



如图1所示,半导体产业作为现代电子信息技术的基石,其核心构成可划分为四大关键细分领域,功率半导体(Power Semiconductors)是其中之一,亦称电子电力器件,专为电力传送、变换、控制或开关电路而设计,旨在实现电能的有效传输、高效转换与精准控制,是新能源、电动汽车及工业自动化等领域不可或缺的核心组件。根据Gartner数据,2023年全球半导体市场总规模为5,330亿美元,其中功率半导体(含功率IC)市场占比为11.5%,市场总规模为612亿美元。
半导体产业其他领域中,信息集成电路(Integrated Circuits, IC)占比约77.2%,涵盖了模拟芯片、逻辑芯片、微处理器和存储芯片等多个子类,主要职责在于实现信息的精准检出、高效传送、复杂运算与可靠存储,是各类智能电子设备得以运行的“大脑”和“记忆库”;光电器件(Optoelectronic Devices)占比约7.5%,包括发光二极管(LED)、半导体激光器、光电二极管、太阳能电池以及CMOS图像传感器等,这类器件核心在于利用光与电之间的相互作用原理,实现光信号的收发与电光转换,广泛应用于显示、通信、能源及成像等领域。最后是传感器(Sensors),尤其是以微机电系统(MEMS)为代表的各类传感器,占比约3.8%,它们的主要功能是实现对各种物理信息的精确测量与感知,为物联网、智能制造、医疗健康等前沿应用提供关键支撑。
图1半导体产业划分
如图2所示,功率半导体作为半导体产业中至关重要的一类细分器件,其核心功能在于高效地处理电能,包括对电流、电压、频率、相位、相数等进行变换和控制,以实现整流(交流电到直流电,AC/DC)、逆变(直流电到交流电,DC/AC)、变压(直流电到直流电,DC/DC)、变频(交流电到交流电,AC/AC)、开关、放大等各种功能,是能耐高压或者能承受大电流的半导体分立器件、模块和集成电路。
图2 功率半导体器件的主要功能
功率半导体应用广泛,从电网、高铁等高功率装备,到工业控制、新能源发电、电动汽车等中功率应用场景,再到家电、数码产品、手机等低功率日常消费电子产品中,功率半导体都扮演着不可或缺的电能转换、控制的角色。
如图3所示,目前主流的分类方法将功率半导体分为两大类:功率器件和功率集成电路(IC)。其中,功率IC是一种高度集成的IC产品,它将功率分立器件(如MOSFET晶体管)与控制电路、外围接口电路、保护电路等功能模块都集成在同一颗芯片上。常见的功率IC包括AC/DC转换芯片、DC/DC转换芯片、电源管理芯片(PMIC)以及驱动芯片等。功率IC主要应用于消费电子等低功率场景,这主要是因为这类产品对尺寸、成本和效率有更高的要求,而对耐压、耐电流的要求相对较低。相比之下,功率IC提供了一个系统级的解决方案,具有更高的集成度和更全面的功能。由于功率IC在本质上是对连续变化的电压和电流进行处理,其核心功能是模拟信号处理,因此在产业分类中,功率IC也被划归为模拟IC的范畴。
功率器件主要包括功率分立器件和功率模块。其中功率分立器件是指只能按规定完成某项基本功能,本身在功能上无法再细分的半导体器件。它们主要包含三大类:首先是不可控型器件,即功率二极管,它们只允许电流单向流动;其次是半可控型器件,即晶闸管(Thyristor),一旦导通,即便栅极信号消失也能保持导通,常用于交流控制电路;最后是全控型晶体管,这类器件的开通和关断均可通过控制信号灵活控制,是现代电力电子设备的核心。晶体管又可进一步细分为多种类型,包括传统的双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT),也俗称为三极管;高效且高速的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET);以及绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT),它是高压大功率应用(如电动汽车、工业变频器)的主流选择。这些功率分立器件构成了各类电力电子系统的基础。
在功率半导体分立器件的基础上,可以将多个功率分立器件(如IGBT、MOSFET、二极管等)与相关的控制电路、驱动电路、接口电路以及完善的保护电路等器件,通过引线键合或其他互连技术,一体化地封装在一个标准化或定制化的外壳中,从而形成功能更强大、集成度更高的功率模块。相较于功率分立器件,功率模块主要在高功率、高效率、高可靠性以及系统集成度要求严苛的应用中有广泛的应用,比如电动汽车的牵引逆变器、车载充电器,以及工业变频器、风力发电、太阳能逆变器、轨道交通、不间断电源(UPS)等大功率场景中。
图3 功率半导体产业划分
图4直观展示了不同功率分立器件的电压、电流、频率特性。可以看到晶闸管(Thyristor)能够承受最高的电压和电流等级,但是其工作频率较低,在1KHz以内。BJT工作频率稍高于晶闸管,在10KHz以内,但其不耐高压。MOSFET工作频率最高,可达100KHz,同样不耐高压。IGBT综合性能比较优秀,耐高压、大电流,同时工作频率也较高,可以达到20KHz。
图4 不同功率半导体器件的工作特性
不同功率半导体器件因其独特的电气特性,在应用领域上呈现出明显的差异化,具体如图5所示。晶闸管凭借其最高的耐压和耐电流等级,在高压电力传输领域占据着不可替代的核心地位。同时,作为最早投入应用的电力控制器件之一,晶闸管凭借优秀的可靠性和极高的性价比,在工业控制、轨道交通、家用电器以及电力配电等领域还占有一席之地。三极管BJT则更适用于低频、低功率的应用场景,常见于家用电器等领域。MOSFET凭借优异的高频特性和对中低功率的处理能力,在消费电子、通信设备、工业控制、汽车电子以及各类开关电源中得到广泛应用。而IGBT则专为中低频率、高功率的工作环境而设计,广泛应用于工业控制、新能源汽车、轨道交通、新能源发电以及智能电网等关键领域,因其在电力电子系统中的核心地位和不可或缺性,被业界誉为电力电子行业的“CPU”。
图5 不同功率半导体器件的应用范围
前述的功率器件是基于硅Si半导体材料的,其特性已接近理论极限,制约了功率半导体领域的进一步发展。为了获得具有更加优异特性的器件,第三代半导体材料碳化硅SiC、氮化镓GaN受到了越来越多的关注。与Si功率器件相比,SiC功率器件具有更高的开关速度、能够工作在更高的结温下、可以同时实现对高电压和大电流的有效耐受。这些特性能够显著提升功率变换的性能,获得更高的电能转换效率、实现更高的功率密度、降低系统成本。SiC功率器件适合应用于汽车牵引逆变器、电动汽车车载充电机、电动汽车充电桩、光伏、不间断电源系统、能源储存以及工业电源等领域。目前,国内外SiC产业链逐渐成熟,主流功率半导体器件厂商都已经推出了SiC功率器件产品,成本也在不断下降,SiC功率器件的应用正处于爆发式增长中。
相对于传统的硅功率器件和碳化硅器件而言,氮化镓GaN器件的工作频率更高、功率更大、更耐高温。GaN的应用可以清晰地划分为两大核心方向:
(1)在电力电子领域的替代与升级:GaN器件凭借其在高温、高频、大功率条件下的优异表现,正逐步取代部分传统的硅基功率器件,并在某些特定应用中展现出超越SiC的潜力。这主要体现在对高效率、小型化和轻量化有严苛要求的电源管理系统,例如数据中心服务器电源、消费电子快速充电器(如手机和笔记本电脑的快充)、电动汽车的车载充电器和DC/DC转换器,以及太阳能逆变器等。GaN的高开关频率特性,能够显著减小无源元件的尺寸,从而降低系统整体成本和体积,提升能量转换效率。
(2)在光电及射频通信领域的独特应用:GaN的宽禁带特性以及其高效激发蓝光的能力,使其在光电领域拥有不可替代的地位。这包括其在光学存储(如蓝光DVD激光器)、激光打印、高亮度发光二极管(LED)照明(尤其是在通用照明和显示技术领域),以及无线通信基站(特别是5G通信中的射频前端放大器)等方面,都具备显著的竞争优势。GaN在高频微波领域的应用,使得新一代通信技术能够实现更快的数据传输速率和更广的覆盖范围。
当前,GaN产业正处于快速发展的黄金时期。全球领先的半导体厂商和初创企业都在加大对GaN技术的研发投入和市场推广力度。尽管当前整体市场空间要显著低于Si和SiC功率器件,但随着GaN材料生长和器件制造工艺的不断成熟,GaN器件的良率和可靠性持续提升,成本也逐步下降,GaN有望在电力电子和射频微波领域占据更重要的市场份额。
表1进一步归纳总结了不同功率半导体分立器件的特点及应用领域。
表1 不同功率半导体分立器件特性及应用领域对比
材料 | 器件类型 | 可控性 | 驱动方式 | 特点 | 应用领域 |
硅Si | 二极管 | 不可控 | 电压驱动 | 单向导电性 | 通用型基础器件 |
晶闸管 | 半控型 | 电压/电流驱动 | 耐压高、电流大,可以用微小的信号功率对大功率的电流进行控制和变换,工作频率在1KHZ以内。 | 在电力系统、工业控制、轨道交通等领域广泛应用 | |
三极管 | 全控型 | 电流驱动 | 耐压一般、导通电阻低、有线性放大功能,工作频率较低。 | 放大器电路、1kHz开关频率下的功率变换场合(如家电) | |
MOSFET | 全控型 | 电压驱动 | 输入阻抗高;开关速度快,工作频率可达100kHz;耐大电流不耐高压,一般800V以内。 | 消费电子、通信、工业控制、汽车电子、新能源、开关电源等 | |
IGBT | 全控型 | 电压驱动 | 高耐压、耐大电流、低通态压降和低功耗驱动等特性,典型应用的工作频率为10~20kHz,耐电压等级覆盖了从600~6500V。 | 轨道交通、工业控制、新能源、汽车电子 | |
SiC | SiC MOSFET | 全控型 | 电压驱动 | 耐高压、耐大电流、优异的热稳定性,典型工作电压在650V-3.3KV,工作频率可达几十kHz 到数百kHz。 | 电动汽车牵引逆变器、工业电机驱动、光伏逆变器、大功率充电桩和智能电网 |
GaN | GaN HEMT | 全控型 | 电压驱动 | 具有超高频和高效率特性,典型工作电压在48-600V,开关频率可以达到MHz甚至GHz级别。 | 消费电子快速充电器、数据中心电源、5G通信基站、激光雷达以及电动汽车车载充电器 |
功率半导体二极管是开通与关断均不可控的半导体器件,其结构最简单、应用最广泛,是非控整流的核心器件,目前已形成普通型、快恢复型和肖特基型等系列产品。
具有单向导电特性的二极管在不同的电路中起着不同的作用,例如,在交流—直流变换中作为整流器件,在电感滤波及具有电感元件的电路中作为续流元件,在晶闸管逆变电路中作为反向充电和能量传输元件,在各类变换器中作为隔离、箝位、保护元件等。由二极管的工作速度来决定它的适用范围,如在工频整流电路中,基本上对二极管开关速度没有什么要求,而在高频变流器中就必须采用恢复时间短的二极管。
晶闸管是一个耐高压、高电流、导通压降很低、工作频率在1kHz以下的电流型功率半控开关器件,所谓半控型器件是指,控制信号只能控制器件的导通,不能控制其关断。
晶闸管主要用于电力变换与控制,可以用微小的信号功率对大功率的电流进行控制和变换,具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、效率高、控制灵敏、使用寿命长等优点。尽管后期全控型、高频率、集成化、模块化功率半导体分立器件逐步产生并迅速发展,但晶闸管仍然是迄今为止能承受的电压和电流容量最高的功率半导体分立器件,其最大电流额定值达到8kA,电压额定值可达12kV。
晶闸管的主要特点包括:
(1)可靠性高。一个功率半导体分立器件的可靠性缺陷会导致整个电能控制系统发生故障,由此产生的经济损失远远超过一个分立器件本身的价值,因此,功率半导体分立器件的可靠性决定了下游产品运行和使用的稳定性和安全性。晶闸管系列产品技术成熟、可靠性高,具有承受过电流能力强、不需要多器件并联、控制触发简单的特点,使用具有很高的可靠性。
(2)容量大。晶闸管具有耐高压、大电流、控制方便等优点,可以直接用于控制交流电,应用具有不可替代性。
(3)性价比高。功率半导体分立器件种类繁多,多代产品并存,产品间不可替代性突出。晶闸管系列产品经过多年发展,与MOSFET和IGBT相比具有自身独特的竞争优势。下游客户在选择功率半导体分立器件时,综合每种器件的实用性、经济性、可靠性、技术成熟性等复合因素做出最终购买决定。在功率半导体分立器件市场上,晶闸管的价格明显低于MOSFET、IGBT产品,其可靠性优势能够保证客户在使用过程中提高终端产品的良品率,减少维修费用,因此,在晶闸管和MOSFET、IGBT并存的市场上,高品质晶闸管以其突出的性价比优势受到众多客户青睐。
晶闸管有一系列派生器件,如双向晶闸管、逆导晶闸管、快速晶闸管等。
功率晶体管器件属于全控型器件,可以通过控制信号既控制其导通,又控制其关断。功率晶体管器件主要包括三极管BJT、金属氧化物半导体场效应管MOSFET、和绝缘栅型双极型晶体管IGBT。
1. 三极管BJT
双极型晶体管(BJT)俗称三极管,是一种电流控制型功率器件,其工作原理是通过控制输入端的电流,来控制输出端的电流变化,属于全控器件。BJT主要有两种应用,一种是作为开关使用,此时BJT工作在饱和区,另一种是作为放大使用,此时BJT工作在线性区。BJT结构有NPN和PNP两种,因为电子比空穴有更高的迁移率,所以NPN比PNP型三极管获得更广泛的应用。
凭借高增益和优异的线性特性,BJT在模拟电路、大功率放大器这些应用场景表现出色。但作为开关应用,BJT在高频特性、功耗、热响应方面表现不及MOSFET和IGBT,因此大部分应用已逐渐被MOSFET和IGBT代替。但BJT由于其成熟的加工工艺、极高的成品率和较低的成本,使得它仍然在功率开关器件里占有一席之地。
2. MOSFET
MOSFET全称金属氧化物半导体场效应管,是电压型控制器件,通过栅极电压的变化来控制输出电流的大小,并实现开通和关断,属于全控型器件。MOSFET具有导通电阻小、损耗低、驱动电路简单、热阻特性好、开关速度高等优点,广泛应用于消费电子、通信、工业控制、汽车电子、开关电源等领域,其中由于其高频、低功耗特性,特别适合用于电脑、手机、移动电源、汽车电子、UPS电源等电源控制领域。
MOSFET按照不同工艺可细分为平面型、沟槽型、屏蔽栅(也是沟槽结构,但比普通沟槽工艺挖掘深度深3-5倍,其在栅电极下方增加了一块多晶硅电极,即屏蔽电极)和超结功率MOSFET。根据ICwise数据,2023年我国MOSFET细分市场中,平面型、沟槽型(含屏蔽栅)和超结型MOS占比分别为44.8%、39.5%和15.8%。从国产化率来看,中低压MOSFET(小于400V)国产化率已达到约40%,而高压(大于400V)国产化率仅20%左右。
根据芯谋研究数据,国内MOSFET下游市场中,汽车电子是体量最大的下游应用市场,2022年占比23.7%,剩下工业、通信、消费电子是主要的应用领域,占比分别为20.4%、18.9%和18.7%。
3. IGBT
IGBT即绝缘栅型双极型晶体管,俗称电力电子装置的“CPU”,是能源变换与传输的核心器件,由BJT和MOSFET组合而成,是一种全控型、电压驱动的功率半导体器件。IGBT同时具有BJT和MOSFET的优点,即高输入阻抗、低导通压降、驱动功率小而饱和压降低等,主要适合于高压、高电流、中低频率的应用场景。
从20世纪80年代IGBT器件诞生至今,随着工艺水平的发展,IGBT先后经历了7代升级,从平面穿通型(PT)到平面非穿通型(NPT),再到沟槽场截止型(Trench FS),芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项参数指标经历了不断的优化,阻断电压也从最初的600V提高到10000V以上。目前第四代产品是应用最广泛的IGBT品类。
如表2所示,根据工作环境的电压不同,IGBT可以分为低压(600V及以下)、中压(600V-1200V)、高压(1200V-6500V)。一般低压IGBT常用于变频白色家电、汽车零部件(燃油发动机点火控制器、车载空调)等领域;中压IGBT常用于工业控制(变频器、逆变电焊机)、新能源汽车(电机驱动控制系统、充电桩)、UPS电源等领域;高压IGBT常用于光伏、风电、轨道交通、电网等领域。
表2 IGBT主要应用范围
电压等级 | 电压范围 | 主要应用领域 |
低压 | 600V及以下 | 变频白色家电、汽车零部件(燃油发动机点火控制器、车载空调) |
中压 | 600V-1200V | 工业控制(变频器、逆变电焊机)、新能源汽车(电机驱动控制系统、充电桩)、UPS电源 |
高压 | 1200V-6500V | 光伏、风电、轨道交通、电网 |
依产品结构形式不同,IGBT有单管、IGBT模块和智能功率模块IPM三种类型。IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器等领域;IGBT模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车等领域;智能功率模块IPM主要在变频空调、变频洗衣机等白色家电领域有广泛应用。IGBT模块价值量最大,其市场占有率为50%以上,IPM模块和IGBT单管市场占有率分别为28%、20%。
从下游需求结构来看,工业控制和新能源汽车是IGBT需求占比最大的两个下游领域,分别占比为37%和28%,其次是新能源发电和家电变频市场,需求占比分别为9%和8%。
功率模块是功率器件按一定的功能组合再灌封而成的一个模块。它是一种集成了多种功率半导体器件(如IGBT、MOSFET、二极管等)、控制电路、散热设备等的模块化设备。功率模块主要有IGBT模块和IPM模块。
IGBT模块是由多个IGBT器件组成的功率模块。IGBT模块内部主要包含3个部件,散热基板、DBC(Direct Bonding Copper-直接覆铜陶瓷板)基板和功率芯片(包含IGBT芯片和二极管芯片),其余的主要是焊料层和互连导线,用途是将IGBT芯片、Diode芯片、功率端子、控制端子以及DBC连接起来。IGBT模块常用于高压、高电流的交流/直流变换器、逆变器和直流/直流变换器中。
IPM模块,即智能功率模块,不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起,而且还内部集成有过电压,过电流和过热等故障检测电路,可以提供全面的保护措施,以保证高功率电子设备的安全和可靠性。IPM模块一般使用IGBT作为功率开关元件,主要应用于变频空调、变频冰箱等白色家电产品。
功率半导体器件产业链结构如图6所示。上游主要包括硅、SiC等原材料,以及光刻、刻蚀、离子注入等半导体制造设备;中游是功率半导体的生产制造环节,主要包括Fabless和IDM模式,海外龙头厂商以IDM为主,国内IDM和Fabless共存;下游是应用环节,包括消费电子、家电、工业、通信、储能、汽车电子、新能源、轨道交通等。
图6 功率半导体器件产业链图谱
从大的行业来看,过去全球功率半导体市场一直稳中向好,但近期受下游应用市场疲软和库存调整的影响,市场有一定下滑。根据英飞凌2025年第二季度财报数据,功率半导体分立器件及模块市场规模从2023年的357亿美元下降至2024年的323亿美元,对应2,322亿元人民币。中国是全球功率半导体最大的消费国,占据了全球市场份额的34.5%,市场规模为801亿元。
如图10所示,全球功率半导体器件市场的集中度较高,主要被海外IDM巨头占据。全球功率半导体龙头企业英飞凌市场份额为17.7%,其次为安森美(8.7%)、意法半导体(7.0%)、三菱电机(4.7%)、富士电机(3.9%)等。
经过过去几年的加速发展,中国在功率半导体器件领域已有不错的表现,士兰微电子(600460)以3.3%的市场份额位居全球第六,较前一年排名进一步上升,继续稳居国内功率半导体行业首位。另一家中国公司比亚迪首次进入全球前十榜单,以3.1%的市场份额位列第七。其在功率半导体领域的快速进步,与其新能源汽车业务的迅猛发展密切相关。2024年比亚迪新能源乘用车销量超过425万辆,同比增长超过四成,全年整车销量突破427万辆,为功率半导体产品提供了广阔的应用空间。总体来看中国功率半导体器件厂商总营收、市占率正在持续增长,排名不断上升,逐渐缩小与海外龙头的差距。
除士兰微、比亚迪半导体以外,中国功率半导体器件企业进入全球20强的,还有安世半导体(闻泰科技)、华润微、中车时代电气。
如图11所示,从功率半导体器件细分产品来看,市场对MOSFET、IGBT以及二极管需求较大。根据芯谋研究的数据,MOSFET占功率分立器件市场份额最大,达到42.6%,其次是IGBT和功率二极管,三者占据了90%以上的功率器件市场。
图10 功率半导体器件全球市场竞争格局
图11 2021年全球功率半导体器件细分产品市场占比情况
表6详细统计了功率半导体器件不同细分领域的市场规模和市场玩家情况。
表6 功率半导体器件细分市场规模及市场玩家总览
一级分类 | 二级分类 | 全球市场规模(亿元) | 中国市场规模(亿元) | 主要市场玩家 |
第一代半导体(硅基Si) | 二极管 | 248 | 89 | 国外:威世、罗姆 国内:扬杰科技(300373.SZ)、闻泰科技(600745.SH)、华润微(688396.SH)、华微电子(600360.SH)、苏州固锝(002079.SZ)、瑞能半导体(IPO终止)、银河微电(688689.SH)、捷捷微电(300623.SZ)等 |
晶闸管 | 105 | 36 | 国外:意法半导体、恩智浦 国内:捷捷微电(300623.SZ)、瑞能半导体(IPO终止)、台基股份(300046.SZ)、时代电气(688187.SH)、派瑞股份(300831.SZ)等 | |
BJT | 38 | 17 | 国外:英飞凌、安森美 国内:华润微(688396.SH)、瑞能半导体(IPO终止)、银河微电(688689.SH)等 | |
MOSFET | 1,015 | 384 | 国外:英飞凌、安森美、德州仪器、意法半导体等 国内:华润微(688396.SH)、闻泰科技(600745.SH)、士兰微(600460.SH)、新洁能(605111.SH)、东微半导(688261.SH)、扬杰科技(300373.SZ)、捷捷微电(300623.SZ)等 | |
IGBT | 639 | 199 | 国外:英飞凌、三菱电机、富士电机、安森美等 国内:士兰微(600460.SH)、比亚迪半导体(IPO终止)、时代电气(688187.SH)、斯达半导(603290.SH)、华润微(688396.SH)、宏微科技(688711.SH)、华微电子(600360.SH)等 | |
第三代半导体(SiC、GaN) | SiC器件 | 224 | 61 | 国外:英飞凌、意法半导体、罗姆 国内:三安光电(600703.SH)、比亚迪半导体(IPO终止)、斯达半导(603290.SH)、时代电气(688187.SH)、深圳基本半导体(正在港股IPO申请) |
GaN器件 | 53 | 15 | 国外:英飞凌、安森美、意法半导体 国内:士兰微(600460.SH)、闻泰科技(600745.SH)、英诺赛科(2577.HK) |
数据来源于多家权威市场调研机构,包括WSTS、Maximize Market Research、Precedence Research等
1. 二极管
二极管行业技术壁垒较低,行业参与者众多,近年来市场规模表现较为稳定。根据Dataintelo报告显示,2024年全球功率二极管市场规模约为34.5亿美元(248亿元),预计到2032年将达到58亿美元(417亿元)。国内市场占比约35.9%,即89亿元市场规模。
二极管行业是我国功率半导体中发展最早、成熟度最高的市场,在低端应用市场中,已经基本实现国产替代,而在汽车等高端市场国产替代程度较低,可替代空间较为广阔。
国内核心的二极管生产制造企业包括安世半导体(被闻泰科技收购)、扬杰科技、苏州固锝、华微电子等,其中安世半导体和扬杰科技是国内这一领域的龙头企业。
2. 晶闸管
晶闸管技术相对成熟,其市场成长性趋于稳定。根据Precedence Research 预计,全球晶闸管市场规模在2024年为14.6亿美元(105亿元),到2034年将达到21.8亿美元(156亿元)左右,复合年增长率为3.88%。中国晶闸管行业市场规模2024年约36亿元。
国内晶闸管技术已发展相对成熟,市场竞争格局较为稳定。国内布局晶闸管的主要企业包括捷捷微电(300623.SZ)、瑞能半导体(IPO终止)、台基股份(300046.SZ)、派瑞股份(300831.SZ)、时代电气(688187.SH)。其中捷捷微电、瑞能半导体、台基股份是领域内头部企业。
3. BJT
根据Valuates Reports统计,2024年全球BJT市场规模达5.28亿美元(38亿元),预计到2030年,市场规模为8.23亿美元(59亿元)。2024年国内BJT市场份额为17亿元。
国外BJT主要厂商包括英飞凌、安森美,国内主要厂商包括华润微、瑞能半导体、银河微电、华微电子等。
4. MOSFET
MOSFET是功率半导体器件里面市场份额最高的细分领域。根据WSTS(世界半导体贸易统计组织)的数据及预测,2024年全球MOSFET市场规模为141亿美元(对应1,015亿元人民币),预计到2026年将增长至160亿美元(对应1,150亿元人民币)。2024年中国MOSFET市场规模约为53亿美元(384亿元人民币),占全球市场的37.6%。
英飞凌、安森美、意法半导体、东芝、瑞萨为代表的国外品牌目前占据全球MOSFET市场的主要份额,市场竞争格局相对稳定。我国知名功率半导体企业华润微、士兰微分别位列第八位和第十位,安世半导体(已被闻泰科技收购)位列第九位,三家合计市场份额占比10.26%。
根据芯谋研究发布的《中国MOSFET市场研究报告2022》,国内知名MOSFET器件厂商有近百家,其中亿元规模以上企业有21家,行业竞争非常激烈。
5. IGBT
根据WSTS数据,2024年全球IGBT市场规模达到89亿美元(对应639亿元人民币),预计到2026年将达到121亿美元(对应870亿元人民币)。2024年中国IGBT市场规模为199亿元。
IGBT技术和壁垒极高,全球IGBT市场主要由海外厂商占据,市场集中度高,海外厂商英飞凌、富士电机、三菱这三大企业占据了超过50%的市场份额。
国内在IBGT行业头部公司包括士兰微(600460.SH)、比亚迪半导体、斯达半导(603290.SH)、时代电气(688187.SH)、和华微电子(600360.SH),其中除斯达半导主要采用Fabless以外,剩下几家企业均采用IDM模式。
从业务上看,士兰微以IGBT单管和IPM模块为主,重点应用在工控和家电领域,在新能源汽车领域,士兰微也在加速放量;比亚迪半导体专注于车规级IGBT芯片及模块,重点应用在新能源汽车领域;斯达半导优势在于基于自研芯片的IGBT模块,主要覆盖新能源汽车和工控领域;时代电气背靠中车集团,主要在轨道交通、电网领域有领先优势,在新能源汽车领域,时代电气已与头部车企(广汽、东风)成立合资公司,在加速开始布局;华微电子作为功率半导体领域的老牌上市公司,产品矩阵齐全,其中IGBT产品广泛应用于家电和工业控制领域。
除上述几家头部公司以外,国内布局IGBT芯片及模块的上市企业还包括华润微(IDM,688396)、宏微科技(Fabless,688711)、扬杰科技(IDM+Fabless,300373)、新洁能(Fabless,605111)、台基股份(IDM,300046)等。
6. SiC器件
碳化硅(SiC)功率器件因其高耐压、低损耗、高频和耐高温等优异特性,被认为是下一代功率半导体的主流技术,尤其在新能源汽车、充电基础设施、可再生能源(光伏、风电、储能)、工业、轨道交通和消费电子等领域展现出巨大的应用潜力。根据深圳基本半导体IPO招股说明书数据,2020年至2024年,全球SiC功率器件行业经历了显著增长,市场规模从2020年的45亿元人民币增长到2024年的224亿元人民币。中国市场规模从2020年的11亿元增长至2024年的61亿元。
全球SiC器件的主要行业领导者为英飞凌、安森美、意法半导体、日本罗姆等。国内SiC器件整体发展较快,正不断突破,缩小与国际领先水平的差距。主要的行业参与者包括比亚迪半导体、三安光电、士兰微、斯达半导、泰科天润、基本半导体、时代电气等。
7. GaN器件
氮化镓(GaN)器件因其高频、高效、小尺寸和轻量化等优势,正在快速渗透到各个应用领域,成为继硅(Si)和碳化硅(SiC)之后,第三代半导体的重要组成部分。根据GII(日商寰球讯息有限公司)报告显示,2024年全球氮化镓半导体市场规模达7.37亿美元(53亿元人民币),预计到2032年将达到31.67亿美元(228亿元)。2024年中国氮化镓半导体市场规模为15亿元人民币。
全球GaN器件的主要行业领导者为英飞凌、安森美、意法半导体等。国内主要的行业参与者包括士兰微、闻泰科技(安世半导体)、英诺赛科等。
尽管当前全球功率半导体器件市场面临产能过剩与市场需求萎缩的双重挑战,市场较为低迷,但从长远需求来看,随着电动汽车、人工智能、新型能源领域的不断进步,电力需求仍会加速增长,功率半导体器件依然有广阔的发展空间。Yole预计未来5年全球功率半导体市场将以8.7%的复合年增长率增长。
从下游应用来看,消费电子、汽车电子、高性能计算、高端通信及新能源等领域将是未来功率半导体行业增长主要驱动力,特别是在高性能计算领域,先进功率半导体器件的需求正在加速增长,因为数据中心迫切需要能够高效转换电能的功率半导体,以降低成本并减少排放。据国际半导体产业协会(SEMI)数据显示,AI服务器中功率器件成本占比已从传统服务器的5%跃升至15%,在高端计算卡中甚至突破20%关口。
中国作为全球最大的功率半导体器件消费市场,在高端功率半导体领域一直被国际巨头占据,国内自给率不足20%,存在巨大的供需缺口。同时功率半导体器件技术迭代速度较慢,使用周期较长,国内厂商拥有充足的发展和追赶时间,并且功率半导体相对逻辑IC工艺技术难度低,国产厂商更容易实现技术追赶,这些因素叠加使得中国功率半导体有望成为一个极具前景的特色市场。
但客观来讲,当前国内功率半导体器件行业仍然面临产品同质化严重、中低端产能过剩的结构性矛盾,在此背景下,并购已成为企业加速发展的关键路径:一方面领域内上市公司通过横向或纵向并购快速补足技术和产品能力,提升自身竞争力,如扬杰科技收购贝特电子;另一方面功率半导体行业作为典型的"长坡厚雪"赛道,吸引了众多大型公司的关注,热点并购事件频发,包括长江产业集团收购台基股份、友阿股份收购深圳尚阳通、综艺股份收购江苏吉莱微。预计未来三年行业将呈现"技术并购+生态整合"的双轮驱动格局,特别是在证监会"并购六条"政策落地后,功率半导体产业的整合会加速进行。