一、功率半導體：電能轉換核心器件

功率半導體器件是實現電能轉換的核心器件，廣泛應用于消費電子、新能源交通、軌道交通、發電與配電等電力電子領域。

根據載流子類型，功率半導體可以分為雙極型功率半導體和單極型功率半導體。

雙極型功率半導體包括功率二極管、雙極結型晶體管（BJT）、電力晶體管（GTR）、晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。

單極型功率半導體包括功率MOSFET、肖特基勢壘功率二極管等。

從市場格局來看，目前國外功率半導體廠商制造水平較高，已經形成了較高的專業壁壘。

歐美日廠商憑借其技術和品牌優勢，占據了全球功率半導體器件市場的70%。其中，英飛凌器以18.6%的市場占有率排名世界第一（2017年英飛凌財報數據）。

我國開展功率半導體的研究工作比較晚，目前大陸、臺灣地區主要集中在二極管、低壓MOSFET等低端功率器件市場，IGBT、中高壓MOSFET等高端器件市場主要由歐美日廠商占據。

不過，國際功率半導體廠商尚未形成專利和標準的壟斷。相比國外廠商，國內廠商在服務客戶需求、降低成本等方面具有競爭優勢。

二、電動汽車崛起，點燃全球功率半導體市場

功率半導體是電動汽車的重要部件，比如特斯拉Model S車型使用的三相異步電機驅動，其中每一相的驅動控制都需要使用28顆IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）芯片，三相共需要使用84顆IGBT芯片。

因此，新能源汽車產業的崛起為功率半導體帶來了極大的增長潛力。電機控制系統和充電樁是車用IGBT的主要增長點。

IGBT在電力驅動系統中屬于逆變器模塊，將動力電池的直流電逆變成交流電提供給驅動電動機。

IGBT約占新能源汽車電機驅動系統及車載充電系統成本的40%，折合到整車上約占總成本的7~10%，其性能直接決定了整車的能源利用率。

1、IGBT：硅基功率半導體核心

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。

IGBT可以實現直流電和交流電之間的轉化或者改變電流的頻率，有逆變和變頻的作用。

在結構方面，IGBT比MOSFET（金氧半場效晶體管）多一層P+區，通過P層空穴的注入能夠降低器件的導通電阻。

隨著電壓的增大，MOSFET的導通電阻也變大，因而其傳導損耗比較大，尤其是在高壓應用場合中。相較而言，IGBT的導通電阻較小。

IGBT多應用于高壓領域，MOSFET主要應用在高頻領域。IGBT集中應用在逆變器、變頻器等高壓產品；而MOSFET主要應用在鎮流器、高頻感應加熱等高頻產品。

2、IGBT市場格局

按電壓分布來看，消費電子領域運用的IGBT產品主要在600V以下，如數碼相機閃光燈等。1200V以上的IGBT多用于電力設備、汽車電子、高鐵及動車中。動車組常用的IGBT模塊為3300V和6500V。智能電網使用的IGBT通常為3300V。

全球IGBT市場主要競爭者包括德國英飛凌、日本三菱、富士電機、美國安森美、瑞士ABB等，前五大企業的市場份額超過70%。

目前國外廠商已研發出完善的IGBT產品系列：其中，仙童等企業在消費級IGBT領域處于優勢地位。

ABB、英飛凌和三菱電機在1700V以上的工業級IGBT領域占據優勢。

在3300V以上電壓等級的領域，英飛凌、ABB和三菱電機三家公司居壟斷地位，代表著國際IGBT技術的最高水平。

中國功率半導體市場占世界功率半導體市場份額的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT器件中，90%依賴于進口。

三、第三代化合物半導體——前景廣闊，產業變革

1、碳化硅SiC：高壓器件領域的破局者

而在功率半導體材料方面，SiC（碳化硅）是第三代半導體材料的代表。相較于Si（硅），SiC能降低更多能量損耗、更易實現小型化、更耐高溫。

SiC主要應用在光伏逆變器（PV）、儲能/電池充電、不間斷電源（UPS）、開關電源（SMPS）、工業驅動器及醫療等市場，它可以用于實現電動車逆變器等驅動系統的小量輕化。

2017年全球SiC功率半導體市場總額達3.99億美元。預計到2023年市場總額將達16.44億美元，年復合增長率26.6%。從應用來看，混合動力和純電動汽車的增長率最高，達81.4%。

目前，英飛凌和科銳占據了全球SiC市場的70%。

羅姆公司在本田的Clarity上搭載了SiC功率器件，Clarity是世界首次用Full SiC驅動的燃料電動車，由于具有高溫下動作和低損耗等特點，可以縮小用于冷卻的散熱片，擴大內部空間。豐田的燃料車MIRAI可以坐4個人，本田的Clarity實現了5人座。

在國家政策方面，目前我國正在大力推動第三代半導體產業彎道超車。2018年7，月國內首個《第三代半導體電力電子技術路線圖》正式發布，提出了中國第三代半導體電力電子技術的發展路徑及產業建設。

2、氮化鎵GaN：手機快充占最大份額，5G射頻迎來發展機遇

除了SiC之外，GaN（氮化鎵）也是是第三代半導體材料的代表。

GaN器件可以分為射頻器件和電力電子器件，其中電力電子器件產品包括SBD、FET等面向無線充電、電源開關等市場；射頻器件則包括PA、MIMO等面向基站衛星、雷達市場。

目前，手機快速充電占據功率GaN市場的最大份額。但隨著5G應用的臨近，GaN射頻器件市場也正在處于快速發展階段。

GaN應用于充電器時可以有效縮小產品的尺寸。目前市面上的GaN充電器支持USB快充，以27W、30W和45W功率居多。Apple也考慮將GaN技術作為其無線充電解決方案，這有可能帶來GaN功率器件市場的殺手級應用。

要想滿足5G對于更高數據傳輸速率和低延遲的要求，需要GaN技術來實現更高的目標頻率。利用GaN的小尺寸和功率密度高的特點可以實現高度集成化的產品解決方案，如模塊化射頻前端器件，滿足5G關鍵技術MassiveMIMO的需求。

目前，英飛凌、安森美和意法半導體是全球GaN市場的行業巨頭。

根據Maximize Market研究數據，預計到2026年全球GaN功率器件市場規模將達到4.4億美元，復合年增長率29.4%。

近年來越來越多的公司加入GaN的產業鏈。如初創公司EPC、GaN System、Transphorm等。它們大多選擇臺積電或X-FAB為代工伙伴。行業巨頭如英飛凌、安森美和意法半導體等則采用IDM模式。

四、全球格局：產業巨頭優勢明顯

2017年全球功率分立器件和模塊市場總額達186億美元。其中，英飛凌以18.6%的市場份額排名第一。第二為安森美，第三為意法半導體。

而在細分領域方面：2017年全球功率分立IGBT市場總額達11億美元。其中，英飛凌以38.5%的市場份額排名第一，第二為富士電機。2017年全球功率分立MOSFET市場總額達66.5億美元。其中，英飛凌以26.3%的市場份額排名第一。第二為安森美。

      2017年全球功率器件市場中恩智浦的營業收入排名第一。營業收入60.48億元，凈利潤14.47億元，凈利率0.24。英飛凌排名第二，營業收入55.26億元，凈利潤6.19億元，凈利率0.11。

     各功率器件廠商都有其獨特的優勢產品。安森美是第一大汽車圖像傳感器企業。在全球ADAS市場中，安森美的圖像傳感器占據了70%的市場份額。微控制器和SoC是瑞薩電子的主要產品。瑞薩電子在全球微控制器市場中占據領先地位。

     汽車電子由于其市場廣闊、體量巨大，一直都是半導體廠商們的兵家必爭之地。而隨著當前新能源汽車產業浪潮在全球領域的興盛與崛起，功率半導體——這一電動汽車關鍵零部件——則更是迎來了一次前所未有的時代新機遇。