氮化镓（GaN）器件具有高电子迁移率、宽频带、高击穿场强、耐高温等特点。

由于 SiC 在高功率、高温应用应用上比 GaN 更有优势，目前 SiC 功率器件在新能源汽车行业迅速发展，市场规模增长快速。根据 Yolo 数 据，在汽车应用的强劲助推下，尤其是纯电动汽车 EV 主逆变器日益增长的需求（占据70%以上的市场份额），整个 SiC 市场呈现出高速增长，同时工业控制和新能源领域 SiC 应用也高于市场预期的增长，2023年SiC器件全球市场规模约 27 亿美元，预计2029年将超过100亿美元，2023-2029年复合年增长率为25%。

图 2023年-2029年SiC功率器件市场预测 来源 Yole

根据Yole数据，氮化镓功率半导体器件市场将从2021年的1.26亿美元增至2027年的20亿美元，年复合增长率为59%。

三、从应用领域角度分析

随着新能源汽车和充电桩、光伏及储能、AI服务器及数据中心、无人机、5G、物联网、人工智能等新兴市场为功率半导体行业带来新的应用场景和需求，工业自动化、消费电子等支柱行业的稳步发展，作为终端产品核心元器件的高性能功率器件使用需求势必不断增加。

1）新能源汽车及充电桩

新能源汽车产业是我国国民经济发展的重要支柱产业，加速新能源汽车创新和开发是汽车产业的重点发展方向。随着新能源汽车购置税减免政策的延续、用车环境优化、限牌限号地方政策等因素的催化，新能源车的优势逐渐显露；同时新四化（电动化、智能化、网联化、共享化）趋势下，汽车产业进入百年未有的大变革时代，新能源汽车迎来大发展，预计未来渗透率将不断提高，汽车对芯片的需求量在不断增加。从基本的电力系统控制到无人驾驶技术、高级驾驶辅助系统和汽车娱乐系统，都对电子芯片有着极大的依赖。

来源 方正微电子

功率半导体作为实现电能转换的核心器件，新能源车功率器件单车用量约为传统燃油车的2至3倍。中汽协数据显示，传统燃油车所需汽车芯片数量为600至700颗，而电动车所需芯片数量为800至1,000颗，功率半导体芯片为新能源车必不可少的器件。

新能源汽车电机驱动系统、电源管理系统、空调系统等部件广泛使用功率半导体器件，其中MOSFET和IGBT占据主导地位。根据IHS数据，新能源汽车动力系统功率器件需求的全球市场规模将从2022年的20亿美元增长到2026年的39亿美元。中国功率器件单车价值由2021年的400美元/辆增长至2023年的460美元/辆。

充电桩领域，快速充电桩由于其较高的充电功率和充电效率，需要使用大功率器件。IHS数据显示，2023年我国新增公共充电桩73.1万台，年增速为50.2%，累计公共充电桩达到203.3万台；截至2023年底，全国充电桩保有量累计达521.1万台，同比增速为99.3%，预计2025年充电桩保有量将达到1,200万台，充电桩功率半导体市场规模有望达到33亿美元。

新能源汽车和充电桩行业正逐步成为功率半导体最大的应用市场之一，且仍将维持高速增长，为高性能、高效率功率半导体器件提供了庞大的增量需求，未来新能源汽车领域对IGBT、SiC的需求持续旺盛。

2）数据中心

数据中心作为现代信息社会的重要基础设施，承载着信息存储、计算和处理的重任。近年来，数据中心建设快速推进，并在5G、大数据、人工智能、物联网等新兴技术驱动下，数据流量急剧增加，对计算性能和能效提出了更高要求。高效、可靠的电源管理解决方案成为数据中心建设的关键要素。

图源 英飞凌

在数据中心建设中，功率半导体扮演着重要角色，包括电源管理芯片、电源转换器、逆变器等。随着数据中心规模的不断扩大和性能要求的提升，对功率半导体的需求量也在不断增加。根据IDC数据，2023年全球数据中心市场规模达到2800亿美元，预计2026年将达到3800亿美元，年复合增长率为10.4%。

3）风-光-储-氢等新能源发电产业

光伏发电作为清洁能源的重要组成部分，在全球能源转型中扮演着重要角色。随着光伏技术的不断进步，光伏发电成本逐渐降低，光伏装机容量迅速增长。储能系统作为光伏发电的重要配套设施，在实现光伏电能高效利用方面发挥着关键作用。

图源 英飞凌

光伏及氢能、储能系统中，功率半导体器件广泛应用于逆变器、变频器、充放电控制器等设备中。逆变器作为光伏系统的核心设备，功率半导体器件的性能直接影响整个系统的效率和稳定性。根据IRENA数据，2023年全球光伏装机容量达到1,000GW，预计2026年将达到1,500GW，年复合增长率为14.9%。

根据国家能源局的数据，2023 年中国光伏新增并网容量达到了 216.88GW，同比增长 148%，截至 2023 年底，中国累计并网容量达到了 6,089GW，预计 2024 年将继续快速增长。

根据国家能源局在新闻发布会上公布的数据，2023 年中国新型储能新增装机规模约为 22.6GW，同比去年增加 261%；2023 年全国新增风电并网装机 75.9GW，同比增长 102%。根据全球风能理事会（GWEC）发布的《2023 全球风能报告》，2023 年，全球风电新增装机容量为 118 GW，同比增长 36%，同时指出，未来五年全球风电新增并网容量预计将达到 680 吉瓦（GW），预计未来五年平均每年风电新增装机将达到 136GW，实现 15%的复合增长率。

四、IGBT和SiC的当前开发状况

1. IGBT：绝缘栅双极型晶体管（IGBT）在电能转换和传输中占据重要地位。近年来，IGBT在电动汽车、轨道交通、可再生能源等领域得到广泛应用。中国在IGBT领域取得了显著进展，国产IGBT器件的性能逐渐接近国际领先水平。同时，国内企业加大了对IGBT技术的研发投入，未来有望实现技术的进一步突破和产业化的全面发展。

2. SiC：碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料，具有优异的高温、高频、高压性能，广泛应用于电动汽车、光伏发电、风力发电等领域。近年来，SiC器件市场需求快速增长，全球主要半导体企业加大了对SiC技术的研发投入。国内在SiC领域也取得了显著进展，多家企业已经具备了SiC器件的生产能力，并在市场上逐渐占据一定份额。

功率半导体器件行业是我国重点鼓励和支持的产业，为推动电力电子技术和产业的发展、建设资源节约型和环境友好型社会，国家制订了一系列政策与法规引导、鼓励、支持和促进国内功率半导体事业的发展，增强本土科技竞争力，功率半导体产业已上升至国家战略高度。随着“智能制造”和“新基建” 等国家政策的深入推进，以及“碳达峰、碳中和”双碳策略的落实，以 IGBT 和 SiC 功率半导体作为我国实现电气化系统自主可控以及节能环保的核心零部件，有望在政策的护航之下驶入快车道。

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原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：功率半导体全景分析