每辆电动车多赚248美元，功率半导体火了！

推荐理由：新能源汽车的强势崛起，点燃了功率半导体市场的新浪潮。

根据国际半导体巨头英飞凌的数据，传统燃油车电机驱动系统中功率半导体的价值为17美元，而纯电动汽车的价值为265美元，增长了近15倍。新能源汽车为功率半导体带来了巨大的增长潜力。

本期智能内参，我们推荐天风证券的功率半导体行业报告，该报告介绍了新能源电动汽车热潮中功率半导体行业的全球格局和新市场机遇。如果你想收集本文的报道，可以通过在知乎上回复关键词“nc352”来获取。

以下是智能内部参数组织中呈现的干货：

功率半导体：用于能量转换的核心器件

功率半导体器件是实现功率转换的核心器件，广泛应用于消费电子、新能源交通、轨道交通、发电配电等电力电子领域。

根据载流子的类型，功率半导体可以分为双极功率半导体和单极功率半导体。

双极型功率半导体包括功率二极管、双极结型晶体管、功率晶体管、晶闸管、绝缘栅双极结型三极管等。

单极功率半导体包括功率MOSFET、肖特基势垒功率二极管等。

从市场结构来看，目前国外功率半导体制造商制造水平较高，形成了较高的专业壁垒。

欧洲、美国和日本制造商凭借其技术和品牌优势，占据了全球功率半导体器件市场的70%。其中，英飞凌以18.6%的市场份额位居世界第一。

中国开始研究功率半导体的时间相对较晚。目前，大陆和地区主要集中在二极管和低压MOSFET等低端功率器件市场，而IGBT和中高压MOSFET等高端器件市场主要由欧洲、美国和日本制造商占据。

然而，国际功率半导体制造商尚未在专利和标准方面形成垄断。与国外制造商相比，国内制造商在服务客户需求和降低成本方面具有竞争优势。

根据中国工商科学院的数据，2022年全球功率半导体市场规模将达到426亿美元，国产替代潜力巨大。

电动汽车的崛起点燃了全球功率半导体市场

功率半导体是电动汽车的重要部件，例如特斯拉Model S车型中使用的三相异步电动机驱动器。每相需要28个IGBT芯片用于驱动控制，三相总共需要84个IGBT芯片。

因此，新能源汽车行业的崛起给功率半导体带来了巨大的增长潜力。电机控制系统和充电站是汽车IGBT的主要增长点。

IGBT属于电力驱动系统中的逆变器模块，它将动力电池的直流电转换为交流电并提供给驱动电机。

IGBT约占新能源汽车电机驱动系统和车载充电系统成本的40%，相当于汽车总成本的7-10%。它的性能直接决定了汽车的能源利用率。

1.IGBT：硅基功率半导体核心

IGBT是一种由BJT和MOS组成的复合型全控制电压驱动功率半导体器件。

IGBT可以实现直流和交流之间的转换，或者改变电流的频率，具有逆变和频率转换的功能。

在结构方面，与MOSFET相比，IGBT具有额外的P+区域层，并且P层空穴的注入可以降低器件的导通电阻。

随着电压的增加，MOSFET的导通电阻也会增加，导致更高的导通损耗，尤其是i……

高压应用。与其他器件相比，IGBT具有更小的导通电阻。

IGBT主要用于高压领域，而MOSFET主要用于高频领域。IGBT广泛应用于逆变器、变频器等高压产品中；MOSFET主要用于高频产品，如镇流器和高频感应加热。

2.IGBT市场格局

根据电压分布，消费电子领域使用的IGBT产品主要在600V以下，如数码相机闪光灯。1200V以上的IGBT主要用于电力设备、汽车电子、高速铁路和高速列车。高速列车常用的IGBT模块有3300V和6500V。智能电网中使用的IGBT通常为3300V。

全球IGBT市场的主要竞争对手包括德国的英飞凌、日本的三菱、富士电气、美国的安森美和瑞士的ABB。排名前五的公司拥有超过70%的市场份额。

目前，国外制造商已经开发出了全面的IGBT产品系列：其中，仙通等公司在消费级IGBT领域处于优势地位。

ABB、英飞凌和三菱电机在1700V以上的工业级IGBT领域具有优势。

在3300V以上的电压水平领域，英飞凌、ABB和三菱电机占据主导地位，代表了国际IGBT技术的最高水平。

国内的追赶仍然需要时间。中国功率半导体市场占世界功率半导体市场份额的50%以上，但90%的中高端MOSFET和IGBT器件依赖进口。

第三代化合物半导体-广阔前景与产业转型

1.碳化硅-碳化硅：高压器件领域的突破

在功率半导体材料方面，SiC是第三代半导体材料的代表。与Si相比，SiC可以减少更多的能量损失，促进小型化，并且更耐高温。

SiC主要用于光伏逆变器、储能/电池充电、不间断电源、开关电源、工业驱动器和医疗保健等市场。它可以用于实现轻型驱动系统，如电动汽车逆变器。

2017年，全球SiC功率半导体市场总额达到3.99亿美元。预计到2023年，总市值将达到16.44亿美元，年复合增长率为26.6%。从应用来看，混合动力和纯电动汽车的增长率最高，达到81.4%。

目前，英飞凌和科锐占据了全球SiC市场的70%。

Rom公司在本田Clarity上配备了SiC动力装置，这是世界上第一款使用全SiC动力的燃料电动汽车。由于其高温运行和低损耗，Clarity可以减少用于冷却的散热片，并扩大内部空间。丰田的燃油车MIRAI可容纳4人，而本田的Clarity可容纳5人。

在国家政策方面，中国目前正在大力推动第三代半导体产业的弯道超车。2018年7月，中国首份《第三代半导体功率电子技术路线图》正式发布，提出了中国第三代功率电子技术的发展路径和产业建设。

2.氮化镓GaN：手机快充占比最大，5G射频迎来发展机遇

除了SiC，GaN也是第三代半导体材料的代表。

GaN器件可分为射频器件和电力电子器件，其中电力电子器件产品包括SBD、FET等，瞄准无线充电、电源开关等市场；

包括PA和MIMO在内的射频设备主要面向基站卫星和雷达市场。

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目前，手机的快速充电占据了功率氮化镓市场的最大份额。但随着5G应用的临近，GaN射频设备市场也处于快速发展阶段。

当应用于充电器时，GaN可以有效地减小产品的尺寸。目前，市场上的GaN充电器支持USB快速充电，大多数支持27W、30W和45W的功率。苹果公司还认为GaN技术是其无线充电解决方案，这可能会导致Killer在GaN电力设备市场的应用。

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为了满足5G对更高数据传输速率和低延迟的要求，需要GaN技术来实现更高的目标频率。GaN的小尺寸和高功率密度可用于实现高度集成的产品解决方案，如模块化射频前端设备，以满足5G关键技术MassiveMIMO的要求。

目前，英飞凌、安森美和意大利半导体是全球GaN市场的行业巨头。

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根据最大化市场研究数据，预计到2026年，全球GaN功率器件市场规模将达到4.4亿美元，年复合增长率为29.4%。

近年来，越来越多的公司加入了氮化镓产业链。例如，EPC、GaN System和Transformer等初创公司。他们中的大多数人选择台积电或X-FAB作为他们的OEM合作伙伴。英飞凌、安森美和意大利半导体等行业巨头采用IDM模式。

全球格局：产业巨头优势明显

2017年，全球功率分立器件和模块市场总额达到186亿美元。其中，英飞凌以18.6%的市场份额位居第一。第二是安森美，第三是意大利半导体。

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在细分方面，2017年全球功率分立IGBT市场总额达到11亿美元。其中，英飞凌以38.5%的市场份额位居第一，富士电气紧随其后。2017年，全球功率分立MOSFET市场总额达到66.5亿美元。其中，英飞凌以26.3%的市场份额位居第一，其次是安森美。

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2017年，恩智浦在全球电力设备市场的收入排名第一。实现营业收入60.48亿元，实现净利润14.47亿元，净利润率0.24元。英飞凌以55.26亿元的营收、6.19亿元的净利润、0.11的净利润率位居第二。

每个电力设备制造商都有其独特的优势产品。安森美是最大的汽车图像传感器企业。在全球ADAS市场，安森美的图像传感器占据了70%的市场份额。微控制器和SoC是礼萨电子的主要产品。Renesa Electronics在全球微控制器市场占有领先地位。

志东认为，汽车电子由于其广阔的市场和巨大的销量，一直是半导体制造商的战场。随着当前新能源汽车行业在全球领域的繁荣和崛起，作为电动汽车关键部件的功率半导体迎来了前所未有的时代和新机遇。报告中提到的IGBT和SiC/GaN第三代化合物半导体功率器件有望成为这一波功率半导体的行业领导者，在技术进步和应用的驱动下迎来新一波发展机遇。

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