中國功率半導體器件應用領域、市場規模及細分行業市場規模預測

一、功率半導體器件行業概況

功率半導體器件（PowerSemiconductorDevice）又稱電力電子器件（PowerElectronicDevice）。

1940年貝爾實驗室在研究雷達探測整流器時，發現硅存在PN結效應，1958年美國通用電氣（GE）公司研發出世界上第一個工業用普通晶閘管，標志著電力電子技術的誕生。

從此功率半導體器件的研制及應用得到了飛速發展，并快速成長為電子制造業的核心器件之一，還獨立成為電子電力學科。

功率半導體器件在電力電子行業有著非常廣泛的應用，是電子產品的基礎元器件之一，在產業電子化升級過程中，越來越得到重視與應用。

近年來，萬物互聯的呼聲越來越高，以汽車、高鐵為代表的交通工具，以光伏、風電為代表的新能源領域，以手機為代表的通信設備，以電視機、洗衣機、空調、冰箱為代表的消費級產品，都在不斷提高電子化水平，其中又以新能源汽車的高度電子化最為引人注目；與此同時，工業、電網等傳統行業也在加速電子化進程。

幾乎全行業的電子化發展，勢必大大增加了對功率半導體器件的需求。目前全球的功率半導體器件主要由歐洲、美國、日本三個國家和地區提供，他們憑借先進的技術和生產制造工藝，以及領先的品質管理體系，大約占據了全球70％的市場份額。

而在需求端，全球約有39％的功率半導體器件產能被中國大陸所消耗，是全球最大的需求大國，但其自給率卻僅有10％，嚴重依賴進口。

另外，當下中國大陸正尋求轉型，要將“中國制造”提升為“中國智造”，許多新技術、新應用都走在了全球前列，如新能源汽車、風力發電等；中國大陸還利用人工智能技術對傳統產業進行智能化升級。未來，中國大陸對功率半導體器件的需求將會越來越大；供需矛盾或將繼續被拉大。

為確保本土電子制造業的平穩發展，國家從資本、政策、產業鏈等多個維度對本土功率器件企業給予了大力支持。2019年中國半導體功率器件公司十強揚州揚杰科技股份有限公司揚杰科技是半導體分立器件行業的新興企業，是國家科技部火炬高技術產業開發中心認定的國家火炬計劃重點高新技術企業（批準文號：國科火字[2010]287號），2009年經江蘇省科技廳、財政廳、國家稅務局與地方稅務局聯合認定的國家高新技術企業、江蘇省AAA級信用單位、江蘇省創新型企業。吉林華微電子股份有限公司吉林華微電子股份有限公司是1999年10月吉林華星電子集團有限公司作為主要發起人，以與半導體功率器件生產經營業務相關的凈資產出資，聯合四川國營長虹機器廠，廣東樂華電子，廈門永紅電子，吉林龍鼎集團共同發起設立的股份制企業。無錫華潤華晶微電子有限公司無錫華潤華晶微電子有限公司，華潤華晶成立于2000年是華潤微電子旗下負責功率半導體器件業務的國家重點高新技術企業，中國半導體協會分立器件分會副理事長單位，生產國內著名的“華晶”牌分立器件。蘇州固锝電子股份有限公司蘇州固锝電子股份有限公司是在蘇州固锝電子有限公司基礎上依法轉制整體變更的股份有限公司。成立于1990年11月12日，由蘇州無線電元件十二廠（蘇州通博電子器材有限公司的前身）、香港明申公司、中國五金礦產品進出口總公司企榮蘇州貿易有限公司投資。樂山無線電股份有限公司樂山無線電股份有限公司及其合資企業是中國最大的分立半導體器件制造基地，中國電子信息百強企業。前身為樂山無線電廠，創建于1970年，目前包含多個合資企業的股份制集團，是以制造分立半導體為主，并努力向集成電路半導體發展的電子企業。無錫新潔能股份有限公司無錫新潔能股份有限公司（NCEPower）是中國現代大功率半導體器件的領航設計與銷售企業，專業從事各種大功率半導體器件與功率集成器件設計、生產和銷售。目標成為客戶全球最具價值的功率半導體器件與服務供應商。瑞能半導體有限公司根據國際電子商情報道顯示，瑞能半導體的前身最早可追溯到1964年飛利浦在歐洲（英國）成立的半導體功率器件部門，2004年又將其中的Bipolar產品制造線迀到吉林，成立合資公司，這也是飛利浦半導體第一個合資公司。2015年為了順應全球半導體發展的形勢，中國從世界工廠變成最大的采購單元，國家戰略希望由自主或合資的企業來趨動需求。為此，NXP進行業務分離，與建廣資本組建合資企業，這就是瑞能半導體的前世今生。瑞能半導體有限公司全球市場總監徐征接受國際電子商情記者采訪時透露，目前建廣資本占瑞能51%的股份，NXP為49%，未來三到五年NXP占比將逐漸收縮到20%，主導的投資方變成中方，這在瑞能的發展規劃中已經明確。常州銀河世紀微電子股份有限公司常州銀河世紀微電子股份有限公司于2006年10月08日成立，是一家專業從事半導體器件研發、生產、銷售和服務的高新技術企業。公司下屬常州銀河電器有限公司和泰州銀河寰宇半導體有限公司，公司經營范圍包括片式二極管、半導體分立器件、集成電路、光電子器件及其他電子器件等。蘇州捷捷微電子股份有限公司江蘇捷捷微電子股份有限公司創建于1995年，是一家專業從事半導體分立器件、電力電子元器件研發、制造和銷售的江蘇省高新技術企業、江蘇省創新型企業、中國半導體協會會員單位、中國電器工業協會電力電子分會先進會員單位。公司主導產品為（0.6～110）A/600-1600V雙向可控硅、（0.8～250）A/600-2200V單向可控硅、低結電容放電管、TVS等各類保護器件、高壓整流二極管、功率型開關晶體管。公司擁有五條半導體功率器件產品線。北京燕東微電子有限公司北京燕東微電子有限公司（YDME）成立于1987年，是一家專業化的集成電路設計、制造、銷售于一體的IDM高科技企業，國內優秀的模擬集成電路及分立器件制造商。數據來源：公開資料整理

相關報告：發布的《2020-2026年中國半導體分立器件制造行業市場消費調查及投資前景預測報告》

作為制造業大國，功率半導體器件在中國大陸的工業、消費、軍事等領域都有著廣泛應用，具有很高的戰略地位。

從發展歷程看，功率半導體器件先后經歷了：全盛于六七十年代的傳統晶閘管、近二十年發展起來的功率MOSFET及其相關器件，以及由前兩類器件發展起來的特大功率半導體器件，它們分別代表了不同時期功率半導體器件的技術發展進程。

概括來說，功率半導體器件主要有功率模組、功率集成電路（即PowerIC，簡寫為PIC，又稱為功率IC）和分立器件三大類；其中，功率模組是將多個分立功率半導體器件進行模塊化封裝；功率IC對應將分立功率半導體器件與驅動/控制/保護/接口/監測等外圍電路集成；而分立功率半導體器件則是功率模塊與功率IC的關鍵。功率半導體器件分類數據來源：公開資料整理

功率半導體器件又可根據對電路信號的可控程度分為全控型、半控型及不可控型；或按驅動電路信號性質分為電壓驅動型、電流驅動型等劃分類別。

常用到的功率半導體器件有PowerDiode（功率二極管）、SCR（晶閘管）、GTO（門極可關斷晶閘管）、GTR（大功率電力晶體管）、BJT（雙極晶體管）、MOSFET（電力場效應晶體管）、IGBT（絕緣柵雙極晶體管）、SIT（靜電感應晶體管）、BSIT（雙極型靜電感應晶體管）、SITH（靜電感應晶閘管）、MCT（MOS控制晶閘管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）、IEGT（電子注入增強柵晶體管）、IPEM（集成電力電子模塊）、PEBB（電力電子積木）等。

不同功率半導體器件，其承受電壓、電流容量、阻抗能力、體積大小等特性也會不同，實際使用中，需要根據不同領域、不同需求來選用合適的器件。

隨著技術的不斷進步，功率半導體器件在不斷演進。自上世紀80年代起，功率半導體器件MOSFET、IGBT和功率集成電路逐步成為了主流應用類型。

其中IGBT經歷了器件縱向結構、柵極結構以及硅片加工工藝等7次技術演進，目前可承受電壓能力從第四代的3000V躍升到了第七代的6500V，并且實現了高頻化（10-100kHz）應用。

為電能/功率處理的核心器件，功率半導體器件主要用于電力設備的電能變換和電路控制，更是弱電控制與強電運行之間的溝通橋梁，主要作用是變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理，對設備正常運行起到關鍵作用。

與此同時，功率半導體器件還具有綠色節能功能，被廣泛應用于幾乎所有的電子制造業，目前正從傳統工業制造和4C產業向新能源、電力機車、智能電網等領域發展。

另外，不同的細分領域，對功率半導體器件的電壓承受能力要求也不一樣，以IGBT為例，消費電子電壓一般在600V以下，太陽能逆變器及新能源汽車要求在600V-1200V，而軌道交通要求最高，范圍在3300V-6500V之間。功率半導體器件的應用及工作頻率數據來源：公開資料整理

二、功率半導體器件市場規模

功率器件是電子裝置電能轉換與電路控制的核心，可用于幾乎所有的電子制造業。涵蓋新能源(風電、光伏、電動汽車)、消費電子、智能電網、軌道交通等行業領域。近年來，我國功率器件市場規模不斷擴大。2016年我國功率器件(包括功率IC和功率模組)的市場規模為1,494.5億元，2017年達到1,611.1億元，同比增長7.80%，我國已成為全球最大的功率器件市場。預計我國功率器件市場規模未來三年復合增長率達到7.83%，高于全球平均增速，未來我國功率器件市場前景廣闊。全球功率半導體器件市場規模（B$）數據來源：公開資料整理中國功率器件市場規模（億元）數據來源：公開資料整理

中國大陸功率半導體器件市場規模約為全球的40％；并預估2023年全球功率半導體器件市場規模有望達到221.5億美元規模，年復合增長率為3.38％。全球及中國大陸功率分立器件市場規模分析（單位：億美元）數據來源：公開資料整理

三、細分行業市場規模分析預測

1、工業領域市場規模

功率半導體器件在占比最大的工業領域應用非常廣泛，如數控機床的伺服電機、軋鋼機和礦山牽引、大型鼓風機、發電系統等的電力電子變頻調速部分均有采用。

2017年全球工業半導體市場規模達490億美元，其中功率半導體器件規模大約為98億美元，占比達到20％，并以8.6％的年復合增長率繼續成長，預計到2020年，全球工業功率半導體市場規模有望達到125億美元。

不僅如此，功率半導體在工業領域的市場份額比重也在不斷提升，將由2016年的19.7％提升至2020年的20.8％。2016-2020年全球工業領域半導體整體市場及其功率半導體器件市場規模分析單位：億美元）數據來源：公開資料整理

2、光伏、風電領域市場規模

光伏、風電行業已經成為電力行業的重要補充，部分國家，如丹麥，40％的電力由風電供應，中國大陸近幾年可再生新能源發電量更是快速增長。2017年全球風電新增裝機量為59.4GW，光伏新增裝機量約為80GW，合計帶動功率半導體器件市場規模約為16.6億美元。

研究院推斷，預計2020年全球光伏與風電市場將帶動功率模塊27.54億美元。其中IGBT模塊市場占比達到74％，約為20億美元。2015-2020年全球、中國大陸光伏、風電市場分析數據來源：公開資料整理

3、汽車領域市場規模

近年來，最受關注的應用領域為汽車行業，正在經歷汽車發展史上最快的電子化轉型期，搭載電機、電池、電控的新能源汽車在汽車總產量中的占比由2014年的0.39％增長至2017年的1.26％，預計2020年占比有望達到4.65％。

2018年1~8月，中國大陸新能源汽車產銷分別完成60.7萬輛和60.1萬輛，比上年同期分別增長75.4%和88%；其中，新能源乘用車銷量占比達87%。全球新能源汽車產量及在總產量中的占比分析數據來源：公開資料整理

2017年全球汽車半導體市場規模約為347.69億美元，并以3.3％的年復合增長率增長，預計到2020年，全球汽車半導體市場規模可擴大到383億美元。

與此同時，功率半導體器件市場規模也達到了58億美元，并以6.4％的增速發展，預計到2020年達到70億美元。功率半導體器件的增長速度幾乎是汽車半導體市場增速的2倍，其比重也在不斷增大，將從2014年的15.66％增加到2020年的18.27％。全球汽車半導體、功率半導體器件市場規模分析數據來源：公開資料整理

4、充電樁市場規模

充電樁是與新能源汽車產業相關的一大應用領域，也是IGBT或MOSFET重要應用高地。

現階段，主流直流充電樁的功率在60kw和120kw，如果采用15kw的功率模塊，則需要4個或8個功率模塊。目前充電樁的功率模塊有兩種解決方案，一是采用MOSFET芯片，另一種是采用IGBT芯片。

其中IGBT適用于1000V以上、350A以上的大功率直流快充，其成本可達充電樁總成本的20-30％；只是當下基于充電樁功率、工作頻率、電壓、電流、性價比等綜合因素考量，MOSFET暫時成為充電樁的主流應用功率半導體器件。

不過，近年新能源車采用快充方式越來越多，著眼未來，IGBT才是充電樁的最佳選擇，預計未來其將在充電樁領域獲得快速發展。

由于國內外新能源汽車產業發展進度不一樣，對配套的公共充電樁、私人充電樁建設進度也不一樣，下面以全球充電樁建設規模最大的中國大陸市場為例介紹。

截至2018年4月，中國大陸在運營公共充電樁約為262058臺，同比增長62.5%；其中交流充電樁114472臺、直流充電樁81492臺、交直流一體充電樁66094臺；另外還投建有281847臺私人充電樁，同時國家政策也在向私人充電樁傾斜，預測2020年，私人充電樁累計建設規模有望達到400萬臺。中國大陸2015-2020年充電樁新增建設規模分析（單位：萬臺）數據來源：公開資料整理

目前公共充電樁制造成本約為3萬元/臺、私人充電樁約為5000元/臺，若以每臺充電樁中功率半導體器件成本占比為25％計算，則有，2015-2020年中國大陸充電樁功率器件新增市場規模分別為：7.8億、3.3億、6.7億、10.87億、19.79億、37.84億元。

另外，從數據中發現，2016年中國大陸因整頓新能源車企造假問題，充電樁產量增量大幅下滑，該年充電樁功率半導體器件市場增速為-56.9％，但進入2017年后，并預計到2020年，年增速不低于61％。2015-2020年充電樁功率半導體器件新增市場規模分析（單位：億人民幣）數據來源：公開資料整理

5、通信領域市場規模

通信行業同樣擁有龐大的應用市場，細分市場主要包括路由器、交換機、通信基站、光端機、對講機等。