一、功率半導體器件行業(yè)概況
功率半導體器件（Power Semiconductor Device）又稱電力電子器件（Power Electronic Device）。
功率半導體器件在電力電子行業(yè)有著非常廣泛的應用，是電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)元器件之一，在產(chǎn)業(yè)電子化升級過程中，越來越得到重視與應用。
近年來，萬物互聯(lián)的呼聲越來越高，以汽車、高鐵為代表的交通工具，以光伏、風電為代表的新能源領(lǐng)域，以手機為代表的通信設(shè)備，以電視機、洗衣機、空調(diào)、冰箱為代表的消費級產(chǎn)品，都在不斷提高電子化水平，其中又以新能源汽車的高度電子化最為引人注目；與此同時，工業(yè)、電網(wǎng)等傳統(tǒng)行業(yè)也在加速電子化進程。
幾乎全行業(yè)的電子化發(fā)展，勢必大大增加了對功率半導體器件的需求。目前全球的功率半導體器件主要由歐洲、美國、日本三個國家和地區(qū)提供，他們憑借先進的技術(shù)和生產(chǎn)制造工藝，以及領(lǐng)先的品質(zhì)管理體系，大約占據(jù)了全球70％的市場份額。
當下中國大陸正尋求轉(zhuǎn)型，要將“中國制造”提升為“中國智造”，許多新技術(shù)、新應用都走在了全球前列，如新能源汽車、風力發(fā)電等；中國大陸還利用人工智能技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行智能化升級。未來，中國大陸對功率半導體器件的需求將會越來越大；供需矛盾或?qū)⒗^續(xù)被拉大。
為確保本土電子制造業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展，國家從資本、政策、產(chǎn)業(yè)鏈等多個維度對本土功率器件企業(yè)給予了大力支持。
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相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國半導體分立器件制造行業(yè)市場消費調(diào)查及投資前景預測報告》
作為制造業(yè)大國，功率半導體器件在中國大陸的工業(yè)、消費、軍事等領(lǐng)域都有著廣泛應用，具有很高的戰(zhàn)略地位。
從發(fā)展歷程看，功率半導體器件先后經(jīng)歷了：全盛于六七十年代的傳統(tǒng)晶閘管、近二十年發(fā)展起來的功率MOSFET及其相關(guān)器件，以及由前兩類器件發(fā)展起來的特大功率半導體器件，它們分別代表了不同時期功率半導體器件的技術(shù)發(fā)展進程。
概括來說，功率半導體器件主要有功率模組、功率集成電路（即Power IC，簡寫為PIC，又稱為功率IC）和分立器件三大類；其中，功率模組是將多個分立功率半導體器件進行模塊化封裝；功率IC對應將分立功率半導體器件與驅(qū)動/控制/保護/接口/監(jiān)測等外圍電路集成；而分立功率半導體器件則是功率模塊與功率IC的關(guān)鍵。
功率半導體器件分類
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功率半導體器件又可根據(jù)對電路信號的可控程度分為全控型、半控型及不可控型；或按驅(qū)動電路信號性質(zhì)分為電壓驅(qū)動型、電流驅(qū)動型等劃分類別。
常用到的功率半導體器件有Power Diode（功率二極管）、SCR（晶閘管）、GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）、GTR（大功率電力晶體管）、BJT（雙極晶體管）、MOSFET（電力場效應晶體管）、IGBT（絕緣柵雙極晶體管）、SIT（靜電感應晶體管）、BSIT（雙極型靜電感應晶體管）、SITH（靜電感應晶閘管）、MCT（MOS控制晶閘管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）、IEGT（電子注入增強柵晶體管）、IPEM（集成電力電子模塊）、PEBB（電力電子積木）等。
不同功率半導體器件，其承受電壓、電流容量、阻抗能力、體積大小等特性也會不同，實際使用中，需要根據(jù)不同領(lǐng)域、不同需求來選用合適的器件。
隨著技術(shù)的不斷進步，功率半導體器件在不斷演進。自上世紀80年代起，功率半導體器件MOSFET、IGBT和功率集成電路逐步成為了主流應用類型。
其中IGBT經(jīng)歷了器件縱向結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)以及硅片加工工藝等7次技術(shù)演進，目前可承受電壓能力從第四代的3000V躍升到了第七代的6500V，并且實現(xiàn)了高頻化（10-100kHz）應用。
為電能/功率處理的核心器件，功率半導體器件主要用于電力設(shè)備的電能變換和電路控制，更是弱電控制與強電運行之間的溝通橋梁，主要作用是變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理，對設(shè)備正常運行起到關(guān)鍵作用。
與此同時，功率半導體器件還具有綠色節(jié)能功能，被廣泛應用于幾乎所有的電子制造業(yè)，目前正從傳統(tǒng)工業(yè)制造和4C產(chǎn)業(yè)向新能源、電力機車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)展。
另外，不同的細分領(lǐng)域，對功率半導體器件的電壓承受能力要求也不一樣，以IGBT為例，消費電子電壓一般在600V以下，太陽能逆變器及新能源汽車要求在600V-1200V，而軌道交通要求最高，范圍在3300V-6500V之間。
功率半導體器件的應用及工作頻率
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二、功率半導體器件市場規(guī)模
功率器件是電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，可用于幾乎所有的電子制造業(yè)。涵蓋新能源（風電、光伏、電動汽車）、消費電子、智能電網(wǎng)、軌道交通等行業(yè)領(lǐng)域。近年來，我國功率器件市場規(guī)模不斷擴大。2016年我國功率器件（包括功率IC和功率模組）的市場規(guī)模為1,494.5億元，2017年達到1,611.1億元，同比增長7.80%，我國已成為全球最大的功率器件市場。預計我國功率器件市場規(guī)模未來三年復合增長率達到7.83%，高于全球平均增速，未來我國功率器件市場前景廣闊。
全球功率半導體器件市場規(guī)模（B$）
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中國功率器件市場規(guī)模（億元）
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中國大陸功率半導體器件市場規(guī)模約為全球的40％；并預估2023年全球功率半導體器件市場規(guī)模有望達到221.5億美元規(guī)模，年復合增長率為3.38％。
全球及中國大陸功率分立器件市場規(guī)模分析（單位：億美元）
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三、細分行業(yè)市場規(guī)模分析預測
1、工業(yè)領(lǐng)域市場規(guī)模
功率半導體器件在占比最大的工業(yè)領(lǐng)域應用非常廣泛，如數(shù)控機床的伺服電機、軋鋼機和礦山牽引、大型鼓風機、發(fā)電系統(tǒng)等的電力電子變頻調(diào)速部分均有采用。
2017年全球工業(yè)半導體市場規(guī)模達490億美元，其中功率半導體器件規(guī)模大約為98億美元，占比達到20％，并以8.6％的年復合增長率繼續(xù)成長，預計到2020年，全球工業(yè)功率半導體市場規(guī)模有望達到125億美元。
不僅如此，功率半導體在工業(yè)領(lǐng)域的市場份額比重也在不斷提升，將由2016年的19.7％提升至2020年的20.8％。
2016-2020年全球工業(yè)領(lǐng)域半導體整體市場及其功率半導體器件市場規(guī)模分析單位：億美元）
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2、光伏、風電領(lǐng)域市場規(guī)模
光伏、風電行業(yè)已經(jīng)成為電力行業(yè)的重要補充，部分國家，如丹麥，40％的電力由風電供應，中國大陸近幾年可再生新能源發(fā)電量更是快速增長。2017年全球風電新增裝機量為59.4GW，光伏新增裝機量約為80GW，合計帶動功率半導體器件市場規(guī)模約為16.6億美元。
中國產(chǎn)業(yè)信息研究院推斷，預計2020年全球光伏與風電市場將帶動功率模塊27.54億美元。其中IGBT模塊市場占比達到74％，約為20億美元。
2015-2020年全球、中國大陸光伏、風電市場分析
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3、汽車領(lǐng)域市場規(guī)模
近年來，最受關(guān)注的應用領(lǐng)域為汽車行業(yè)，正在經(jīng)歷汽車發(fā)展史上最快的電子化轉(zhuǎn)型期，搭載電機、電池、電控的新能源汽車在汽車總產(chǎn)量中的占比由2014年的0.39％增長至2017年的1.26％，預計2020年占比有望達到4.65％。
2018年1~8月，中國大陸新能源汽車產(chǎn)銷分別完成60.7萬輛和60.1萬輛，比上年同期分別增長75.4%和88%；其中，新能源乘用車銷量占比達87%。
全球新能源汽車產(chǎn)量及在總產(chǎn)量中的占比分析
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2017年全球汽車半導體市場規(guī)模約為347.69億美元，并以3.3％的年復合增長率增長，預計到2020年，全球汽車半導體市場規(guī)模可擴大到383億美元。
與此同時，功率半導體器件市場規(guī)模也達到了58億美元，并以6.4％的增速發(fā)展，預計到2020年達到70億美元。功率半導體器件的增長速度幾乎是汽車半導體市場增速的2倍，其比重也在不斷增大，將從2014年的15.66％增加到2020年的18.27％。
全球汽車半導體、功率半導體器件市場規(guī)模分析
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4、充電樁市場規(guī)模
充電樁是與新能源汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)的一大應用領(lǐng)域，也是IGBT或MOSFET重要應用高地。
現(xiàn)階段，主流直流充電樁的功率在60kw和120kw，如果采用15kw的功率模塊，則需要4個或8個功率模塊。目前充電樁的功率模塊有兩種解決方案，一是采用MOSFET芯片，另一種是采用IGBT芯片。
其中IGBT適用于1000V以上、350A以上的大功率直流快充，其成本可達充電樁總成本的20-30％；只是當下基于充電樁功率、工作頻率、電壓、電流、性價比等綜合因素考量，MOSFET暫時成為充電樁的主流應用功率半導體器件。
不過，近年新能源車采用快充方式越來越多，著眼未來，IGBT才是充電樁的最佳選擇，預計未來其將在充電樁領(lǐng)域獲得快速發(fā)展。
由于國內(nèi)外新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展進度不一樣，對配套的公共充電樁、私人充電樁建設(shè)進度也不一樣，下面以全球充電樁建設(shè)規(guī)模最大的中國大陸市場為例介紹。
截至2018年4月，中國大陸在運營公共充電樁約為262058臺，同比增長62.5%；其中交流充電樁114472臺、直流充電樁81492臺、交直流一體充電樁66094臺；另外還投建有281847臺私人充電樁，同時國家政策也在向私人充電樁傾斜，預測2020年，私人充電樁累計建設(shè)規(guī)模有望達到400萬臺。
中國大陸2015-2020年充電樁新增建設(shè)規(guī)模分析（單位：萬臺）
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目前公共充電樁制造成本約為3萬元/臺、私人充電樁約為5000元/臺，若以每臺充電樁中功率半導體器件成本占比為25％計算，則有，2015-2020年中國大陸充電樁功率器件新增市場規(guī)模分別為：7.8億、3.3億、6.7億、10.87億、19.79億、37.84億元。
另外，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，2016年中國大陸因整頓新能源車企造假問題，充電樁產(chǎn)量增量大幅下滑，該年充電樁功率半導體器件市場增速為-56.9％，但進入2017年后，并預計到2020年，年增速不低于61％。
2015-2020年充電樁功率半導體器件新增市場規(guī)模分析（單位：億人民幣）
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5、通信領(lǐng)域市場規(guī)模
通信行業(yè)同樣擁有龐大的應用市場，細分市場主要包括路由器、交換機、通信基站、光端機、對講機等。
數(shù)據(jù)顯示，2017年全球路由器、無線路由器、交換機、光端機、通信基站的市場規(guī)模分別為：153億美元、266億美元、97.9億美元、36.6億美元、530億美元。
全球通信行業(yè)市場規(guī)模及結(jié)構(gòu)分析（單位：億美元，不含通信衛(wèi)星領(lǐng)域市場規(guī)模）
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以2017年通信領(lǐng)域功率半導體器件占整體15％的比例計算，2017-2020年通信領(lǐng)域功率半導體器件市場規(guī)模將分別為57.45億美元、59.39億美元、62.44億美元、65.96億美元。其中，基站向5G升級將會成為通信設(shè)備功率半導體器件用量增加的最大變動因素。
2017-2020年通信領(lǐng)域功率半導體器件市場規(guī)模分析（單位：億美元）
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6、消費領(lǐng)域市場規(guī)模
消費類電子也是功率半導體器件的消費重地，由于消費電子產(chǎn)品類型非常多，包括電視機、電腦、冰箱、收/錄機、數(shù)碼像機、手機、平板電腦、平衡車、空調(diào)、照明等產(chǎn)品，因此消費類電子產(chǎn)品對功率半導體器件的應用類型也各不一樣，一般以600V以內(nèi)的產(chǎn)品為主，其中0-40V低耐壓功率半導體器件是使用量最為龐大的類別產(chǎn)品。
另外，新興的無線充電等科技產(chǎn)品雖然比較分散，但數(shù)量也比較可觀，由此也是功率半導體器件不可忽略的消耗大戶。
2017年消費類電子行業(yè)功率半導體器件市場規(guī)模為19.6億美元，占全球總體市場份額的20％左右。預計到2020年，全球消費類電子行業(yè)功率半導體器件市場規(guī)模將達到23億美元。
2017-2020年全球消費類功率半導體器件市場規(guī)模分析（單位：億美元）
