功率半導體,又稱電力電子器件或功率電子器件,是電子產業鏈中最核心的一類器件之一。能夠實現電能轉換和電路控制,在電路中主要起著功率轉換、功率放大、功率開關、線路保護、逆變(直流轉交流)和整流(交流轉直流)等作用。
功率半導體,又稱電力電子器件或功率電子器件,是電子產業鏈中最核心的一類器件之一。能夠實現電能轉換和電路控制,在電路中主要起著功率轉換、功率放大、功率開關、線路保護、逆變(直流轉交流)和整流(交流轉直流)等作用。
圖表:半導體分類
功率半導體包括功率半導體分立器件(含模塊)以及功率IC等。其中,功率半導體分立器件,按照器件結構劃分,可分為二極管、晶閘管和晶體管等。
根據中研網《2023-2028年中國功率半導體行業供需預測及投資潛力研究報告》分析,功率半導體分立器件中,以MOSFET和IGBT為代表的晶體管占比最大,約28.8%。從目前市場需求來看,硅基MOSFET、硅基IGBT以及碳化硅為目前功率半導體分立器件的主力產品。
產品由低端逐步走向中高端,國產替代空間廣闊。我國功率半導體產業仍處于起步階段,總體呈現產業鏈完整、廠家多、發展迅速等特點。截止2022年4月,中國功率半導體相關企業已超320家。主要分布在廣東(130家)和江蘇(56家)等東南沿海地區。
國產功率半導體已在眾多領域應用,特別是低端產品,如二極管、三極管、晶閘管、低壓MOSFET(非車規)等,已初現“規模化效應、國產化率相對較高”等特點。在中高端領域,如SJMOSFET、IGBT、碳化硅等,特別是車規產品,由于起步晚、工藝相對復雜以及缺乏車規驗證機會等問題,國內廠家依然在追隨海外廠家技術發展路線。但近年來,市場逐漸從依賴進口向國內自給自足轉變,國產替代潛力大。
國家和地方政策支持,加速國產替代進程。受益于國家和地方政府的鼓勵政策,國內電動汽車與充電樁、光伏與儲能等領域需求增長,功率半導體競爭格局有望被重塑——國內功率半導體的國產化進程有望加速。
功率半導體應用前景廣闊,幾乎涵蓋了所有電子產業鏈。以MOSFET、IGBT以及SiCMOSFET為代表的功率器件需求旺盛。根據性能不同,廣泛應用于汽車、充電樁、光伏發電、風力發電、消費電子、軌道交通、工業電機、儲能、航空航天和軍工等眾多領域。
據Yole數據預測,至2025年,全球功率半導體分立器件和模塊的市場規模將分別達到76億美元和113億美元。據中國產業信息網數據,2023年中國大陸地區IGBT市場規模預計達到290.8億元,同比增長11.6%。據中國半導體器件行業現狀深度分析與未來投資預測報告數據,2023年中國大陸地區MOSFET市場規模將達到396.2億元(56.6億美元,人民幣兌美元匯率按照7計算),同比增長4.8%。
以MOSFET為例,據Yole預測,到2026年,全球MOSFET(包括分立器件和模塊)市場總規模預計將達到94.8億美元,復合增長率達3.8%(2020年至2026年)。
MOSFET汽車應用(電動汽車和汽車充電樁)占比居首位,高達33%,其中電動汽車和充電樁分別占比25%和8%。從耐壓范圍看,到2026年,低壓MOSFET(0-40V)占總需求的39%,中壓(41V-400V)占26%,高壓(大于等于600V)廣泛應用在220V系統中,占總需求的35%。同時,SiCMOSFET和GaNMOSFET市場滲透率在逐步提高。
2020年以來,電動汽車、汽車充電樁和光伏逆變器可謂拉動功率半導體增長的三駕馬車。
1、電動汽車:電動汽車進一步滲透終端消費市場,帶動功率器件和模塊需求快速增長。特別是MOSFET和IGBT(包括單管及模組)的增長較為顯著。據貝殼投研數據,2021年中國車規級IGBT市場規模為47.8億元,預計到2025年,其將達到151.6億元。據芯謀研究數據,2021年和2025年中國車規MOSFET的市場規模分別為73.5億元(10.5億美元,匯率按7計算)和122.5億元(預測數據,17.5億美元,匯率按7計算)。
2、充電樁:受益于新能源汽車快速增長,與之配套的充電樁市場亦呈現快速發展態勢。據億渡數據預測,至2026年,中國充電設施市場規模將達2870.2億元,2022年到2026年復合增長率高達37.83%。從直流充電樁相關零部件分解可以看出,充電機是充電樁的最核心部件,成本占充電樁的50%以上,而功率半導體是充電機的最核心組成部分,成本占充電機的一半以上。
3、光伏:據中國光伏行業協會數據,至2025年,中國新增光伏裝機保守預測為90GW,同比增長10%。據未來智庫數據預測,2025年中國光伏逆變器市場規模達196億元。
逆變器是光伏系統的心臟,中高壓MOSFET、IGBT及碳化硅等功率器件是光伏逆變器的核心,其決定著光伏逆變器的性能高低,進而直接影響光伏系統的穩定性、發電效率以及使用壽命。光伏逆變器綜上,在電動汽車、充電樁以及光伏逆變器等多輪驅動下,功率器件有望穩健增長,為千億賽道奠定堅實路基。主要由機械件、電感和半導體器件構成,分別占比27.6%、14.2%、11.8%。
汽車的百年史里,數次技術變革都極大的推動了汽車消費和汽車工業的發展,如發動機控制、自動變速、底盤、主被動安全、通信及多媒體影音等技術。雖然這些技術給汽車的駕駛感受和舒適性都帶來了提升,但汽車能源供給方式、駕駛方式以及驅動方式都沒有發生變化。如今,傳統燃油車動力和傳動系統將被電動車的大、小三電系統取代。自動駕駛、線控底盤、網聯化和軟件化,車、路和云端協同等賦予了汽車新的定義和生命力。汽車已不再單單是一個載客的交通工具,而是被定義為一個智能科技終端、可以在其中工作和休閑的第三移動空間。
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2022-2027年中國功率半導體行業供需預測及投資潛力研究報告
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