中国功率半导体器件应用领域、市场规模及细分行业市场规模预测

中国功率半导体器件应用领域、市场规模及细分行业市场规模预测

一、功率半导体器件行业概况

功率半导体器件（PowerSemiconductorDevice）又称电力电子器件（PowerElectronicDevice）。

1940年贝尔实验室在研究雷达探测整流器时，发现硅存在PN结效应，1958年美国通用电气（GE）公司研发出世界上第一个工业用普通晶闸管，标志着电力电子技术的诞生。

从此功率半导体器件的研制及应用得到了飞速发展，并快速成长为电子制造业的核心器件之一，还独立成为电子电力学科。

功率半导体器件在电力电子行业有着非常广泛的应用，是电子产品的基础元器件之一，在产业电子化升级过程中，越来越得到重视与应用。

近年来，万物互联的呼声越来越高，以汽车、高铁为代表的交通工具，以光伏、风电为代表的新能源领域，以手机为代表的通信设备，以电视机、洗衣机、空调、冰箱为代表的消费级产品，都在不断提高电子化水平，其中又以新能源汽车的高度电子化最为引人注目；与此同时，工业、电网等传统行业也在加速电子化进程。

几乎全行业的电子化发展，势必大大增加了对功率半导体器件的需求。目前全球的功率半导体器件主要由欧洲、美国、日本三个国家和地区提供，他们凭借先进的技术和生产制造工艺，以及领先的品质管理体系，大约占据了全球70％的市场份额。

而在需求端，全球约有39％的功率半导体器件产能被中国大陆所消耗，是全球最大的需求大国，但其自给率却仅有10％，严重依赖进口。

另外，当下中国大陆正寻求转型，要将“中国制造”提升为“中国智造”，许多新技术、新应用都走在了全球前列，如新能源汽车、风力发电等；中国大陆还利用人工智能技术对传统产业进行智能化升级。未来，中国大陆对功率半导体器件的需求将会越来越大；供需矛盾或将继续被拉大。

为确保本土电子制造业的平稳发展，国家从资本、政策、产业链等多个维度对本土功率器件企业给予了大力支持。

作为制造业大国，功率半导体器件在中国大陆的工业、消费、军事等领域都有着广泛应用，具有很高的战略地位。

从发展历程看，功率半导体器件先后经历了：全盛于六七十年代的传统晶闸管、近二十年发展起来的功率MOSFET及其相关器件，以及由前两类器件发展起来的特大功率半导体器件，它们分别代表了不同时期功率半导体器件的技术发展进程。

概括来说，功率半导体器件主要有功率模组、功率集成电路（即PowerIC，简写为PIC，又称为功率IC）和分立器件三大类；其中，功率模组是将多个分立功率半导体器件进行模块化封装；功率IC对应将分立功率半导体器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成；而分立功率半导体器件则是功率模块与功率IC的关键。

功率半导体器件又可根据对电路信号的可控程度分为全控型、半控型及不可控型；或按驱动电路信号性质分为电压驱动型、电流驱动型等划分类别。

常用到的功率半导体器件有PowerDiode（功率二极管）、SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（大功率电力晶体管）、BJT（双极晶体管）、MOSFET（电力场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）、SIT（静电感应晶体管）、BSIT（双极型静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGCT（集成门极换流晶闸管）、IEGT（电子注入增强栅晶体管）、IPEM（集成电力电子模块）、PEBB（电力电子积木）等。

不同功率半导体器件，其承受电压、电流容量、阻抗能力、体积大小等特性也会不同，实际使用中，需要根据不同领域、不同需求来选用合适的器件。

随着技术的不断进步，功率半导体器件在不断演进。自上世纪80年代起，功率半导体器件MOSFET、IGBT和功率集成电路逐步成为了主流应用类型。

其中IGBT经历了器件纵向结构、栅极结构以及硅片加工工艺等7次技术演进，目前可承受电压能力从第四代的3000V跃升到了第七代的6500V，并且实现了高频化（10-100kHz）应用。

为电能/功率处理的核心器件，功率半导体器件主要用于电力设备的电能变换和电路控制，更是弱电控制与强电运行之间的沟通桥梁，主要作用是变频、变压、变流、功率放大和功率管理，对设备正常运行起到关键作用。

与此同时，功率半导体器件还具有绿色节能功能，被广泛应用于几乎所有的电子制造业，目前正从传统工业制造和4C产业向新能源、电力机车、智能电网等领域发展。

另外，不同的细分领域，对功率半导体器件的电压承受能力要求也不一样，以IGBT为例，消费电子电压一般在600V以下，太阳能逆变器及新能源汽车要求在600V-1200V，而轨道交通要求最高，范围在3300V-6500V之间。

二、功率半导体器件市场规模

功率器件是电子装置电能转换与电路控制的核心，可用于几乎所有的电子制造业。涵盖新能源(风电、光伏、电动汽车)、消费电子、智能电网、轨道交通等行业领域。近年来，我国功率器件市场规模不断扩大。2016年我国功率器件(包括功率IC和功率模组)的市场规模为1,494.5亿元，2017年达到1,611.1亿元，同比增长7.80%，我国已成为全球最大的功率器件市场。预计我国功率器件市场规模未来三年复合增长率达到7.83%，高于全球平均增速，未来我国功率器件市场前景广阔。

中国大陆功率半导体器件市场规模约为全球的40％；并预估2023年全球功率半导体器件市场规模有望达到221.5亿美元规模，年复合增长率为3.38％。

三、细分行业市场规模分析预测

1、工业领域市场规模

功率半导体器件在占比最大的工业领域应用非常广泛，如数控机床的伺服电机、轧钢机和矿山牵引、大型鼓风机、发电系统等的电力电子变频调速部分均有采用。

2017年全球工业半导体市场规模达490亿美元，其中功率半导体器件规模大约为98亿美元，占比达到20％，并以8.6％的年复合增长率继续成长，预计到2020年，全球工业功率半导体市场规模有望达到125亿美元。

不仅如此，功率半导体在工业领域的市场份额比重也在不断提升，将由2016年的19.7％提升至2020年的20.8％。

2、光伏、风电领域市场规模

光伏、风电行业已经成为电力行业的重要补充，部分国家，如丹麦，40％的电力由风电供应，中国大陆近几年可再生新能源发电量更是快速增长。2017年全球风电新增装机量为59.4GW，光伏新增装机量约为80GW，合计带动功率半导体器件市场规模约为16.6亿美元。

中国产业信息研究院推断，预计2020年全球光伏与风电市场将带动功率模块27.54亿美元。其中IGBT模块市场占比达到74％，约为20亿美元。

3、汽车领域市场规模

近年来，最受关注的应用领域为汽车行业，正在经历汽车发展史上最快的电子化转型期，搭载电机、电池、电控的新能源汽车在汽车总产量中的占比由2014年的0.39％增长至2017年的1.26％，预计2020年占比有望达到4.65％。

2018年1~8月，中国大陆新能源汽车产销分别完成60.7万辆和60.1万辆，比上年同期分别增长75.4%和88%；其中，新能源乘用车销量占比达87%。

2017年全球汽车半导体市场规模约为347.69亿美元，并以3.3％的年复合增长率增长，预计到2020年，全球汽车半导体市场规模可扩大到383亿美元。

与此同时，功率半导体器件市场规模也达到了58亿美元，并以6.4％的增速发展，预计到2020年达到70亿美元。功率半导体器件的增长速度几乎是汽车半导体市场增速的2倍，其比重也在不断增大，将从2014年的15.66％增加到2020年的18.27％。

4、充电桩市场规模

充电桩是与新能源汽车产业相关的一大应用领域，也是IGBT或MOSFET重要应用高地。

现阶段，主流直流充电桩的功率在60kw和120kw，如果采用15kw的功率模块，则需要4个或8个功率模块。目前充电桩的功率模块有两种解决方案，一是采用MOSFET芯片，另一种是采用IGBT芯片。

其中IGBT适用于1000V以上、350A以上的大功率直流快充，其成本可达充电桩总成本的20-30％；只是当下基于充电桩功率、工作频率、电压、电流、性价比等综合因素考量，MOSFET暂时成为充电桩的主流应用功率半导体器件。

不过，近年新能源车采用快充方式越来越多，着眼未来，IGBT才是充电桩的最佳选择，预计未来其将在充电桩领域获得快速发展。

由于国内外新能源汽车产业发展进度不一样，对配套的公共充电桩、私人充电桩建设进度也不一样，下面以全球充电桩建设规模最大的中国大陆市场为例介绍。

截至2018年4月，中国大陆在运营公共充电桩约为262058台，同比增长62.5%；其中交流充电桩114472台、直流充电桩81492台、交直流一体充电桩66094台；另外还投建有281847台私人充电桩，同时国家政策也在向私人充电桩倾斜，预测2020年，私人充电桩累计建设规模有望达到400万台。

目前公共充电桩制造成本约为3万元/台、私人充电桩约为5000元/台，若以每台充电桩中功率半导体器件成本占比为25％计算，则有，2015-2020年中国大陆充电桩功率器件新增市场规模分别为：7.8亿、3.3亿、6.7亿、10.87亿、19.79亿、37.84亿元。

另外，从数据中发现，2016年中国大陆因整顿新能源车企造假问题，充电桩产量增量大幅下滑，该年充电桩功率半导体器件市场增速为-56.9％，但进入2017年后，并预计到2020年，年增速不低于61％。

5、通信领域市场规模

通信行业同样拥有庞大的应用市场，细分市场主要包括路由器、交换机、通信基站、光端机、对讲机等。

数据显示，2017年全球路由器、无线路由器、交换机、光端机、通信基站的市场规模分别为：153亿美元、266亿美元、97.9亿美元、36.6亿美元、530亿美元。

以2017年通信领域功率半导体器件占整体15％的比例计算，2017-2020年通信领域功率半导体器件市场规模将分别为57.45亿美元、59.39亿美元、62.44亿美元、65.96亿美元。其中，基站向5G升级将会成为通信设备功率半导体器件用量增加的最大变动因素。

6、消费领域市场规模

消费类电子也是功率半导体器件的消费重地，由于消费电子产品类型非常多，包括电视机、电脑、冰箱、收/录机、数码像机、手机、平板电脑、平衡车、