功率半導體行業特點趨勢及機遇挑戰

從產業競爭格局來看，全球功率半導體中高端產品生產廠商主要集中在美國、歐洲、日本和韓國。較于國際同行，中國功率半導體行業起步較晚，主要通過國外引進及國內企業自主創新，逐步提升行業的國產化程度，滿足日益增長的下游需求。國際廠商在技術和工藝方面具有先發優勢，產品門類更為齊全，形成規模經濟，整體競爭力較國內企業更具優勢。目前，只有少數本土公司通過長期的技術積累和持續的自主創新，在功率半導體的細分產品領域具備芯片研發、設計、制造全方位的差異化競爭優勢，通過產品改進和客戶積累，在某些特定下游應用領域具備國產替代優勢，在國內競爭主體眾多的環境中處于相對領先地位。

業界通常將國內功率半導體市場的主要企業分為三個梯隊，相關梯隊及企業的構成和特征如下表：

資料來源：普華有策整理

1、功率半導體產業的特點及發展趨勢

作為電子系統中的基本單元，功率半導體是電力電子設備正常運行不可或缺的部件，應用場景廣泛，且需求日益豐富。從行業技術和性能發展來看，功率半導體器件結構朝復雜化演進，功率半導體的襯底材料朝大尺寸和新材料方向發展；由于不同結構和不同襯底材料的功率半導體電學性能和成本各有差異，在不同應用場景各具優勢，功率半導體市場呈現多器件結構和多襯底材料共存的特點。

（1）功率半導體是電力電子的基礎，需求場景日益豐富

功率半導體是構成電力電子轉換裝置的核心組件，幾乎進入國民經濟各個工業部門和社會生活的各個方面，電子設備應用場景日益豐富，功率半導體的市場需求也與日俱增。隨著新應用場景的出現和發展，功率半導體的應用范圍已從傳統的消費電子、工業控制、電力傳輸、計算機、軌道交通、新能源等領域，擴展至物聯網、電動汽車、云計算和大數據等新興應用領域，相關領域的應用場景如下：

資料來源：普華有策整理

消費電子和工業控制仍是功率半導體的主要應用領域，2020 年消費電子和工業控制用功率半導體市場份額分別為23.8%和20.3%。

（2）從器件結構來看，功率半導體呈現多世代并存的特點

功率半導體自20世紀50年代開始發展起來，至今形成以二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等為代表的多世代產品體系。新技術、新產品的誕生拓寬了原有產品和技術的應用范圍，適應更多終端產品的需求，但是，每類產品在功率、頻率、開關速度等參數上均具有不可替代的優勢，功率半導體市場呈現多世代并存的特點。

二極管結構簡單，有單向導電性，只允許電流由單一方向流過，由于無法對導通電流進行控制，屬于不可控型器件。二極管廣泛應用于各種電子產品中，主要用于整流、開關、穩壓、限幅、續流、檢波等。

與二極管相比，晶閘管用微小的觸發電流即可控制主電路的開通，在實際應用中主要作為可控整流器件和可控電子開關使用，主要用于電機調速和溫度控制等場景。此外，與其他功率半導體相比，晶閘管具有更高電壓，更大電流的處理能力，在大功率應用領域具有獨特的優勢，主要應用場景有工業控制的電源模塊、電力傳輸的無功補償裝置、家用電器的控制板等領域。

MOSFET為電壓控制型器件，具有開關和功率調節功能。與二極管和晶閘管依靠電流驅動相比，電壓驅動器件電路結構簡單；與其它功率半導體相比，MOSFET的開關速度快、開關損耗小，能耗低、熱穩定性好、便于集成；MOSFET在節能以及便攜領域具有廣泛應用。例如，在消費電子、工業控制、不間斷電源、光伏逆變器、充電樁的電源模塊、新能源車的驅動控制系統等領域。

IGBT為電壓驅動型器件，耐壓高，工作頻率介于晶閘管和MOSFET之間，能耗低、散熱小，器件穩定性高。在低壓下MOSFET相對IGBT在電性能和價格上具有優勢；超過600V以上，IGBT的相對優勢凸顯，電壓越高，IGBT優勢越明顯。IGBT在軌道交通、汽車電子、風力和光伏發電等高電壓領域應用廣泛。

（3）從襯底材料來看，硅基材料的晶圓襯底為市場主流

目前，全球半導體襯底材料已經發展到第三代，包括以硅（Si）、鍺（Ge）等為代表的第一代元素半導體材料，以砷化鎵（GaAs）等為代表的第二代化合物半導體材料，以及以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為代表的第三代寬禁帶半導體材料。新材料進一步改善功率半導體的性能，但整體來看，硅基材料的功率半導體產品仍是市場主流。

近年來，隨著第三代寬禁帶材料半導體迅速發展，SiC與GaN功率半導體器件的應用規模開始持續增長。相對于硅襯底，寬禁帶材料半導體具有更大的禁帶寬度，在單位尺寸上能獲得更高的器件耐壓，以寬禁帶材料為襯底制作的功率半導體器件尺寸更小，在特定應用場景具有優勢。但由于生產規模還相對較小，生產技術有待成熟，產品價格相對較高，其應用場景受到了一定的限制。

硅材料因其具有單方向導電特性、熱敏特性、光電特性、摻雜特性等優良性能，可以生長為大尺寸高純度晶體，且儲量豐富、價格低廉，故而成為全球應用最廣泛、最重要的半導體襯底材料。在物理性能方面，硅氧化膜性能優異，與其它襯底材料相比，與硅晶格適配性好，器件穩定性好。目前全球半導體市場中，90%以上的芯片都是基于硅材料制造而成。

（4）從硅片尺寸來看，硅片朝大尺寸方向發展

半導體的生產效率和成本與硅片尺寸直接相關。一般來說，硅片尺寸越大，用于產出半導體芯片的效率越高，單位耗用原材料越少。但隨著尺寸增大，硅片的處理工藝難度越高。按照量產尺寸來看，半導體硅片主要有2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸等規格。

在半導體材料選擇上，晶圓制造廠商會綜合考慮生產效率、工藝難度及生產成本等多項因素，使用不同尺寸的硅片來匹配不同應用場景，以達到效益最大化。8英寸及12英寸硅片主要用于集成電路（IC），具體包括存儲芯片、圖像處理芯片、通用處理器芯片、高性能FPGA與ASIC芯片等；8英寸及以下半導體硅片的需求主要來源于功率半導體、電源管理器、非易失性存儲器、MEMS、顯示驅動芯片與指紋識別芯片等。

2、功率半導體行業面臨的機遇及挑戰

（1）機遇

A、產業政策的支持提供了良好的政策環境

功率半導體行業為國家政策支持的行業?！懂a業結構調整指導目錄（2019 年版）》鼓勵電力電子器件及高性能覆銅板；《基礎電子元器件產業發展行動計劃（2021-2023 年）》實施重點產品高端提升行動，重點發展高可靠半導體分立器件及模塊。2020 年 3 月，我國提出加快 5G 網絡、數據中心等新型基礎設施建設（簡稱“新基建”）進度。“新基建”中的每個行業均離不開電能，功率半導體作為電能處理的核心器件將隨著“新基建”的推進迎來不斷增長的市場空間。國家產業政策同時從供給和需求端為功率半導體行業的快速發展營造了良好的政策環境。

B、產業鏈轉移為國產化提供了機遇

根據市場發展規律，制造業鄰近下游需求的空間分布，能夠降低生產成本、促進產品開發合作、縮短供貨周期、及時響應客戶需求，下游需求的崛起為孕育上游本土化的功率半導體企業創造了優沃土壤。相比國外廠商，國內廠商與下游客戶的距離更近，客戶的溝通交流更加順暢，并且在客戶需求服務響應、降低成本等方面具有競爭優勢，功率半導體國產替代率逐漸上升是大勢所趨。此外，功率半導體產品銷售從導入到驗證需要一定的周期，因此，在客戶拓展正式形成銷售后具有較強的客戶粘性。在半導體產業轉移和國產化政策的驅動下，中國功率半導體企業迎來了發展壯大的產業環境。

C、下游需求發展提供了直接支撐

功率半導體的應用十分廣泛，幾乎覆蓋了所有的電子制造業，且隨著新應用場景的出現而發展。隨著“智能制造”和“新基建”等國家政策的深入推進，上述每個行業均離不開電能，功率半導體作為電能處理的核心器件將隨著“智能制造”和“新基建”的推進迎來不斷增長的市場空間。此外，“碳達峰、碳中和”雙碳戰略的落實，功率半導體作為新能源裝置的重要零部件之一，將迎來不斷增長的市場空間。需求端的發展為功率半導體行業提供了良好的市場環境。

（2）挑戰

A、技術壁壘

目前，在功率半導體市場，國外廠商占據了主導地位。由于國外半導體公司對其掌握的先進技術實行嚴格的技術封鎖，本土企業很難直接從大型半導體公司學習先進技術，必須依靠自主研發實現技術突破，在一定程度上延緩了我國高端功率半導體的發展速度。

B、市場下行

功率半導體由于其應用場景豐富，下游需求廣泛。目前，受益于下游市場需求增長，功率半導體行業整體景氣度較高，但不排除未來市場形勢發生變化，進入周期性調整階段，出現下游市場需求降低、產品供給過剩等情形，導致產品價格下跌，制造企業產能過剩、產能利用率不足，從而對公司的生產經營形成挑戰。

來源：普華有策ph

審核編輯 ：李倩