国内功率半导体行业简要研究

一

行业概况

功率半导体发展历史悠久，最早可以追溯到1904年法国实验者A.Nodon发明的第一个用于电源电路的半导体器件——电解整流器。这深受早期无线电实验者的欢迎。而随着科技的发展，功率半导体在电子领域的重要性逐渐凸显出来，至今，功率半导体已经成为电子电力行业的核心。

图1 功率半导体发展历史

功率半导体属于半导体的一个细分领域，是电子领域实现电能转换和电路控制的核心器件，主要用于电子装置中电压和频率、直流交流转换等，可以分为功率IC和功率分立器件两大类。 

图2半导体产品分类

图3：功率半导体工作的用途

几种重要功率半导体如下：

1. 二极管

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。它具有单向导电性能，即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，二极管导通。当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止。因此，二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。

图4 二极管产品图

2. 晶闸管

晶闸管设计用于在高电流和高电压下工作，并且通常用于AC电流到DC电流的整流以及AC电流到不同幅度或频率的整流。我们通常将晶闸管分为以下几组：可控硅整流器（通常称为晶闸管）和栅极关断晶闸管（GTO），它们是高功率器件。

图5 晶闸管产品图

3. MOSFET

MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）简称金氧半场效晶体管，是一种可以广泛使用在模拟电路和数字电路的场效应晶体管。MOSFET可以实现较大的导通电流，导通电流可以达到上千安培，并且可以在较高频率下运行可以达到MHz甚至几十MHz，但是器件的耐压能力一般。因此MOSFET可以广泛的运用于开关电源、镇流器、高频感应加热等领域。

图6 功率MOSFET产品图

4. IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor即绝缘栅双极型晶体管）

IGBT是由BJT和MOSFET组成的复合功率半导体器件，同时具备MOSFET开关速度高、输入阻抗高、控制功率低、驱动电路简单、开关损耗小的优点和BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。因此IGBT具备MOSFET的开关速度高、输入阻抗高、控制功率低、驱动电路简单、开关损耗小等优点，同时具备BJT导通电压低、通态电流大、损耗小等优点。IGBT在高压、大电流、高速方面有突出的产品竞争力，已经成为功率半导体主流发展方向。

图7 IGBT模块产品图（绝缘栅双极型晶体管）

功率半导体的运用领域广泛，包括输电网、风力发电、轨道交通、光伏发电、汽车电子、白色家电等。

图8 功率半导体主要应用领域

二

行业规模及发展现状

近年来，功率半导体的应用领域已从工业控制和消费电子拓展至新能源、轨道交通、智能电网、变频家电等诸多市场，市场规模呈现稳健增长态势。根据IHS Markit 数据，2018年全球功率半导体市场规模约为391亿美元，预计至2021年市场规模将增长至441亿美元，年复合增速达4.1%。

中国已成为世界最大功率半导体消费市场，未来仍有望保持高速发展。目前国内功率半导体产业链正在日趋完善，技术也正在取得突破。同时，中国也是全球最大的功率半导体消费国，IHS Markit 数据显示，2018 年中国市场需求规模达到138 亿美元，增速为9.5%，占全球需求比例高达 35%，并且预计未来中国功率半导体将继续保持较高速度增长，2021 年市场规模有望达到159 亿美元，年复合增速达4.8%，中国市场预计仍是行业增长的主要驱动力。

图9  全球功率半导体市场规模及增速    

图10  中国功率半导体市场规模及增速

中国大陆占有全球份额的43%，且随着国内环保意识的逐渐增强，对功率半导体器件的需也会逐渐增大。但是，中国大陆在功率半导体器件领域几乎处于全产业链落后的被动局面，包含国际大厂产能在内的国内市场自给率大约只有10％，而由本土企业贡献的份额甚至只有5％，这其中还包括了功率二极管等本土最具优势的中低端器件，其余产品供应主要依赖进口实现。其主要原因，在于中国大陆企业受起步晚、技术水平较低、产品线不齐全、企业规模小等因素，还处于追赶状态，远远落后于老牌企业。

在全球功率半导体市场，功率IC 和功率分立器件几乎平分了整个市场份额。根据Yole、IHS、Gartner 数据汇总分析，2017年，功率IC 和功率器件全球市场份额分别为54% 和46%。其中，在功率分立器件市场中，MOSFET 和IGBT 占比较大，分别为17% 和15%，功率二极管/整流桥占比稍低，为12%。 

在中国功率半导体市场，电源管理IC、MOSFET 和IGBT 合计占据了95%的市场份额。其中，电源管理IC 市占率高达61%，占比最大，MOSFET 和IGBT 市场份额分别为20% 和14%。得益于下游消费电子、新能源汽车、通讯行业近几年的快速发展，电源管理IC 市场近几年持稳健增长的态势，截止2018 年，中国电源管理IC 市场规模已达84.3 亿美元。同时，未来伴随新能源汽车行业的快速发展，MOSFET 和IGBT 也将迎来广阔的成长空间。

随着功率半导体产品类别不断拓展以及性能的不断提升，下游应用领域也不断的拓宽。目前，功率半导体应用已经从传统的工业控制、4C产业、轨道交通领域拓展到新能源发电、新能源汽车、智能电网和LED照明等新兴领域。从2017 年全球市场份额看，根据IHS Markit数据，工业控制占比最高为23%，其他领域，消费电子占比20%，计算机占比20%，汽车电子占比18%，网络通讯占比18%。近几年来，以新能源汽车和光伏发电为代表的新能源行业发展迅速，未来该领域的市场占比有望进一步提升。

图15 2017年全球功率半导体市场下游结构

三

行业产业链介绍

行业上游是电子材料，包括设备与原材料；中游是半导体元器件的生产，包括设计、制造、封测；下游是终端产品。

图16 功率半导体行业上下游

功率半导体器件的生产过程大致上可以分为：材料晶圆的制作，功率器件芯片的生产，对芯片的封装以及最后的下游应用这四个阶段。

图17 功率半导体制造工艺

四、行业竞争情况

从市场格局来看，全球功率半导体市场中，海外龙头企业占据主导地位。全球前五大功率半导体厂商分别为英飞凌、德州仪器、安森美、意法半导体和高通，前五大厂商市场份额为39%，其中，英飞凌市占率高达14%，长期稳居行业第一。

图18 2018年全球功率半导体市场份额情况

在功率IC 领域，总体来看，市场竞争格局比较成熟，美国厂商具有绝对优势，日本企业虽然数量众多，但是市场份额普遍较小。根据IHS数据，2018 年全球功率IC 前五大厂商分别为德州仪器、英飞凌、高通、ADI和意法半导体，市占率合计为44%，德州仪器以16% 的市占率稳居行业龙头地位。

图19 2018年全球功率IC市场格局

在MOSFET领域，根据iHS数据，前五大厂商高分别为英飞凌、安森美、瑞萨、东芝和意法半导体，市占率合计为62%，集中度较高，英飞凌以27% 的市占率高居行业龙头地位。目前，国厂商由于技术落后，主要在低压领域布局，在中高压领域基本还是外国企业处于主导地位。

图20 2018年全球MOSFET市场格局

在IGBT领域，根据IHS数据，2018年全球IGBT 市场前五大供应商分别为英飞凌、三菱、富士机电、赛米控、威科电子，五家企业市场份额为67%，占比较大。其中，英飞凌一家市占率就高达34%。

图 21 2018年全球IGBT市场格局

中国已成长为世界最大功率半导体消费国，但市场还是外国企业占主导地位。2018 年，根据IHS数据，中国功率半导体市场规模已达138亿美元，而全球的市场规模为391亿美元，中国市场的占比已经高达35%，远超其他国家。2018 年中国功率半导体市场前五大供应商分别为英飞凌、安森美、德州仪器、高通和Dialog，合计市场份额为42%，英飞凌凭借14% 的市占率位居首位。

图 22 2018年中国功率半导体市场格局

根据中国半导体行业协会统计数据，以2018年度销售额计，华润微是中国规模最大的功率器件企业。

表 国内排名前10的企业及其销售情况如下：

数据来源：中国半导体行业协会