功率器件：新能源产业的“芯”脏

功率半导体器件，也称为电力电子器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件。逆变（直流转换成交流）、整流（交流转换成直流）、斩波（直流升降压）、变频（交流之间转换）是基本的电能转换方式。MOSFET 和 IGBT 是主流的功率分立器件。

一、新能源汽车是功率器件增量需求主要来源

作为电能转化和电路控制的核心器件，功率器件下游应用十分广泛，包括新能源（风电、光伏、储能和电动汽车）、消费电子、智能电网、轨道交通等，根据每个细分领域性能要求的不同（频率、电压、损耗），选择不同的功率器件。按照下游应用划分，汽车领域占比达 40%，其次是工业占比27%，消费电子占13%，其他领域（如通讯、计算机等领域）占 20%，功率器件在汽车和工业领域应用较多，需求稳定性也较强，消费领域应用相对较少。

根据 Yole 的数据，2021年全球功率半导体器件市场大约175亿美元，2026年将增长至 262亿美元，复合增速达到6.9%。其中，增量较大的主要是IGBT模块、SiC 模块、MOSFET 和 GaN 产品。

功率半导体类别及市场规模：

资料来源：Omdia

低端产品已实现部分国产替代，高端分立器件国产化空间广阔。对国内市场而言，功率二极管、功率三极管、晶闸管、中低压MOSFET 等分立器件产品部分已实现国产化，而功率MOSFET 特别是高压超级结MOSFET、IGBT 等高端分立器件产品由于其技术及工艺的复杂度，还较大程度上依赖进口，国产化率低，未来进口替代空间巨大。

全球功率分立器件市场规模（左）；全球功率器件各细分领域市场规模（右）：

资料来源：Omdia

充电桩：高压超级结MOSFET 顺应国内直流充电桩“快充”发展潮流日益提升的快充需求下直流充电桩渗透率提升至四成，功率不断提升。充电桩可分为公共直流/公共交流/私人桩，高充电功率的直流桩充电速度最快，而私人桩、公共交流桩充电功率低、充电时间长。随着下游新能源汽车市场的爆发，国内对配套设施充电桩的需求也日益增加。据Wind数据显示，2021年国内公共充电桩保有量114.70万个，2016-2021 年CAGR 高达 52.02%。其中17 年至19年，直流充电桩的占比从28.7%上升至41.6%，占比提升较快，21 年直流充电桩占比保持约四成左右。直流充电方式相较家用标准交流电充电方式速度大幅提高，一个150kW的直流充电器可以在大约15 分钟内为电动汽车增加200公里续航，随着新能源汽车渗透率进一步提高，直流电充电方案需求将同步提升，2020 年国内新增直流桩功率达到131KW，未来直流桩新增装机功率有望进一步提升。此外，Yole预计2020-2025年，全球100kW及以上的大功率直流充电桩数量将以高达36.85%的CAGR 增长，大功率直流快充呈现高速增长态势。

国内充电桩保有量结构（左）；国内公共充电桩保有量及同比增速（右）：

资料来源：Wind

超级结MOSFET 成快充主流选择，2025年全球直流桩SJ MOS 市场规模有望超20亿元。直流充电桩则通过自带的AC/DC充电模块将输入的交流电转为直流电，不通过OBC直接完成变压整流。超级结 MOSFET 因其更低的导通损耗、开关损耗、高可靠性、高功率密度，已成为主流的大功率充电桩功率器件应用产品。根据充电桩功率模块电路结构，随着平均单桩功率提升，我们预测2025年直流桩单桩 SJ MOS 用量 168 颗，结合IEA 预测2025年全球直流桩新增保有量达84.6万个，在SJ MOS 单颗售价15.8 元，市场渗透率达90%的假设下，我们预计 2025 年全球直流桩 SJ MOS 市场规模为20.3亿元，对应21-25年CAGR为34.9%，其中22-24 年的CAGR为42.8%；2025年国内市场规模为12.7亿元，对应21-25 年CAGR 为60.4%，其中22-24 年的CAGR为56.7%。

全球直流充电桩保有量预测（左）；全球直流充电桩超结MOSFET市场规模预测(右）：

资料来源：Yole

我国新能源汽车销量增速有望持续高企，单车功率半导体用量是传统燃油车的5倍。据中国汽车工业协会统计，2021年国内新能源汽车销量实现爆发性增长，全年销售共计352万辆，同比增长157.48%。在“碳中和”、“碳达峰”目标下，我国新能源汽车市场高景气度有望持续。新能源汽车中的功率半导体含量大大增加，主要增量来源于逆变器中的IGBT 模块、DC/DC 中的高压MOSFET、辅助电器中的IGBT 分立器件、OBC 中的超级结MOSFET。据英飞凌数据显示，一辆电动车的MOSFET分立器件用量接近200个，部分高端新能源汽车车型对MOSFET 的需求可达400个/辆以上。纯电动车功率半导体价值量为350美元，是传统燃油车单车价值量71美元的五倍。

新能源车中OBC、DC/DC 均可采用超级结MOSFET，2025 年全球EV SJ MOS 的市场规模有望成长至34.65亿元。OBC是由PFC和隔离DC-DC组成的AC-DC转换器，通过将来自地面交流充电桩的交流电进行交直流转换和高低压变换，给车载电池充电。此外，DC/DC主要作用是取代传统汽车中的12V发电机，将动力电池的高压电转换为低压电，随后被低压蓄电池收集，该过程同样需要超结MOSFET 的参与。根据Marketline 的预测，2025年全球新能源汽车销量2121.7万辆，其中OBC、DC/DC 分别搭载12颗/4颗超结MOSFET，结合17.6 元/颗的单价及渗透率，我们预计2025 年全球EV SJ MOS 的市场规模有望达到34.7亿元，21-25 年CAGR 为30.8%，其中22-24 年CAGR为37.8%；国内市场规模25年有望达到17.7 亿元，占全球市场需求超过50%，21-25 年CAGR 为28.2%，其中22-24年CAGR 为35.1%

全球EV销量预测（左）；全球EV 超结MOSFET市场规模预测（右）：

资料来源：Marketline

二、功率半导体供需分析

2022年国内IGBT产业进入爆发期，国产IGBT厂商在车载IGBT领域的替代进程会加速。一方面国内新能源汽车2022年销量预期都比较乐观，市场预期平均增速在50%以上，但是国外IGBT芯片厂商如英飞凌和安森美等大厂的交期平均都在一年以上，同时海外如欧洲和美国的电动车市场也开始进入高速增长期，这些国际大厂会优先保障本土供应。在供需偏紧的情况下，国产IGBT厂商对于国内电动车主机厂而言成为了最重要的芯片供应保障，而且时代电气、士兰微和华虹半导体等厂商的IGBT产能已经在2021年底相继投产，有望成为IGBT芯片国产化最受益的厂商。对于国内的IGBT厂商而言，最受益的厂商还是以IDM模式为主的厂商，如比亚迪半导体，时代电气和士兰微。

我们认为市场对于IGBT芯片供给大幅开出以后导致IGBT芯片市场竞争加剧的担忧大可不必，我们梳理了国内明年新增的IGBT产能，如果拉平2022年全年的IGBT供应增量，预计为5.04万片/月，如果考虑良率等问题，预计实际产能不足4万片/月，对于明年200万辆电动车的IGBT芯片消耗量就达到2-3万片/月，如果再考虑光伏和风电等领域用到的IGBT芯片，预计产能供应相对偏紧张。

假设2030年全球汽车销量达到1亿辆，如果50%的燃油车替换为电动车，对应约5000万辆电动车，按照单车功率半导体价值量为400美元计算，预计全球车规功率半导体市场规模达到200亿美元，如果国内电动车市场占全球的50%，那么2030年国内车规功率半导体市场空间将达到100亿美元。存量市场2021年全球功率半导体市场规模将增长至441亿美元，国内需求占全球市场份额的36%，2021年市场规模有望达到159亿美元，未来十年按照5%的复合增速测算，存量市场如工控和家电领域的需求在2030年将达到239亿美元。光伏领域对于功率半导体市场需求为30亿美元，加总以后预计到2030年国内功率半导体市场空间达到369亿美元，对应2500亿人民币左右的市场空间。

1台新能源汽车平均消耗一片8英寸硅片，其中分立器件、IGBT消耗0.4片，DMOS占0.1片，IC占了0.5片，主要是MCU和电源管理芯片，2021年新能源汽车销量为340万台，同比增长1.5倍，预计2022年国内新能源汽车销量达到500万辆，对应的增量需求为160万片8寸晶圆，折合13~14万片月产能，如果2025年国内电动车销量达到1000万辆，对应增量需求为54-55万片月产能。

截止2020年12年全球晶圆产能约为2082万片/月（等效8寸），中国大陆晶圆产能占比为15.3%，预计为318.4万片/月（等效8寸），国内主要晶圆厂12寸产能约100万片/月，8寸产线约为115万片/月。其中我们统计国内所有功率半导体厂商新增产线的产能增量，预计2022年全年新增功率半导体产能为18万片/月（等效8寸），如果假设2022年国内新增电动车销量为200万台，全球新增500万台电动车，所需要对应约250万片8寸的年产能，对应需要新增20.8万片月产能，而全球功率半导体的新增产能几乎都在中国，仅仅满足全球的电动车的需求新增供给尚且不够，如果考虑光伏需要的产能则供应缺口进一步增加。

功率器件国产化率仅为 22%，高端产品国产化率更低。据我们统计 2021 年国内主要功率器件上市公司相关收入占国内功率器件总市场比重仅 22%，且当前国内功率器件仍以二极管、晶闸管等低端产品居多，高端产品如 IGBT、SiC 等国产化率更低。当前国内厂商在高性能功率器件持续发力，产品性能、可靠性和稳定性等已具备对标海外一线龙头的能力，随着未来下游需求的持续增长，功率器件国产化率有望进一步提升。

文章来源：第三代半导体产业技术战略联盟