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功率半導體行業(yè)基本情況及發(fā)展趨勢
思瀚產業(yè)研究院 谷捷股份    2024-06-13

功率半導體是電力電子裝置中實現(xiàn)電力控制和轉換的核心部件，主要功能為調整或改變電路中的電壓、電流、頻率等物理特性，以實現(xiàn)對電能的管理，其廣泛運用于新能源汽車、工業(yè)控制、新能源發(fā)電、儲能、消費電子等領域。

從分類看，功率半導體分立器件主要包括二極管、晶閘管和晶體管。其中二極管、晶閘管等生產工藝相對簡單，在中低端領域大量使用，目前已基本實現(xiàn)國產化。而以 IGBT 為代表的晶體管器件更多應用于高壓、高可靠性領域，生產工藝門檻較高且結構相對復雜，技術含金量與產品附加值高，目前大部分市場份額被國外廠商所占據(jù)。

隨著下游應用領域的快速發(fā)展，功率半導體需求快速增長，尤其是在新能源汽車領域。由驅動電機、電機控制器等組成的電驅動系統(tǒng)作為汽車的動力之源，是整車的核心組成部分，IGBT 功率模塊在電機控制器中發(fā)揮了核心作用，直接控制直、交流電的轉換，同時對交流電機進行變頻控制，通過決定驅動系統(tǒng)的扭矩和最大輸出功率來直接影響新能源汽車的加速能力和最高時速，堪稱核心之核“芯”。

（1）IGBT 行業(yè)概況

1）基本介紹

IGBT 根據(jù)其電壓等級的不同，可分為低壓、中壓和高壓三大類：

低壓，電壓范圍600V以下，主要應用消費電子領域。

中壓電壓范圍 600V-1,200V， 主要應用新能源汽車、工業(yè)控制、家用電器等領域。

高壓電壓范圍 1,700V-6,500V ，主要應用新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)等領域。

IGBT 在使用中高度重視散熱性和可靠性，因此封裝環(huán)節(jié)至關重要。根據(jù)應用場景和對性能要求的不同，可將IGBT功率模塊分為消費級、工業(yè)級和車規(guī)級。與消費級和工業(yè)級半導體相比，車規(guī)級半導體對產品的可靠性、一致性、安全性、穩(wěn)定性和長效性要求較高。

2）應用領域

應用領域方面，根據(jù)高工產業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2020 年我國 IGBT 在新能源汽車的應用占市場價值的 28%，僅次于工業(yè)控制領域。在新能源市場持續(xù)爆發(fā)的帶動下，新能源應用有望成為我國“十四五”IGBT 需求增長最大的下游驅動力。高工產業(yè)研究院預計，2025 年 IGBT 在新能源汽車應用市場占比將超過工業(yè)控制應用，成為我國 IGBT 第一大應用市場。

3）市場規(guī)模與競爭格局

全球市場規(guī)模方面，根據(jù)華經產業(yè)研究院數(shù)據(jù)，全球 IGBT 功率模塊市場規(guī)模在過去幾年中保持持續(xù)增長，從 2017 年的 46.8 億美元增長至 2021 年的 70.9億美元，年均復合增長率 10.9%。

市場競爭格局方面，目前全球 IGBT 市場大部分份額被國外企業(yè)所占據(jù)，英飛凌是其中龍頭。根據(jù)思瀚產業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2020 年英飛凌占全球 IGBT 模塊市場份額的 36.50%。

（2）SiC 功率器件簡述

目前，以 IGBT 為代表的功率半導體器件主要采用硅基材料制作，但受制于材料化學性能，由其制作的功率器件功率密度已接近極限。而與硅基材料相比，以碳化硅（SiC）為代表的第三代半導體材料擁有更為優(yōu)越的電氣特性，能夠滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求，已逐漸開始應用于大功率器件。

在同樣體積條件下，碳化硅功率器件可擁有更高功率密度，從而提升整體性能，降低整體能耗。值得注意的是，硅基材料與碳化硅材料之間各有利弊，并無絕對的替代關系，只是在特定的應用場景中存在各自的比較優(yōu)勢。

盡管 SiC 模塊相比同等 IGBT 模塊開關損耗和導通損耗較低，但由于 SiC 模塊主要用在更高功率密度的使用場景中，加之其開關頻率較高，損耗亦會增加，發(fā)熱問題依然突出，仍需高性能散熱基板來解決散熱問題，以滿足 SiC 模塊正常工作需要。

（3）新能源汽車功率半導體行業(yè)基本情況

1）新能源汽車功率半導體基本應用

功率半導體是新能源汽車中的核心元器件，目前主要以 IGBT 為主，IGBT在新能源汽車中的主要應用。

電機控制器用 IGBT 功率模塊價值占比最大，作用最為重要。電控 IGBT 模塊由于自身功率等級較高，同時面對復雜環(huán)境和特殊工況，發(fā)熱現(xiàn)象較為嚴重，為保證其性能正常發(fā)揮，需要有可靠的散熱結構設計，配備性能良好的散熱基板。發(fā)行人所產散熱基板，即用于配套電機控制器用功率半導體模塊。

2）新能源汽車功率半導體市場規(guī)模

近年來，全球新能源汽車 IGBT 市場高速增長，根據(jù)高工產業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021 年全球新能源汽車 IGBT 行業(yè)市場規(guī)模達 140.6 億人民幣，預計 2025 年市場規(guī)模有望達到 497.9 億人民幣，年均復合增長率約 37.2%，遠高于 IGBT 行業(yè)

（4）其他領域功率半導體應用情況

在新能源發(fā)電領域，IGBT 功率模塊亦得到廣泛運用。光伏發(fā)電中，光伏逆變器需要將光伏發(fā)電所產生的直流電轉化為符合電網(wǎng)電能質量要求的交流電，

IGBT 則是光伏逆變器的核心部件。風力發(fā)電中，風電變流器需要將風電機組在自然風作用下產生的電壓頻率、幅值不穩(wěn)定的電能轉換為頻率、幅值穩(wěn)定，符合電網(wǎng)要求的電能，風電變流器的功能實現(xiàn)同樣需使用 IGBT。

由于光伏、風電等新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性，棄風棄光等問題隨之產生，對電網(wǎng)的消納能力亦是嚴峻考驗。為新能源發(fā)電配套安裝電化學儲能裝置能夠有效平抑、消納、平滑新能源發(fā)電的輸出，儲能市場因此也迎來發(fā)展良機。IGBT 作為儲能變流器的核心半導體部件，可對電能起到整流、逆變等作用，以實現(xiàn)新能源發(fā)電的交流并網(wǎng)、儲能電池的充放電等功能。

更多行業(yè)研究分析請參考思瀚產業(yè)研究院《2023-2028年中國功率半導體行業(yè)市場分析及投資潛力研究報告》，同時思瀚產業(yè)研究院亦提供行研報告、可研報告、產業(yè)規(guī)劃、園區(qū)規(guī)劃、商業(yè)計劃、專項調研、建筑設計、境外投資報告等相關咨詢服務方案。