功率器件市场发展期:新能源产业已成主要力量_PCIM功率器件展

功率半导体器件，也称为电力电子器件，是电力设备中用于电能变换和控制电路的核心部件，广泛应用于大功率场景。其主要功能包括逆变(将直流电转换为交流电)、整流(将交流电转换为直流电)、斩波(直流电的升降压)和变频(交流电之间的转换)。在功率分立器件中，MOSFET(金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管)和 IGBT(绝缘栅双极晶体管)是目前的主流选择。

新能源汽车：功率器件需求增长的核心驱动力

广泛的下游应用，新能源汽车占据主导地位

功率器件作为电能转化和电路控制的核心，其下游应用领域极为广泛，涵盖了新能源(风电、光伏、储能和电动汽车)、消费电子、智能电网、轨道交通等多个行业。由于不同细分领域对频率、电压、损耗等性能要求各异，因此会根据具体需求选择合适的功率器件。从下游应用的分布来看，汽车领域占比高达40%，是功率器件最大的应用市场;其次是工业领域，占比27%;消费电子占13%;其他领域(如通信、计算机等)合计占比20%。功率器件在汽车和工业领域的应用更为集中，需求稳定性也更强，而在消费领域的应用相对较少。

IGBT、SiC模块和MOSFET成为增长主力军

根据市场研究机构 Yole 的数据，全球功率半导体器件市场规模在2021年约为175亿美元，预计到2026年将增长至262亿美元，年复合增长率达到6.9%。在这一增长趋势中，IGBT模块、SiC(碳化硅)模块、MOSFET和GaN(氮化镓)产品是主要的增量来源。

具体来看，硅基MOSFET市场规模预计将从2021年的75亿美元增长至2026年的94亿美元，年复合增长率为3.8%;IGBT市场规模将从54亿美元增长至2026年的84亿美元，年复合增长率为7.5%;SiC模块市场规模则将从2020年的不足5亿美元增长至2026年的超过20亿美元。值得注意的是，这些功率器件的增长主要受到电动车和工业领域(尤其是光伏、风电和储能)的驱动。

国产替代空间广阔，高端器件依赖进口

在国内市场，部分低端功率器件如功率二极管、功率三极管、晶闸管、中低压MOSFET等已经实现了国产化替代。然而，对于技术及工艺更为复杂的高端器件，如高压超级结MOSFET、IGBT等，国内仍较大程度上依赖进口，国产化率较低。这意味着在未来，随着国内技术的进步，高端功率器件的进口替代空间将非常广阔。

电动化与高压化推动车用功率器件价值量大幅提升

车用功率器件的快速增长主要得益于汽车的电动化进程。为了满足新能源汽车动力系统的高功率需求，400V(或更高电压)的电气平台被广泛引入，这使得功率器件的使用量大幅增加。

新增的功率器件主要应用于主驱逆变器、车载充电机(OBC)、直流 - 直流变换器(DC - DC)等动力系统零部件。除了动力系统之外，热管理系统中的PTC加热器、压缩机、水泵和油泵等部件也需要功率器件来驱动，此外，配套的充电桩同样需要使用大量的功率器件。不同的功率等级也决定了不同功率器件的选择。

与传统燃油车相比，插电混动和纯电汽车由于新增了高压、大功率的功率器件，其价值量显著提升。据英飞凌测算，传统燃油车的功率器件价值量约为70美元，而纯电和插电混动汽车的半导体价值量高达834美元，其中438美元的增量中有330美元来自于功率器件。在全球市场中，尤其是在欧洲地区，48V混动系统仍占据一定市场份额，其176美元的增量中有90美元来自于功率器件。

高压化是汽车电动化之后的一个新趋势，即将目前电动车的400V电气平台升级为800V电气平台。这一升级能够有效降低充电时间、提升电气平台效率，同时减轻整车重量。其中，加快充电速度以减少里程焦虑是下游客户选择高压平台的主要原因之一。据保时捷测算，在400公里续航里程的条件下，800V高压平台可以将充电时间从29分钟缩短至19分钟，大幅减少了用户在充电站的等待时间。

目前，国内新势力车企、传统整车厂以及海外平台都在积极推进高压化。高压电气平台对使用的电力电子设备提出了更高的要求，因此其中的功率器件也需要进行全面升级。除了动力电池及电池管理系统(BMS)需要提升外，高压电路中的主驱逆变器、OBC、DC - DC、电空调中的功率器件都需要向更高耐压的型号升级，从而进一步提升了单车功率器件的价值。

风、光发电及储能设备拉动功率器件需求增长

在新能源发电领域，风能发电和光伏发电市场发展迅速。由于风能和光伏直接产生的电能不能直接并入电网，因此需要通过变流器、逆变器等设备进行电能转换，以便储存或并入电网。储能领域也是如此，储能变流器需要控制储能电池组的充放电，进行交直流变换，而功率器件作为核心电能变换器件，其需求迎来了大幅增长。

在光伏发电领域，光伏逆变器主要分为集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器。根据不同的应用环境和功率要求，会选择不同类型的逆变器。光伏逆变器中包含升压模块和逆变模块，通常采用3相全桥形式。逆变模块需要6组IGBT，例如阳光电源的逆变器SG125HV，使用了3个英飞凌的IGBT模块，每个模块中封装了2组IGBT。升压模块中用到Boost电路，会根据功率需求配置几组MOSFET器件。由于碳化硅器件的转换效率较高，其在新能源发电中的应用逐渐增多。

国产光伏逆变器厂商在全球市场中占据领先地位。2019年，在全球逆变器出货量排名前十的企业中，有六家来自中国，分别是华为、阳光电源、古瑞瓦特、锦浪科技、上能电气和固德威。其中，华为和阳光电源的市场占有率分别达到22%和13%，位居全球前两位。国产逆变器厂商实力雄厚，出货量稳定，这也有利于国产功率器件进入国际市场。

在风力发电领域，风电变流器是关键部件之一，它根据风速大小适应发电机转速，使风机实现最佳风能捕获。风电变流器分为机侧和网侧两部分，采用IGBT模块。机侧和网侧的变流器各有6组IGBT，共计12组。由于单个功率模块的功率有限，每组IGBT通常会使用多个IGBT模块进行并联，以达到所需的电压和功率。

在碳中和、碳达峰的大趋势下，全球风电、光伏的新增装机量持续快速增长。2021年，全球光伏新增装机量达到175GW，同比增长超过21%;风电新增装机量约为94GW，同比基本持平。随着风力和光伏发电设备装机量的增加，电网在输配、波动性调控方面的难度加大，储能市场迎来了爆发式增长。预计到2025年，风电、光伏、储能的总计新增装机量将增长至687GW。结合功率器件每GW的价值，据测算，2021年全球光伏逆变器、风电变流器、储能变流器所需的功率器件市场规模约为114亿元，到2025年有望增长至255亿元(按6.7的汇率折算为38亿美元)，年复合增长率达到22%。

国产替代需求强烈，市场格局逐渐变化

国际大厂主导，IDM与Fabless模式并存

在功率器件的主要细分领域中，国际大厂仍然占据主导地位。英飞凌在功率MOSFET、IGBT单管、IGBT模块市场的份额分别为24.4%、29.3%、36.5%，遥遥领先于其他竞争对手。紧随其后的是安森美、意法、东芝、瑞萨、三菱等欧美日系企业。令人欣喜的是，在功率MOSFET市场中，华润微、安世、士兰微等国内企业已经跻身全球前十;在IGBT单管市场中，士兰微也进入了全球前十;在IGBT模块市场中，斯达半导体同样榜上有名。尽管目前国内企业的市场占有率还相对较低，但这也表明国内产品的竞争力正在逐步提升。

IDM与Fabless模式并存，MOSFET市场仍由欧美日主导

目前，半导体企业的经营模式主要分为IDM(垂直整合制造)模式和Fabless(无工厂设计)模式。IDM模式具有技术内部整合的优势，有利于积累工艺经验，但资金投入较大，且在半导体行业下行周期中，容易因产能过剩而陷入被动局面。随着全球半导体产业分工的逐步细化，Fabless模式已成为芯片设计企业的主流经营模式之一，行业整体呈现出IDM与Fabless并存的局面。

功率器件行业壁垒高，国际大厂具有先发优势

功率器件市场长期以来一直由国际大厂主导，主要原因在于该行业的进入壁垒较高。特别是在制造和封装工艺方面，需要深厚的技术积累，同时还有很高的认证门槛。功率器件在半导体行业中属于特色工艺，并不追求先进制程，除了光刻之外，还包括沟槽、减薄、能量注入、背面金属化等一系列独有的工艺，这些工艺进一步加深了行业的壁垒。

功率器件的封装工艺同样至关重要，它直接关系到器件的性能。优秀的封装工艺能够提高器件的最大功率和耐久性，而这需要长时间的技术积累。未来，随着SiC(碳化硅)材料的逐渐应用，为了最大化挖掘其性能，新的封装形式和封装技术将会被大量采用，例如银烧结、AMB(活性金属钎焊)、转模封装等。英飞凌、安森美、意法等国际大厂在制造和封装工艺上拥有深厚的技术沉淀，并且大多采用IDM模式，工艺经验不断积累和提升。以英飞凌为例，其IGBT产品历经七代升级，从最初的平面栅到沟槽工艺，再到最新的微沟槽，功率密度持续提升，开关性能不断优化，损耗也持续降低。

随着新能源汽车产业的蓬勃发展以及风电、光伏等新能源发电领域的持续扩张，功率器件市场迎来了前所未有的发展机遇。新能源汽车的电动化和高压化趋势，使得车用功率器件的价值量大幅提升;而风电、光伏及储能设备的快速增长，则进一步拉动了功率器件的需求。尽管国际大厂目前仍占据主导地位，但国内企业在部分细分市场已经取得了突破，国产替代空间广阔。未来，随着国内技术的不断进步和市场的进一步拓展，功率器件行业有望在新能源产业的推动下，实现更大的发展。

来源：PCIM功率器件展