功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心元器件,几乎用于所有需要电能处理和转换的场景。自20世纪50年代开始发展,至今形成以二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等为代表的多世代产品体系。
其中,MOSFET、IGBT是半导体功率器件市场主要细分市场,占比分别为40%、25%,附加值更高,也是增长最为强劲的产品。整体来看,在低压下,MOSFET相对IGBT在电性能和价格上具有优势;超过600V以上,IGBT的相对优势凸显,电压越高,IGBT优势越明显。#功率半导体#功率分立器件性能参数及应用领域对比:
随着全球 “碳达峰、碳中和”目标推进,Yole预计功率半导体器件市场规模2026年有望达到262亿美元,年复合增长6.9%。中国是全球最大的功率半导体消费国,随着新能源车、风电、光伏、储能、充电桩等需求持续旺盛,IGBT和MOSFET有望步入快速发展期,并具备广阔的国产替代空间。功率半导体分立器件应用领域:
资料来源:黄山芯微招股说明书
MOSFET
MOSFET又称MOS、MOS管,是电压控制型器件,具有开关和功率调节功能,当前正朝着制程缩小、技术变化、工艺进步和材料迭代发展。MOSFET是低功率细分市场的关键。与其他功率半导体相比,MOSFET的开关速度快、开关损耗小,能耗低、热稳定性好、便于集成,在节能以及便携领域具有广泛应用。在全球5G基础设施和5G手机、PC及云服务器、新能源汽车、新基建等市场推动下,全球MOSFET市场以较高速度增长。从下游应用领域的占比来看,汽车电子及充电桩是功率半导体最主要的下游应用领域,占比20%-30%,消费电子占比20%以上,工业领域约占20%。
根据英飞凌测算,电动汽车中半导体价值量接近传统汽车的两倍,在高端电动汽车中MOSFET器件用量可达250只,汽车电动化浪潮将给MOSFET带来巨大的增量空间。根据Yole的数据,在功率MOSFET市场,2021年,全球TOP 10的供应商市占率合计占比达到78.3%。从竞争格局来看,全球MOSFET行业集中度高,欧美厂商占据第一梯队。行行查数据显示,排名第一的英飞凌2021年全球市场份额达25.5%,全球功率MOSFET市场仍由英飞凌、安森美、东芝等欧美日系厂商主导。TOP 10厂商中,中国大陆厂商华润微、Ne xperia(闻泰子公司)和士兰微的市占率合计占比仅为12.1%。国内企业在中国MOSFET市场的市占率仍处于较低水平,但收入前十的厂家中已经开始出现国产功率器件厂商。出于供应链安全、市场供应紧张等多方面因素的考量,国内的整车厂、Tier1等下游客户会有较大意愿导入国产供应商。
IGBT
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是能源交换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”。其工作频率介于晶闸管和MOSFET之间,能耗低、散热小,器件稳定性高。IGBT广泛应用于光伏、风电等大功率逆变器以及新能源汽车电控系统和直流充电桩。IGBT分为IGBT芯片和IGBT模块。其中IGBT模块是由IGBT芯片封装而来,具有参数优秀、最高电压高、引线电感小的特点,是IGBT最常见的应用形式,IGBT模块常用于大电流和大电压环境。
根据Omdia的数据,国内的IGBT产量从2015年的498万只增长至2021年的2580万只,规模不断增长,但产能与需求之间仍存在较大缺口。从全球IGBT竞争格局来看,行业较为集中。英飞凌是行业的绝对龙头,在IGBT分立器件和模组的市占率分别达28.87%和33.07%。2021年,全球IGBT分立器件市占率前三的厂家市场份额合计达到了53.24%,国产厂商仅士兰微一家以3.5%的市场份额进入全球IGBT分立器件市占率前十厂商。
资料来源:天风证券IGBT模组市场CR3达56.91%,国产厂商斯达半导和中车时代的市占率合计占比为5.01%。
2022年国内车载功率模块市场份额方面,已有斯达半导、比亚迪半导和时代电气三家国内厂商跻身前五,合计装机量占比接近50%,从国内IDM模式的龙头IGBT产能规划来看,比亚迪半导、中车时代2022年8寸晶圆产能均实现翻倍增长,从国内Fab厂(华虹半导、中芯绍兴、先进积塔)IGBT产能规划来看亦能实现60%以上成长。受益于新能源行业的快速发展,以MOSFET和IGBT为代表的第二代功率半导体器件有望迎来黄金发展期。
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