功率半导体原理、技术演进及各类型市场规模如何？

功率半导体市场逐步见底恢复，国产替代驱动中国市场持续增长。

功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的关键组件，其重要性日益凸显。其通过 半导体材料的单向导电特性，实现对电压、频率的调节、直流和交流的转换、功率的放 大和控制等功能，从而确保电力传输的高效性和节能性。这些特性使得功率半导体广泛 应用于电源管理、电动汽车、可再生能源和工业自动化等领域。随着行业升级和全球对 节能减排的持续关注，功率半导体市场需求持续快速增长，成为半导体市场的重要支撑。 功率半导体属于特色工艺产品，非尺寸依赖型，在制程方面不追求极致的线宽，不遵守 摩尔定律，而专注于结构和技术改进以及材料迭代。

功率半导体历经三代材料技术的演进，不断提升能效和应用深度。1956 年美国贝尔实验 室发明的晶闸管标志着第一代功率半导体器件的诞生。随后 1970 年代门极可关断晶闸管 （GTO）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）的相继出 现，推动了该领域的技术进步。到 1980 年代末，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的问世进 一步加速了电力电子技术向高频化和智能化方向发展。进入 21 世纪，碳化硅（SiC）和 氮化镓（GaN）等宽禁带材料的应用催生了第三代功率半导体器件，它们以更高的效率、 优异的热性能和宽广的工作温度范围，满足了新能源汽车、智能电网及光伏新能源等新 兴市场的需求。

全球功率半导体市场规模稳步扩张。科瑞尔数据显示功率半导体的市场规模在全球半导 体行业的占比在 8%-10%之间，结构占比保持稳定。功率半导体是电力电子装置的必备， 行业周期性波动较弱。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，行业市场规模呈现稳健增长态势。 据 Omdia 数据及预测，受半导体下行周期及全球疫情的双重影响，2019 至 2020 年期间 全球功率半导体市场规模出现了短暂的下滑。2021 年起，市场增速恢复并持续扩张，从 2020 年的 431 亿美元增长至 2023 年的 503 亿美元，预计 2027 年市场规模将达到 596 亿 美元。 中国占全球市场四成份额，增速超全球水平。中国系全球最大的功率半导体消费国，据 Omdia、中商产业研究院数据及预测，2022年中国功率半导体市场规模已达到1369亿元， 2023 年或大幅增长至 1519 亿元，同比增速达到 10.99%，在全球市场的占比或超过 40%。 随着中国功率半导体产业链的逐步完善，以及新能源汽车、充电桩、光伏、风电等应用 市场的不断拓展，市场规模有望加速扩张，至 2024 年中国市场有望达到 1753 亿元，同 比增长约 15%，将成为推动全球功率半导体市场增长的主要支柱。

中国功率企业加速追赶外企大厂，安世半导体市场份额持续攀升。当前全球前十大功率 分立器件市场仍由欧美及日本厂商主导，竞争格局呈现英飞凌领先，多家企业紧随其后 且排名频繁变动的特点。根据芯谋研究发布的《中国功率分立器件市场年度报告》，欧美 和日本企业分占 2023 年前 10 大功率器件头部企业中的 5 席和 4 席。唯一入榜的国内企 业安世半导体在榜单中连续两年排名提升，跃升至第三位，是前十中 2023 年唯一实现大 幅增长的公司，其功率分立器件营收同比增长 30%，市占率达到 6.8%，与安森美的营收 差距缩小至 1.46 亿美元。功率半导体国产替代的需求空间巨大，芯谋研究的统计显示， 2023 年已有 7 家中国企业跻身全球前 20，且多数公司营收及份额呈现显著增长态势。

功率半导体按器件集成度可以分为功率器件和功率 IC 两大类，覆盖低到高压多种应用 场景。功率器件细分为二极管、晶体管和晶闸管三大类别，其中晶体管市场份额最大， 常见的晶体管主要包括 MOSFET、JFET、IGBT、双极型晶体管（BJT）等，通常用来处 理较大功率、大电压的产品。功率 IC 则是将高压功率器件、控制电路、外围接口电路及 多种保护电路高度集成于单一芯片上的集成电路，主要应用于手机等小电压产品，为系 统信号处理模块与执行模块之间的关键连接桥梁。

MOSFET 和 IGBT 在功率器件市场中占据重要地位。根据中商产业研究院数据，2021 年 功率器件占功率半导体市场的 45.70%，其中 MOSFET、功率二极管和 IGBT 占功率器件 的市场份额分别为 35.9%、32.4%和 27.1%。传统功率二极管凭借其高性价比和长期的技 术成熟度，在工业、电子等多个领域得到了广泛应用，但低技术壁垒导致市场竞争激烈。 相比之下，MOSFET 和 IGBT 凭借更高的性能优势和广阔的应用前景，成为业内重点关 注的技术发展方向。根据 Yole Group 预测，到 2028 年功率器件将以 MOSFET、IGBT、 SiC 为主导，三者市场份额分别为 30%、23%、19%。

MOSFET 通常用于高频和中低功率的应用场景，而 IGBT 则更多用于中低频和高功率的 应用。

MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）电压控制设计通过栅极 控制流经其源极和漏极的电流，响应速度极快，使其在开关频率及效率方面表现出 色。由于 MOSFET 具有较低的导通电阻和小开关损耗，能够在高频开关电路中有效 减少热量的产生，减轻系统散热压力。MOSFET 广泛应用于消费电子、电动工具、 电源适配器等领域，尤其适合中低压、功率密度较低但对开关速度有要求的应用场 景。MOSFET 器件的缺点在于仅靠单一载流子导电，并且利用简单的电压进行驱动， 难以满足大功率应用需求。

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是结合了 MOSFET 的高输入阻抗和双极型 晶体管（BJT）的电流驱动特性的复合型功率半导体器件。IGBT 通过栅极电压控制 导通与截止，具备高输入阻抗、低导通压降和大电流承载能力。它的低导通压降和 高电流密度优势，使其特别适用于大电流、高电压的电力转换场景，可将损耗降至 最低，保证设备稳定性和长时间运行。在变频器、电动汽车、轨道交通及风力发电 系统等高功率、高电压应用中表现出色。然而由于 IGBT 的开关速度相对较慢，在高频应用中会产生较高的开关损耗。

全球及中国 MOSFET 和 IGBT 市场规模持续增长，中国市场增速尤为突出。根据 WSTS 的统计数据，2023 年全球 MOSFET 市场规模已达到 143 亿美元，预计到 2026 年将增长 至 160 亿美元。在中国市场 MOSFET 同样展现出强劲的增长势头，2023 年的市场规模约 为 51 亿美元，占全球的 36%。前瞻产业研究院进一步预测，2029 年中国 MOSFET 市场 规模将突破 80 亿美元，且增速将高于全球市场。IGBT 市场方面，WSTS 数据显示，2023 年全球 IGBT 市场规模达到了 90 亿美元，预计到 2026 年将增长至 121 亿美元。中国作 为全球 IGBT 最大的消费市场，在 2023 年已实现了 32 亿美元的市场规模，并有望在 2026 年达到 42 亿美元的市场规模。 功率半导体逐步见底恢复，消费电子和工业下游需求开始复苏。步入 2024 年上半年，半 导体行业步入结构性周期性上行通道，其中，AI 技术的蓬勃发展率先带动了消费电子与 工业领域的复苏。从需求侧来看，汽车领域的库存调整促使功率半导体在第二季度逐步 触底反弹，客户采购意愿回暖，库存去化进程顺畅，尽管新能源汽车行业仍处于去库存 阶段。此外，AI 技术的快速发展导致对电力的需求急剧增加，亟需更高功率、更高能效 的电力电子设备作为支撑，或将成为推动功率半导体下一轮景气周期的结构性增长引擎。