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功率半導體屬於泛類比電路領域。功率半導體是生活必需品，就像人們需要「柴火、米、油和鹽」一樣，機器也需要消耗功率裝置。凡是與電能轉換相關的領域都需要功率半導體。該產業的波動與大宗商品價格走勢一致，產品價格與全球GDP趨勢密切相關。每4-5年的產業波動與半導體週期高度吻合。

單機矽含量的提升推動了產業發展，而更高的效率和更優的性價比則推動了技術進步。需求來自各行各業，而單機半導體（矽）含量的提升是其核心法則。所有技術進步都指向四個方向：1）更高的功率；2）更小的尺寸；3）更低的損耗；4）更優的性價比。參與競爭的主流廠商皆為IDM模式，其策略為：1）在規模化的前提下保證品質；2）在逐年優化單品成本的前提下提高效率。

材料技術的突破推動了該行業的深化發展。產品形態也從單一二極體和MOS管發展到整合IGBT，基板也從矽基板發展到寬帶隙半導體基板。更寬的帶隙使得產品性能和效率遠優於矽基板功率裝置，但目前在性價比方面優勢並不明顯。未來趨勢：隨著化合物半導體製造成本的降低，其優勢可望取代矽基功率半導體裝置。

高附加價值產品長期以來一直被歐美廠商壟斷，國內替代勢在必行。國內IDM模式的工廠寥寥無幾，核心製程幾乎全由歐美廠商自主研發。他們憑藉產品優勢控制交貨週期，從而掌控整個產業的價格體系。尤其對於高壓MOS和高功率IGBT等產品，交貨週期往往超過50週，且價格自2016年以來基本上呈現上漲趨勢。

IDM模式優勢更多，無晶圓廠模式發展更快。 2020年的投資機會將來自半導體週期復甦上升的3-4年宏觀週期環境。 IDM模式公司在成本方面比無晶圓廠模式更具優勢。建議關注相關產業鏈目標：聞泰科技（600745）、捷捷微電子（300623）、揚捷科技（300373）、太極科技（300046）、中芯國際（600360）、星辰半導體（603290）、中芯國際（600360）、星辰半導體（603290）、中芯國際（A18105）。

風險提示

1）國產晶片的發展進度低於預期；

2）對積體電路產業的政策支持力度減弱；

3）外國半導體設備公司對國內公司實施設備禁運。

半導體功率元件是指具有單一功能的基本電路元件，主要實現電能的處理和轉換。

二極體結構簡單，但只能用於整流，無法控制其導通或關斷。電流控制開關元件包括功率電晶體和晶閘管。 MOSFET 和 IGBT 是壓控開關元件，它們易於驅動、開關速度快、損耗低。

功率半導體是電子設備中功率轉換和電路控制的核心。它們主要用於電子設備中的電壓和頻率轉換、直流到交流轉換等。任何需要電流、電壓和相位轉換的電路系統都會用到功率元件。 MOSFET 和 IGBT 的主要功能是將發電設備產生的電壓和頻率雜亂的“粗電流”，透過一系列轉換調製，轉換成具有特定電能參數和功率端、且供需變化的“精細電流”。它們是電子功率轉換設備的核心元件之一。

在分立元件的發展過程中，20 世紀 50 年代，功率二極體和功率電晶體被引入並應用於工業和電力系統。

從 1960 年代到 1970 年代，晶閘管等半導體功率元件發展迅速。

1970年代末，平面功率MOSFET被開發出來；

20 世紀 80 年代末，溝槽式功率 MOSFET 和 IGBT 逐漸普及，半導體功率元件正式進入電子應用時代。

1990 年代，超結 MOSFET 逐漸出現，打破了傳統的“矽限制”，以滿足高功率和高頻應用的需求。

2008 年，英飛凌率先推出了屏蔽柵極功率 MOSFET，進一步提高了半導體功率元件的性能。

就國內市場而言，大多數分立元件產品，例如功率二極體、功率三極管和晶閘管，已實現國產化。然而，像MOSFET和IGBT這樣的分立元件產品，由於其技術和製程較為先進，因此仍很大程度上依賴進口。未來，這些產品在進口替代方面仍有龐大的空間。

近年來，功率半導體的應用領域已從工業控制與消費性電子擴展到新能源、軌道運輸、智慧電網、變頻家用電器等許多市場，市場規模呈現穩定成長態勢。根據IHS Markit預測，2018年全球功率元件市場規模約39.1億美元，預計2021年將成長至44.1億美元，年均成長率為4.1%。

目前，國內功率半導體產業鏈日趨完善，技術也持續取得突破。同時，中國也是全球最大的功率半導體消費國。 2018年，中國功率半導體市場需求達到13.8億美元，年增9.5%，佔全球需求的35%。預計未來中國功率半導體市場將持續維持高速成長，2021年市場規模可望達到15.9億美元，年均成長率為4.8%。

市場研究機構 IC Insights 指出，在各種類型的半導體功率元件組件中，未來成長最強勁的產品將是 MOSFET 和 IGBT 模組。

MOSFET是一種場效電晶體，可廣泛應用於類比電路和數位電路。它具有導通電阻小、損耗低、驅動電路簡單、熱阻特性好等優點，尤其適用於電腦、手機、行動電源、車載導航、電動車、UPS電源等電源控制領域。

2016年，全球MOSFET市場規模達到6.2億美元，預計2016年至2022年MOSFET市場的複合年增長率將達到3.4%；預計到2022年，全球MOSFET市場規模將接近7.5億美元。

根據IHSMarkit的統計數據，2018年我國MOSFET市場規模為2.792億美元，2016年至2018年的複合年增長率為15.03%。隨著全球新能源車規模的擴大，預計2016年至2022年汽車應用領域對MOSFET的市場需求將以5.1%的複合年增長率快速成長；到2022年，汽車應用領域對MOSFET的需求將超過電腦和資料儲存領域，佔整體市場需求的22%。

IGBT是一種複合型全控電壓驅動半導體功率元件，由雙極型三極體（BJT）和MOSFET組成。它兼具MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導通壓降的優點，驅動功率小，飽和電壓低。因此，它非常適用於直流電壓600V及以上的轉換系統，例如交流馬達、逆變器、開關電源、照明電路、牽引驅動等。

根據中國工業資訊網的數據，到2020年，全球IGBT單管市場規模將達到約6億美元，這是一個龐大的市場空間。預計未來五年，我國新能源車和充電樁市場將帶動國內IGBT模組市場需求達20億元。中國工業資訊網數據顯示，2018年國內IGBT市場規模達16.19億元人民幣，2010年至2018年複合年均成長率為14.77%；但我國IGBT起步較晚，未來進口替代空間龐大。

半導體功率元件主要包括功率二極體、功率電晶體、閘流管、MOSFET、IGBT等，幾乎應用於所有電子製造業，包括電腦、網路通訊、消費性電子、汽車電子、工業電子等。此外，新能源汽車/充電樁、智慧裝備製造、物聯網、光伏新能源等新興應用領域也逐漸成為半導體功率元件的重要應用市場，推動了其需求成長。在全球功率半導體市場中，工業控制佔比34%，汽車佔23%，消費性電子佔20%，通訊佔23%。

根據消費性電子協會統計，2013年中國消費電子市場規模達1,632.5億元人民幣，成為全球最大的消費性電子市場。根據2017年3C產業報告，2017年中國消費性電子市場規模將超過2兆元人民幣，預計成長7.1%。

手機上的所有介面都需要靜電放電防護，例如麥克風、聽筒、耳機、揚聲器、SIM卡槽、Micro SD卡槽、NFC天線、GPS天線、WiFi天線、觸控螢幕、2G/3G/4G射頻天線、USB介面、鋰電池以及電源鍵位置。大多數手機使用超過20種靜電放電防護裝置，少數手機使用超過10種。

隨著人們對充電效率的要求逐漸提高，手機充電出現了「快速充電」模式，這種模式透過提高電壓來實現高電流、高功率充電。但是，高電壓有安全隱患，需要增加同步整流MOS管進行調節；

後來出現了一種更安全的「閃充」模式，它透過低電壓、高電流實現高速充電。這種模式對同步整流MOS電晶體提出了更高的要求。目前，比較常用的是GaN FET，它可以實現低發熱量和小尺寸的目標。

汽車電子產品在汽車中佔有非常重要的地位。從成本結構的角度來看，它對中高階汽車、電動車等而言更為重要。

從傳統汽車到新能源汽車，價值成長最快的是功率半導體。在傳統燃油汽車中，功率半導體主要用於啟動、停止和安全領域，僅佔20%。以傳統汽車中一個半導體組件的價值計算，其價值約為350美元，而功率裝置的價值約為70美元。新能源車的電池動力模組需要大量的功率元件，這些元件都包含功率半導體。混合動力車的功率元件佔比高達40%，純電動車的功率元件佔比更高達55%。以純電動車中一個半導體組件的價值計算，其功率半導體組件的價值約為750美元，而功率半導體組件的價值約為413美元。新能源汽車中使用的功率半導體數量是傳統汽車的七倍。

由於新能源汽車不再需要引擎等機械部件，其結構將變得非常簡單。汽車結構主要由電瓶、馬達和電子控制系統組成。新能源汽車電子系統主要包括電池管理系統、馬達控制器、車載充電器、轉換器、逆變器、轉向系統、繼電器和被動元件。

在實際應用情境中，由於汽車各模組使用交流電，而鋰電池的輸入電流為直流電，且各種電氣設備的電壓各不相同，這就需要對應的電源轉換系統。根據直流電（DC）和交流電（AC）不同的轉換順序，電源轉換可分為四種模式：變壓器（AC-AC）、整流器（AC-DC）、轉換器（DC-DC）和逆變器（DC-AC）。

變壓器（AC-AC）：汽車鋰電池的輸入電壓在12V-36V之間，而民用電壓為220V。需要使用變壓器將民用電壓轉換為輸入電壓。

整流器（AC-DC）：鋰電池需要用直流電（DC）充電，而充電樁提供的是交流電（AC），因此汽車充電器必須使用直流轉換器。

直流-直流轉換器：輸入端為鋰電池提供的固定直流電壓，輸出端為可變直流電壓。在電動車中，它主要用於將300V升壓至650V以進行電力傳輸，將12V電路降壓供電，以及為電池儲能提供穩壓轉換。

逆變器（直流-交流）：新能源汽車配備可充電鋰電池，利用儲存的電能驅動電機，從而驅動車輛。逆變器的作用是將可充電電池的12V直流電轉換為驅動馬達所需的220V三相交流電，為新能源汽車提供基本的驅動力。

2014年至2021年，全球燃油汽車年銷量從87多萬輛增加至98萬輛，年均成長率為2%；新能源汽車（包括純電動和混合動力汽車）銷量從270,000萬輛增至4.7萬輛，年均成長率為50%。其市場滲透率從2014年的0.3%增加到2021年的4.0%。

近年來，我國新能源車的生產和銷售顯著成長，滲透率持續提升。根據中國乘用車協會數據顯示，我國新能源乘用車銷量從2014年的100,000萬輛快速成長至2018年的1.25萬輛，年均複合成長率高達91%。根據中國汽車工業協會數據顯示，2019年第一季我國新能源汽車銷量為250,000萬輛，較去年同期成長超過117%。預計今年新能源汽車產量可望突破1.6萬輛。

汽車功率半導體市場預計將達到8億美元，複合年增長率為7%。 2018年，全球汽車銷量為97.5萬輛，其中新能源汽車銷量為2萬輛。假設未來三年傳統燃油汽車銷量每年增長2%，新能源汽車銷量每年增長30%，則傳統燃油汽車的功率半導體晶片價值為56美元，混合動力汽車的功率半導體晶片價值為240美元，純電動汽車的功率半導體晶片價值為413美元。預計到2022年，燃油汽車銷量將達到99.2萬輛，新能源汽車銷量將達到5.8萬輛。汽車功率半導體市場預計將達到8億美元，複合年增長率為7%。

截至2017年底，我國新增光伏發電裝置容量53.06萬千瓦，累計裝置容量130億千瓦，新增裝置容量和累計裝置容量均位居世界第一。其中，光電站新增裝置容量33.62千萬瓦，較去年成長11%；分散式光電發電新增裝置容量19.44萬千瓦，較去年同期成長3.7倍。

風力發電的逆變器設備可以將電池中的12V直流電轉換為與市電相同的220V交流電。逆變器主要由MOS場效電晶體和功率變壓器為核心，並採用類比電路技術連接。 2016年至2018年，我國風電裝置容量從18.73GW成長到21GW。光是2019年前五個月，裝置容量就增加了6.88GW，呈現出快速成長的趨勢。

在智慧電網的各個方面，整流器、逆變器以及特高壓直流輸電中的柔性交流輸電系統（FACTS）等柔性輸電技術都需要大量的功率元件，例如IGBT。根據中國工業資訊網發布的數據顯示，預計2021年，我國智慧電網產業投資規模將達到近2.3兆元。

功率半導體種類繁多，廣泛應用於消費性電子、高速鐵路、汽車及電網等領域。主要分為單極型和雙極型。雙極型包括：功率二極體、閘流管、雙極三極體（BJT）、功率電晶體（GTR）、IGBT。單極型包括：MOSFET、肖特基二極體。根據不同產品的物理特性，不同的功率元件適用於不同的電壓和頻率範圍。

功率二極體是結構簡單、可靠性高的基本功率元件，廣泛應用於工業、電子等各個領域，並發揮穩壓、整流和開關等作用。

二極體分為整流二極體、穩壓二極體和高頻二極體。

其中，整流二極體和齊納二極體是功率半導體。

整流二極體主要用於整流、開關、轉換（蕭特基二極體 SBD）和反相（快速恢復二極體 FRD）。

MOSFET 是功率元件的一個分支，即 MOS（金屬氧化物半導體）和 FET（場效電晶體），它​​們都是場效電晶體，利用金屬層 (M) 的閘極穿過氧化層 (O) 來控制半導體 (S)，利用電場效應。

功率 MOSFET 元件是用於功率轉換和控制的核心半導體元件。功率 MOSFET 元件工作速度快、故障率低、開關損耗小、可擴展性佳。它適用於低電壓和大電流環境，並且比其他功率元件需要更高的工作頻率。

在汽車領域，它們主要用於電源系統中的充電器（AC-DC）和轉換器（DC-DC）。 2018年全球汽車功率MOSFET市場規模為2.45億美元，預計2022年將達3.16億美元。其中，主要應用的是電壓高於600V的高壓MOSFET產品。

MOSFET市場的主要份額由英飛凌佔據。根據HIS的數據，英飛凌所有產品的綜合市佔率為27%，其次是安森美半導體（13%）和瑞薩電子（9%）。在高價值高壓MOSFET領域，英飛凌以36%的市佔率領先所有競爭對手。

作為一種新型電力電子裝置，IGBT被國際公認為電力電子技術第三次革命最具代表性的產品，是工業控制和自動化領域的核心元件。它的功能類似人體的心臟，能夠根據工業設備中的訊號指令調節電路中的電壓、電流、頻率、相位等參數，從而實現精確控制。因此，IGBT被譽為電力電子產業的“CPU”，廣泛應用於馬達節能、軌道運輸、智慧電網、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發電、新能源汽車等領域。

自1980年代末期工業應用以來，IGBT發展迅速。它不僅在工業應用中取代了MOSFET和GTR，甚至擴展到了SCR和GTO佔據主導地位的高功率應用領域。在消費性電子產品應用中，它也取代了BJT和MOSFET等功率元件的許多應用領域。

在汽車應用中，IGBT主要用於高壓環境下的電力驅動系統、電源系統和充電樁。其應用範圍通常為耐壓600V以上、電流10A以上、頻率1kHz以上。

馬達驅動系統：主要透過逆變器（直流-交流）將可充電電池的12V直流電轉換為驅動馬達的220V交流電，是馬達驅動的核心元件。馬達控制系統需要數十個IGBT。例如，特斯拉的三相交流非同步馬達每相使用28個IGBT，共84個。其他馬達每相使用12個IGBT，而特斯拉則總共使用了96個IGBT。

電源系統：主要用於車輛充電器（AC-DC）和轉換器（DC-DC），以實現鋰電池充電和所需電壓等級的功率轉換。

充電樁：電網中的電力均為交流電（AC），充電樁分為快速充電的直流充電樁和慢速充電的交流充電樁。 IGBT主要用於直流快速充電樁。

2018 年全球汽車 IGBT 市場容量為 1.84 億美元，我們估計 2020 年汽車 IGBT 市場容量將達到 2.08 億美元。

英飛凌、三菱和富士馬達在全球IGBT市場佔據領先地位。安森美半導體（仙童半導體）主要集中在電壓低於600V的低壓消費性電子產業，而1700V以上的中高壓領域主要應用於高速鐵路、汽車、智慧電網等領域，基本上被英飛凌、ABB和三菱壟斷。

功率半導體屬於泛類比電路領域。功率半導體是生活必需品，就像人們需要「柴火、米、油和鹽」一樣，機器也需要消耗功率裝置。凡是與電能轉換相關的領域都需要功率半導體。該產業的波動與大宗商品價格走勢一致，產品價格與全球GDP趨勢密切相關。每4-5年的產業波動與半導體週期高度吻合。

高附加價值產品長期以來一直被歐美廠商壟斷，國內替代勢在必行。國內IDM模式的工廠寥寥無幾，核心製程幾乎全由歐美廠商自主研發。他們憑藉產品優勢控制交貨週期，從而掌控整個產業的價格體系。尤其對於高壓MOS和高功率IGBT等產品，交貨週期往往超過50週，且價格自2016年以來基本上呈現上漲趨勢。

2020年的投資機會將來自半導體週期復甦上升的3-4年宏觀週期環境。 IDM模式公司在成本方面比無晶圓廠模式公司更具優勢。建議關注相關產業鏈目標公司：聞泰科技（600745）、捷捷微電子（300623）、揚捷科技（300373）、太極科技（300046）、中芯國際（600360）、星辰半導體（603290）、中芯國際（600360）、星辰半導體（603290）、新能源科技531810）。

風險提示

1）國產晶片的發展進度低於預期；

2）對積體電路產業的政策支持力度減弱；

3）外國半導體設備公司對國內公司實施設備禁運。

註：本文轉載自《半導體風向標》，該刊支持智慧財產權保護。轉載請註明原出處及作者。如有侵權，請聯絡我們刪除。

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