券商和基金最看好哪个半导体投资版块？一定是功率半导体。今年年初，英飞凌、意法半导体、恩智浦等国际半导体大厂均对今年功率半导体有着高景气的预期，2022年全年产能已全部排满。

任何电能转换过程都需要功率半导体，没有它，几乎一切现代电子产品都将无法工作。但它并不像提供各种算力的CPU、GPU、FPGA、ASIC广受关注，往往只是作为配角出现。这一领域技术迭代迅速，竞争激烈。

芯片发展的尽头是材料

在时代冲刷下，许多功率半导体产品都逐渐淘汰，只有综合评估表现良好的器件成为了市场最终的宠儿。纵观这一历史，发展呈现两种趋势：一种是向实现更高的电压和更低的损耗方向发展，即在分立器件上进化；另一种是向小型复合化、高集成、高密度发展，即模块化和集成电路化，但这也要仰赖构成模块或电路的“基础单位”分立器件。因此，一切都指向了分立器件。

一开始，功率半导体分立器件是从结构上进化的：第一阶段以二极管为代表，第二阶段出现以晶闸管为代表的半控型器件，第三阶段诞生了以MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）为代表的全控型器件。

而后，器件结构已基本明朗，大多情况下都是围绕这几种结构进行优化改良。虽然制程也会影响功率半导体的性能，但它属于特色工艺（More than Moore）范畴。与逻辑电路和存储芯片相反，工艺节点的进步并不能直接为分立器件、模拟电路等带来效率显著提升和成本显著下降，而是需要通过器件结构、加工工艺、应用环境提升器件价值和性能。

相比动辄使用7nm、5nm等先进制程的逻辑IC，功率半导体分立器件及功率IC技术实现难度会低很多。目前国际意法半导体（ST）最先进的BCD工艺也只到65nm，国内士兰微总投资170亿元建设的两条12英寸90~65nm特色工艺芯片生产线便已处于先进水平，许多器件只需要0.15~0.35μm的工艺即可满足性能要求。

当然，虽然造出功率半导体相对简单，但并不是说它毫无技术含量，这种情况下反而对技术优化、集成调整及功能等要求更高。

因此，在器件改良以外，业界瞄向了器件的根本——材料。改变材料能够显著提升全性能指标，其中宽禁带半导体材料是非常适合制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成器件的材料。禁带宽度是半导体材料一个重要特性参数，参数越大意味着电子跃迁到导带所需能量越大，材料能承受的温度和电压也会越高。

根据半导体材料的能带结构不同，可将半导体材料分为窄禁带和宽禁带两种，2.3eV带隙宽度是区分宽窄的重要指标。窄带隙半导体代表性材料有第一代半导体材料Si（硅）、Ge（锗）和第二代半导体材料GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟），大于或等于2.3eV的宽带隙半导体代表性材料有第三代半导体材料GaN（氮化镓）、SiC（碳化硅）和研究中的第四代半导体材料氮化铝（AlN）、氧化镓（Ga2O3）、金刚石（C）等。

需强调的是，新生的半导体材料在现阶段不会完全取代之前代际的材料，均是对硅材料的一种重要补充。

SiC和GaN是宽禁带半导体材料发展比较成熟的材料，自2001年以来，SiC二极管、SiC-BJT、SiC-MOSFET及GaN-HEMT等宽禁带的第三代半导体产品相继开发成功并量产。但彼时使用新材料的性价比较低，在长达十余年里一直被冠以价格高昂的帽子，而后经过多年研发，器件成本逐渐下降、晶圆产能逐渐丰富，两种材料在TCO（总拥有成本）上优势逐渐凸显，这一赛道开始爆发，前景广阔。

GaN和SiC瞄准的领域各有不同，业界的普遍认为GaN功率半导体瞄准的耐压区域比SiC功率半导体低几十伏至六百伏，目前来说GaN主要应用在通信射频、电力电子、LED三大场景，SiC主要应用在电力电子和通信射频两大领域。

国产功率半导体突围

从产业布局上来看，全球功率半导体市场由欧美日企业主导，因为起步比较早，一些海外巨头企业目前仍处于非常领先的优势地位。根据Omdia公布的数据显示，2020年全球功率半导体器件和模块市场CR5（规模最大的5家企业集中度）达到了44%。

Omdia预计，相比2020年，2025年功率半导体器件整体市场将增长43%，各功率器件门类都呈增长趋势，其中SiC和IGBT相关器件增幅最大，SiC的增幅将超过130%，IGBT将有近80%的增幅。此外，模块类的产品贡献了最主要的增长，包括在光伏和新能源汽车等领域，IGBT模块、SiC模块等产品会更多地被客户采用。

中国作为功率半导体最大的应用市场，占比高达40%。但相对于国际巨头，中国的功率器件行业起步较晚，技术实力、产品稳定性存在一定的差距，特别是中高端产品仍一定程度依赖进口。

但从目前来看，中国企业的增长势头较为强劲，随着国内企业的技术发展，产品形态正在从二极管、晶闸管、低压MOSFET等中低端器件向更有价值的IGBT、中高压MOSFET等高端器件过渡。同时，在当前全球缺芯，半导体产能不足等因素影响下，功率半导体市场上的国产化替代正在进行。

功率半导体细分市场包括功率器件（即分立器件和功率模块）和功率IC两方面，有些公司会全部包揽，有些公司会专注集成度更高的功率IC。

1. 功率器件市场

当前功率器件市场仍由分立器件主导，但未来几年功率模块份额将显著增加。到2026年，电动汽车、工业电机和家用电器将推动功率模块市场达到近100亿美元。分立式功率器件主要用于低功率应用，如低功率电机驱动器、光伏微型逆变器和住宅组串式光伏逆变器、汽车辅助系统、DC/DC转换器和车载充电器等，高功率应用将更多使用功率模块，但高效率要求使对组件和技术的需求更加多样化。

Yole指出，功率器件中MOSFET、IGBT及SiC技术是至关重要的三个领域。IGBT和SiC功率模块主要用于电动汽车、风力涡轮机、光伏、储能和电动汽车直流充电器等应用，主要由高系统功率趋势驱动。整体来看，目前硅基功率器件仍会占据整个功率半导体市场的半壁江山，但随着需求量提升，宽禁带器件在未来会有长足的增长。

相较国际，国内功率半导体起步较晚，主要通过引进技术后逐步创新，提升国产化。目前，国内功率半导体行业取得了很大的发展，但在高端器件设计和制造方面与国际领先产品存在差距。

二级市场方面，功率半导体概念股已形成规模，企业数量较多，其中多数为IDM模式。在产品方面，大多企业既生产功率半导体分立器件也生产功率模块，一些企业也会生产功率IC。除此之外，布局第三代半导体材料功率半导体已成为二级市场共识。

再纵观2022年Q1融资情况，百亿美元市场吸引了不少新晋玩家。不过这些企业只有少数选择了传统的硅基功率器件领域，基本一致看好SiC、GaN赛道，且大部分处于A轮融资阶段。

硅基功率MOSFET和IGBT器件领域，国内与国际先进水平差距明显：MOSFET器件，以平面工艺的VDMOS为主，缺乏高元胞密度的低功耗功率器件，国际上热门超结器件在国内尚处于研发阶段，芯片产业化以中小功率（100~500V/≤30A）为主，批量生产单管已在消费电子领域得到广泛应用，600V~900V的芯片正在开发中；IGBT器件，模块封装技术有所提升，国产芯片的600V、1200V、1700V/200A~2000A的IGBT模块已投入使用，3300V、4500V、6500V/600A~1500A的IGBT模块进入中试阶段，有少量样品正在试用。

SiC和GaN宽禁带功率器件方面与国际先进国家相比，研发基础较为薄弱，产业化还处于初始阶段，但在衬底、外延片、器件/模块上均有相关企业布局。

2. 功率IC市场

功率IC方面，入门门槛不算高，但对企业的持续研发能力要求高。据与非研究院统计，功率IC在全球功率半导体消费中占比超过50%，2021年全球功率IC市场规模为305亿美元，预计2022年将保持稳定，而国内功率IC厂商约为160家。

另据芯谋研究数据，2021年中国功率IC大部分公司营收大幅增长，部分公司营收增长100%以上，矽力杰、晶丰明源、士兰微、富满微电子、圣邦微电子、上海南芯、明微电子、上海贝岭、艾为电子、必易微电子的2021年功率IC营收排名国内前十。

总结来说，国产在功率半导体市场一直都有平替产品，但相比国外仍有差距，在地缘政治摩擦频发和功率半导体相关背景条件下，国产替代正在加速。由于SiC和GaN整体成本仍然比硅基功率半导体上有差距，MOSFET、IGBT分立器件和模组仍然会是3~5年内的主流和增长亮点，不过在5G、新能源、智能化汽车拉动下，SiC和GaN市场前景极佳。

国产替代带来成长机遇

（1）功率二极管：2021年国内市场规模约 8672 万美元

属于传统功率器件，但应用范围广泛。功率二极管种类众多，包括碳化硅二极管、快恢复二极管、肖特基二极管、标准功率二极管等。

主要应用领域包含消费电子、新能源及汽车、工业电源等。华微电子在肖特基二极管、快恢复二极管上具有稳定的营收，并在大力研发、推广碳化硅二极管产品。

根据中商情报网报道，目前整体二极管市场相对分散，行业第一的 Vishay 份额超10%，其余占比均较低，大陆和中国台湾厂商有望凭借低成本优势以及产业扶持政策逐步占据市场，成为功率器件中率先突破的子领域。

根据 IHS、中商产业研究院数据，2017-2020 年，全球功率二极管的市场份额分别为 4297 万美元、4905 万美元、4326 万美元、3938 万美元。

而中国功率二极管的市场份额则为 1444 万美元、1617 万美元、1439 万美元、1307 万美元。

市场规模的下跌主要原因是受疫情影响，全球半导体市场需求下降，2021 年疫情开始恢复，产能也开始上升。

根据 IHS 预测，2021 年全球功率二极管市场份额约为 4047 万美元，增长 2.7%，中国市场份额约为 1344 万 美元，增长 2.8%。

（2）MOSFET：2021 年国内 MOSFET 市场规模约为 277 亿元

高频领域应用，按功率划分层次。MOS 管最显著的特性是开关特性好，如导通电阻小，损耗低，驱动电路简单，热阻特性好等优点，特别适合用于电脑、手机、移动电源、车载导航、电动交通工具、UPS 电源等电源控制领域。

不同的工艺会使得 MOSFET 耐压和工作频率及功率不同，进而影响其适用的工作领域，但根据下游场景所需电压，一般认为应用电 压低于 100V 的 MOSFET 为中低压 MOSFET,一般用于消费级应用；高于 500V 为高压 MOSFET，一般用于汽车、航空应用。

另外根据不同功率 MOSFET 的行业特性以及与上下游关系将功率 MOSFET 分为了低端、中端和高端三个层次。

功率半导体行业是一个需求驱动型的行业，其中MOSFET 由于输入阻抗高、控制功率小、开关速度快、开关损耗小，主要用于10KHz 以上以及输出功率 5KW 以下的应用，是功率分立器件占比最大份额品种，根据 IHS Markit 统计，2018年我国 MOSFET 市场规模约为27.92 亿美元，2016年-2018年增长率为15.03%，高于功率半导体行业平均的增速，且随着汽车电子化比重提升以及手机快充、物联网（IoT）新应用的发展，MOSFET用量和增速大幅提高，我们保守假设由于基数原因复合增速放缓但仍保持约 10%，则预计2021年国内MOSFET 市场规模约为 43 亿美元约 277 亿元。

在汽车电子领域，MOSFET 在电动马达辅助驱动、电动助力转向及电制动等动力控制系统，以及电池管理系统等功率变换模块领域均发挥重要作用。

在消费电子领域，主板、显卡的升级换代、快充、Type-C 接口的持续渗透持续带动 MOSFET 的市场需求。

（4）IGBT：2025 年国内市场规模可达 522 亿元

IGBT 细分不同的品类。IGBT 是国际上公认的电力电子技术第三次革命具代表性的产品，是工业控制及自动化领域的核心元器件，IGBT 的种类众多，综合 IGBT 原理和作用，可将 IGBT 根据电压等级划分为低压、中压和高压 IGBT。

IGBT 可分为单管、模块和智能功率模块（IPM,将 IGBT 芯 片、FRD 芯片、驱动电路、保护电路、检测电路等集成在同一个模块内）三类产品，根据华经情报网数据，2018 年 IGBT 模块、IGBT 单管和 IPM 市场规模占比分别约 52%、21%和 27%，三者生产制造技术和下游应用场景 均有所差异单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器，标准模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车（电机控制器、车载空调、充电桩）等领域，IPM 模块主要应用于变频空调、变频洗衣机等白色家电。

市场规模上升，国产化趋势明显。

长期以来，IGBT 市场一直被英飞凌、三菱、富士电机、安森美等少数供应商所垄断，缺货涨价更是持续了较长时间，业内甚至一度传出 IGBT 供货周期延长至 52 周。

目前，政府对半导体产业的支持力度非常大，在未来的 3-5 年内，国内 IGBT 产品设计和工艺制造能力会得到大力提高。

根据集邦咨询预测，受益于新能源汽车和工业领域的需求大幅增加，中国 IGBT 市场规模将持续增长，到 2025 年，中国 IGBT 市场规模将达到 522 亿人民币，2018-2025 年复合增长率达 19.15%。

文章来源：半导体行业观察，果壳硬科技，远瞻智库