功率半导体行业深度报告：新能源需求引领行业快速发展

功率半导体行业深度报告：新能源需求引领，行业快速发展1.功率半导体：市场空间大，细分品类多1.1.

简介：能源转换的核心器件，细分品类众多功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要指能够耐

受高电压或承受大电流的半导体分立器件，主要用于改变电子装置中

电压和频率、直流交流转换等。功率半导体主要起源于

1904

年第一个二极管的诞生，而

1957

年的美国

通用电气公司发表的第一个晶闸管，标志着电子电力技术的诞生；

1970

年代，功率半导体进入快速发展时期，GTO、BJT和

MOSFET的

快速发展，标志着第二代电子电力器件的诞生。之后

1980

年后期，

IGBT开始出现，各种功率模组推动着功率半导体快速向前发展。进入

21

世纪，以全新宽禁带材料为衬底的半导体器件开始出现，功率半导体的性能和市场需求进入一个全新的阶段。功率半导体目前主要可以分为功率

IC和功率器件两大类。功率器件按

照外界条件控制器件的开通和关断的分类标准可分为：不可控型、半

控型和全控型功率器件。其中，二极管单向导通，可以实现整流，属

于不可控型；晶闸管只能触发导通，不能触发关断，属于半控型；晶

体管包括

IGBT和

MOSFET等，可以触发导通，也可以触发关断，属于

全控型器件。功率

IC指功率类集成电路设计，属于模拟

IC的一种，主

要分为

AC/DC、DC/DC、电源管理

IC和驱动

IC等。功率器件主要为二极管、三极管、晶闸管、MOSFET和

IGBT等，市

场主要被国外厂商垄断。二极管是基础性器件，主要用作整流，虽然

原理成熟，但受产品稳定性及客户认证壁垒影响，国产化率仍然较低；

三极管主要适用于消费电子等产品，用于开关或功率放大，国外厂商

仍占据市场份额的前列，国内厂商在附加值较低的部分已完成了国产

替代；晶闸管主要用于工业领域，属于电流控制型开关器件，市场整

体规模较小。MOSFET和IGBT是最主要的功率器件，其中MOSFET适

用于消费电子、网络通信、工业控制、汽车电子等，相较于前三者，

适用频率高，但一般用于功率不超过

10kw的电力电子装置，在中低压

领域，国内厂商正逐步展开国产替代；IGBT可用于电机节能、轨道交

通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子等高压高频领域，高

压下，开关速度高，电流大，但开关速度低于

MOSFET，前五大企业

的市场份额超过

70%，国内企业与国外企业技术水平存在一定差距。SiC与

GaN由于其性能的优越性，可以适用于更广泛的范围。SiC与

GaN在

5G、电动汽车、光伏等各个领域均表现出更加优异的性能。其

中，特斯拉已经将电动汽车

model3

中的

IGBT器件替换为多个

SiCMOSFET模块，取得了更优的性能。在功率半导体的发展路径中，功率半导体从结构、制程、技术、工艺、

集成化、材料等各方面进行了全面提升，其演进的主要方向为更高的

功率密度，更小的体积，更低的功耗及损耗。在结构更改方面，从晶

闸管到

IGBT，功率半导体的器件结构进行了显著的升级和更改，IGBT结构与

MOSFET结构就有较大的变化；在制程缩小方面，功率半导体

的线宽制程从最初的

10

μm缩小至如今的

0.15-0.35

μm；在技术变化和

工艺进步方面，超薄圆片结构、背面扩散技术、超级结技术等的优化

都使产品更加适应小功率市场，具备更出色的性能和易用性；在集成

调整方面，成功推出功率模块，即将多个功率器件进行封装，使其可

以在更高频率工作的同时，能够拥有更小的设备体积和重量；在材料迭代方面，从

Si材料逐渐向

GaN、SiC等宽禁带材料升级，使得功率器

件体积和性能均有显著提升。1.2.

市场特征：广阔应用下周期性减弱，市场规模呈上升

趋势从纵向角度看，看细分品类，根据

Omdia的数据，2019年功率半导体

全球市场规模为

463亿美元。功率IC市场规模为244亿美元，占52.7%，

功率器件市场规模为

210

亿美元，占

47.3%。功率器件中的晶体管市场

规模为

144.4

亿美元，占功率器件市场的

68.76%。晶体管市场主要由

MOSFET和

IGBT组成，其中

MOSFET市场占

56.09%，约

81亿美元，

IGBT市场占

43.91%，约

63.4亿美元。其主要厂商包括英飞凌、意法半

导体、德州仪器、安森美、三菱等，其中功率半导体龙头厂商为英飞

凌。看下游应用，功率半导体下游需求主要以车载方向和电机驱动等为主。

根据

Yole的

2019

年统计数据，功率半导体主要下游驱动应用方向分别

为车载方向（包括

EV、HEV，硅

MOSFET）、电机驱动（MotorDrive，

IGBT模组）、智能手机以及无线设备（硅

MOSFET）、计算机技术以及

存储（硅

MOSFET）、工业方向（硅

MOSFET）和

EV、HEV方向

（IGBT模组）等。从区域角度看，中国是全球最大的功率半导体消费国，且中国的功率

半导体的市场规模在全球的占比仍在逐步增加。根据IHSmarkit的数据，

2018

年，中国功率半导体市场规模为138亿美元，占全球需求比例高达

35%，14-18

年市场占比平均每年约增加

0.8

pct。未来中国的功率半导

体市场占比仍将加速增加，预计

2021

年中国市场规模达到

159

亿美元，

18-21

年

CAGR为

2.39%，在全球市场的占比增加到

36.1%，18-21年市

场占比平均每年约增加

0.37

pct。从横向角度看，回溯过去七年：（1）

市场规模方面，功率半导体的市场规模在全球半导体行业的占比

在

8%-10%之间，结构占比基本保持稳定，功率半导体的周期性

相对较弱。这主要是因为功率半导体应用领域广泛，下游客户季

节性需求呈现此消彼长的动态均衡关系，致使行业的季节性特征

并不非常明显；（2）

增速方面，功率半导体

14-20

年

CAGR为

3.41%，略小于半导体

行业

14-20

年

CAGR的

4.33%。展望未来，根据

Omdia的数据，2023年功率半导体市场规模预计达到504.66亿美元，17-23年

CAGR为

4.93%。另外根据

SEMI的数据，从

17-23年，细分市场增速最快的是

IGBT与模块产品和

IPM，CAGR分

别为

7.86%和

7.61%，随着未来电动汽车、工业物联网等新领域的不断

拓展，高密度、能承受高电流和高电压的IGBT、IPM以及相关模块产

品的需求量将加速上升。1.3.

细分品类：分立器件中MOSFET和IGBT占比最大，宽禁

带进入快速发展期MOSFET和

IGBT是占比最大的分立器件。根据可控类型分类角度进

行细分领域分析，功率半导体除了功率

IC以外，主要包括

IGBT、

MOSFET、晶闸管和二极管等分立器件，其中

IGBT和

MOSFET市场占

比最大，分别占

14.51%和

18.54%。在

IGBT器件中，主要包括分立

IGBT、IGBT模块和

IPM模块，其中主要为

IGBT模块，占

52.21%。①

MOSFET是最为成熟的功率器件之一，MOSFET全球市场规模稳

定增长。根据

Yole统计数据，全球

MOSFET市场规模由

2020年的

75

亿美元，预计增长至

2026

年的

94

亿美元，20-26

年

CAGR为

3.8%，其中汽车、工业等下游细分

MOSFET需求增速较快。②

IGBT在

MOSFET基础上升级，市场空间增速快。IGBT作为半导

体功率器件中的全控器件，是由

BJT（双极型三极管）和

MOSFET

（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器

件，有

MOSFET的高输入阻抗和

GTR的低导通压降两方面的优点。

IGBT的开关特性可以实现直流电和交流电之间的转化或者改变电

流的频率，有逆变和变频的作用，其应用领域极其广泛。按电压分

布来看，消费电子领域运用的

IGBT产品为

600V以下；太阳能逆变

器、白色家电、电动汽车所需的

IGBT在

600-1700V之间；动车组

常用的

IGBT模块为

3300V和

6500V，轨道交通所使用的

IGBT电

压在

1700V-6500V之间。IGBT在电动汽车中主要运用于电力驱动

系统、车载空调系统和充电桩。根据

Yole的预测，IGBT全球市场规模预计由

2020年的

54亿美元，增

长至

2026年的

84亿美元，2020-2026年

CAGR为

7.5%，或将是市场

空间增速最快的分立器件。③

功率二极管和晶闸管作为传统的功率器件之一，市场规模基本趋于

稳定。根据

IHSmarkit的统计数据，晶闸管

2019年全球市场规模为

4.93

亿美元，预计

2024

年为

4.76

亿美元，中国市场

2019

年为

2.05亿美元，预计

2024

年为

1.91

亿美元，基本保持不变。二极管

2019

年全球市场规模为

43.26

亿美元，预计

2024

年为

46.62亿美元，19-

24

年

CAGR为

1.51%；中国市场

2019年为

14.39

亿美元，预计2024

年为

15.54

亿美元，19-24

年

CAGR为

1.55%。从变化增速可以看出，

两者市场规模基本趋于稳定。功率半导体从衬底材料角度的细分领域分析，Si仍旧占据市场主导位

置，SiC和

GaN的市场占比加速增加。SiC和

GaN由于成本和技术原

因，在功率器件中的占比仍较小，2019

年

SiC占总份额的

3.3%，GaN仅占

0.4%，但是占比在不断增加。GaN的市场占比2017-2023年平均每

年增长

0.57pct，SiC的市场占比

17-22

年平均每年增长

0.88pct以

SiC和

GaN为首的第三代半导体，将进入快速发展时期。根据Omdia的

SiC＆GaNPower数据，随着市场规模达到临界规模，这一转变即将

到来，预计到

2021

年，收入将超过

10

亿美元，这得益于混合动力和电

动汽车，电源和光伏（PV）逆变器的需求。另外，分立

SiC功率器件

将占第三代半导体器件的主要份额。未来规模扩张速度将不断加快，

预计从

2021

年到

2024

年将增加

10

亿美元，年均增加

3.3

亿美元，从

2024

年到

2029

年将增加

30

亿美元，年均增加

6

亿美元。2.细说功率半导体三大行业特性功率半导体行业有着三个独有的行业特性，分别为：①非尺寸依赖型

工艺，专注于结构和技术改进以及材料迭代；②商业模式以IDM为主，

利于技术积累和迭代；③细分需求多样化，依赖特色工艺平台的全面

性和深度性。从功率半导体产业链流程来看，设计、制造工艺和封装集成均十分重

要。功率半导体以晶圆、光刻板、衬底材料等半导体材料为基础，经

过设计、制造、封装后形成细分终端产品。其中，除了设计之外，功

率半导体的制造工艺和封装工艺亦十分关键：①

在制造工艺中，需要涉及外延工艺、光刻工艺、减薄、背面金属化

等制造工艺，制造工艺是影响器件性能的核心因素之一；②

在封装工艺中，裸片会进行器件封装或模组封装或集成封装，裸片

若经过器件封装会形成功率分立器件，若经过模组封装会形成功率

模组。由于功率半导体工作环境极端，对可靠性和寿命等要求较高，

因此封装技术同样是影响器件性能的核心因素之一。最后成型的功率器件会用于各类终端，功率分立器件主要用于消费电

子、家用电器等，功率

IC多用于电源管理芯片，适用于工业控制、网

络通信等，功率模组可承受更高压环境，则主要用于军工航天、轨道

交通等产业内的

DC/AC逆变器、整流器、驱动控制电路方面。2.1.

行业特性一：非尺寸依赖型工艺，专注结构与材料特

性集成电路技术的发展主要分为三个技术方向：尺寸依赖的先进工艺，

非尺寸依赖的特色工艺以及先进封装工艺。

在纵向的先进工艺中，业界追求特征线宽的缩小、工作电压的降低、

开关频率的提高等。它主要追赶摩尔定律，不断实现更高密度的技术，

从

130

nm到

3

nm工艺，晶体管的集成度越来越高，成本大幅下降，芯

片的价格也不断下降。在横向的特色工艺中，强调器件特征多样化，专注于芯片如何在不同

场景下承受高电压、输出高电流，以及如何提高电路线性特征，降低

噪声。特色工艺追求的不完全是器件的缩小，而是根据不同的物理特

性，做出不同的产品，比如射频器件、模拟器件、无源器件、高压功

率半导体、传感器等。第三个方向为先进封装工艺方向，利用特种的

封装进行高密度的组装做出更高价值产品。功率半导体属于特色工艺产品，非尺寸依赖型，在制程方面不追求极

致的线宽，不遵守摩尔定律。数字芯片更加注重制程的升级，目前处

理器等高端数字芯片的先进制程基本在

14

nm以下，高端产品更是达到

了

5

nm制程，算力发展速度较快。而对于功率半导体而言，性能发展

速度较慢，制程基本稳定在

90

nm-0.35

μm之间，其发展关键点主要包

括制造工艺、封装技术、基础材料的升级。发展关键点

1：制造工艺。功率半导体制造工艺的具体难点在于沟槽工

艺以及背面工艺（晶圆减薄、高剂量离子注入）等。以

IGBT为例，自

上世纪

80

年代被推出后，每一次的性能升级都离不开表面结构及背面

工艺的进步。（1）沟槽工艺：目前中高端的功率器件（MOSFET和IGBT）均使用

沟槽工艺。IGBT的表面结构发展曾历经平面栅工艺到沟槽栅工艺的演

变。第一代和第二代的

IGBT采用平面栅工艺，由于

pbase与扩散区形

成球面

PN结，产生

JFET效应，导致导通压降较大。英飞凌在第三代

IGBT中采用沟槽栅结构，使得

P型发射区的反型沟道垂直于硅片表面，

有效消除

JFET效应，增加了表面沟道密度，降低了器件导通损耗。另

外，最新的

IGBT7

对沟槽工艺进一步升级，采用

MPT（MicroPatternTechnology）结构将微沟槽栅和

FS组合并应用低压

MOS技术，进一步

大幅提高了沟道密度，从而实现更大的器件性能控制范围。相比于平

面栅，沟槽栅结构性能得到了显著的提升，所以对于

IGBT器件而言，

表面结构升级也是产品高端化的必经之路。制备沟槽型器件工艺壁垒高，设计-制造环节须历经长期技术沉淀。沟槽栅

IGBT的沟槽宽度仅有

1-2

μm，而沟槽深度要达到

4

μm以上。因

此，通过酸腐蚀工艺制备沟槽时，须对沟槽的宽度和深度实现精确控

制。此外，沟槽壁亦要尽可能光滑以提升良率。同时，IGBT沟槽底部

的倒角亦须圆润、均一以免影响器件耐压。而沟槽形貌与设备条件、

刻蚀工艺和后处理有着十分紧密的联系，须大力协调三者之间关系才

可规模量产沟槽形貌良好的

IGBT产品。因此，功率半导体的制造工艺

壁垒较高，需要晶圆厂与芯片设计部门长期合作，对器件的设计及制

造技术长期打磨及优化。（2）背面工艺：对良率、成本影响显著，减薄和背金是关键。同以

IGBT为例，背面工艺主要包括正面贴膜、背面减薄、背面清洗、背面

P注入、激光退火、背面

B注入、背面金属化、烘烤等。IGBT4相较于

3

进一步减薄了背面结构，使得开关损耗进一步降低，同时最高工作结

温也从

125

℃提升至

150

℃，但相应的背面工艺复杂度也显著提升，主

要体现在晶圆减薄、注入及金属化等工艺中。在背面工艺易产生碎片。在晶圆被减薄至100-200

μm后，后续的掺杂

以及背面金属化的过程中，亦会因为工艺控制及搬运不慎带来碎片的

风险。因此，在

wafer尺寸超过

8

寸后，背面工艺难度提升，对

IGBT良率影响也显著放大，目前能够规模量产

12英寸

IGBT的晶圆厂较少。

此外，使用场截止技术时，亦对背面掺杂工艺提出更高要求，须综合考量深度、浓度、分布以及与集电极的匹配等影响因素，涉及的变量

较多，优化难度大。发展关键点

2：封装工艺。由于功率半导体工作环境极端，对可靠性和

寿命等要求较高，因此封装工艺同样是功率半导体的主要关注点。封

装工艺主要从三种途径进行改进：①提高芯片面积与占用面积之比；

②将封装的电阻和热阻减至最小；③将寄生电阻和电感减至最小。

TOLL可以被应用于离散型功率器件封装。车规级

IGBT模块封装技术壁垒更高，封装质量及散热重要性突出。车

规级

IGBT模块是功率半导体封装技术壁垒最高的产品之一。车规级封

装是保障高温运行、高功率密度、高可靠性的关键因素，不仅仅涉及

到芯片表面互连、贴片互连、端子引出、散热等关键技术工艺。直接液冷是目前车规

IGBT模块的主流散热方案。对于模块散热设计而

言，其结构设计难度大，需要厂商对热力学及材料体系有较为深入的

理解。早期车规

IGBT模块采用基于铜基板的三明治结构，该设计散热

性能差且结构笨重，限制模块功率进一步提升。为提升散热能力，针翅直接水冷散热结构以及更为先进的双面散热被提出并广泛采用，目

前日本电装、日立以及英飞凌的双面散热模块已实现商业化。2.2.

行业特性二：IDM模式与委外代工共存，技术迭代与产

能供给齐飞半导体行业内主要存在

IDM与垂直分工两种经营模式。IDM模式即垂

直一体化模式，是指半导体企业除进行半导体设计外，业务范围还包

括芯片制造、封装和测试等所有环节。垂直分工模式则是将各个环节

划分开来，各家公司只专注经营一个环节，例如

Fabless模式则仅专注

于半导体的设计和销售环节，而芯片制造和封装测试则交给

Foundry模

式的纯代工企业。对于半导体产品公司而言，采用

IDM模式对企业技术、资金和市场份

额要求较高，具有典型的重资产属性。公司不仅自身需要拥有研发设

计团队，还需自建芯片制造、封装和测试生产线，在完成半导体的设

计、芯片制造、封装测试等环节后销售给下游客户。自建芯片制造和

封装测试生产线就需要巨额的资金投入，如投资建设一条

8

英寸芯片制

造产线的资金约

30

亿元人民币，因此采用

IDM模式的企业往往除了拥

有较强的研发技术实力外，还必须拥有雄厚的资本实力。在垂直分工

经营模式下采用

Fabless模式仅需专注于从事产业链中的芯片设计和销

售环节，能够相对有效控制投入和成本。垂直分工模式在数字逻辑集

成电路领域取得了快速的发展。功率行业中公司既有

IDM模式，也有垂直分工模式。国外IDM模式公

司有英飞凌、ONSemi、TI、STMicro、东芝等；国内公司

IDM模式公司有华微电子、士兰微、华润微等。垂直分工模式中的

Fabless包括新

洁能、斯达等；Foundry则包括华虹半导体、世界先进、中芯国际等。功率半导体采用

IDM模式的主要优势：（1）IDM模式具有技术的内部整合优势，有利于积累工艺经验，形成

核心竞争力。其研发及生产是一项综合性的技术活动，涉及到产品设

计与工艺研发等多个环节相结合，IDM模式在研发与生产的综合环节

长期的积累会更为深厚，有利于技术的积淀和产品群的形成，从而有

助于形成更强的市场竞争力。（2）IDM模式具备资源的内部整合优势，针对客户定制化需求，IDM模式能协同优化设计与制造环节，缩短产品开发时间。因为功率半导

体属于对工艺特色化、定制化要求较高的半导体产品，对设计、制造

以及封装工艺环节结合的要求更高。在

IDM企业内部，公司可以通过

构建主要产品工艺技术平台，衍生开发细分型号产品，并持续升级产

品工艺平台，形成了“构建-衍生-升级”的良性发展模式，从而使得公司

细分型号产品能够快速、“裂变式”产生，满足下游多个领域的需求，最

终引致公司经营规模迅速增长。相比

Fabless模式经营的竞争对手，公

司能够有更快的产品迭代速度和更强的产线配合能力，同时也可以根

据客户需求进行高效的特色工艺定制。（3）制造环节重要性高，IDM模式享受更高产品附加值。功率半导体

属于特色工艺产品，定制化要求较高，且细分产品出货量较低。如果

将功率半导体交给晶圆厂进行代工，无法达到足够的规模效应，成本

较高。更重要在于公司将制造环节全部囊入公司业务，赚取了本该属

于晶圆厂的利润，有利于提高公司产品原有的产品附加值。但

IDM具有明显的重资产属性，在扩大营收，巩固主要营收市场方面

具有较大的约束性。随着全球新兴产品的爆发以及以中国为代表的区

域性需求的快速扩张，纯

IDM公司产能供给无法有效跟上终端需求；

另外由于半导体行业的周期性，纯

IDM公司极容易受制于原有固定产

能，陷入被动局面。因此

IDM模式+委外代工共存是商业模式未来的发展方向，既能随市场波动及时扩大或减少产能，也可以就近满足区域

性市场需求。2.3.

行业特性三：细分需求多样化，依赖特色工艺平台的

全面性和深度性“平台化多样性”是特色工艺企业构筑竞争壁垒、打造竞争优势的核

心武器，工艺平台越强大的企业，其在技术经验、服务能力和特殊化

开发能力方面具有深厚的优势。功率半导体行业细分需求多样化，从大类产品平台，到不同电压、不

同面积、不同封装外形，交叉组合可形成千余种细分产品。以新洁能

的产品布局为例，公司主要分为四大产品平台：沟槽型功率

MOSFET、

超结功率

MOSFET、屏蔽栅功率

MOSFET和

IGBT；每个平台下又根据

不同的电压、不同的结构进行分类；之后为了满足客户的要求，需要

调整芯片面积、采用多达三十余种封装外形以及进行单管、功率模块

或者智能功率模块的集成封装，因此近二十个子工艺平台叠加不同电

压系列、不同面积系列以及不同封装系列，交叉组合会得到

1000

余款

细分型号的产品。功率半导体产品由于根据客户定制要求所产生的的细分需求多样化，

但各细分类型需求量相对

IC产品较小，因而公司要想在行业内获得足

够的市场竞争力，对于特色化工艺平台的全面性和深度性要求极高。3.趋势一：电车及光伏是功率半导体需求增长主动力新能源汽车渗透及光伏加速建设是功率半导体市场快速增长的最主要

驱动力。

电动车：从

ICE（内燃车）到

MEV（轻度混合动力汽车），再从

MEV到

BEV（电池电动汽车），单辆电动车内部的功率器件数量在不断增加，

再加上配套设备充电桩所含有的功率器件数量，单车驱动的功率器件

规模大幅增长。

光伏：受益于“碳中和”成为大国共识叠加发电成本下降，全球光伏

装机量亦将持续快速提升，功率半导体作为逆变器核心器件，亦将迎

来量价齐升。3.1.

电车：汽车迈向纯电动化，功率半导体量价齐升3.1.1.

新能源汽车持续放量，汽车电动化大势所趋电动汽车主要分为

MHEV、PHEV与

BEV三种大类。MHEV为轻度混

合动力汽车，只是在发动机上安装小型电动机，帮助改善发动机的启/

停过程；PHEV为插电式混合动力汽车，同时利用电动机与发动机进行

驱动，且可以利用外接电源进行充电；BEV为纯电动汽车，利用蓄电

池存储动力，利用电动机进行电能驱动。随技术不断完善及全球政府的大力推进，新能源汽车未来有望保持较

高增速：

供给端来看。特斯拉等造车新势力通过打造全新的用户体验及产品模

式，倒逼传统厂商向新能源转型，形成良性循环，大量优质新能源车

型被纷纷推向市场。

需求端来看：购车群体对新能源车逐步产生认识叠加政府的大力推进，

新能源汽车消费人群逐步起量。因此，新能源车未来有望逐步替代传

统能源汽车，成为汽车市场增长的主要驱动力。2021年全球新能源车出货量快速增长。进入2021年后，全球出货量快

速增长，截至

2021

年上半年，全球新能源车出货量超过

250

万辆，预

计全年增速将超过50%。从出货结构看，纯电动和插混动力占据全球约

99%份额，氢燃料电池汽车占比约为

1%。分地区来看，中国是全球最大市场之一，2021增速较快。2020年，中

国占据全球新能源汽车出货

41.27%，欧洲这一份额为

43.06%，二者是全球最大的新能源汽车市场。从销售结构来看，国内纯电动车占据新能

源汽车销量比重为81.6%，混合动力车占比为18.60%，氢燃料电池汽车

占比仅为

0.07%。销量增长有望持续，拉动上游汽车电子需求。随着技术的不断成熟与

成本的显著下降，新能源汽车的用户体验得到了显著的提升，随着消

费者需求不断释放，未来中国乃至全球新能源汽车销量将维持长期高

速增长，行业进入高景气周期，预计

2021-2026

年的

CAGR将接近

30%。

随着下游新能源汽车需求不断释放，汽车电子作为新能源车产业链的

上游有望充分受益。3.1.2.

汽车电动化核心元件，功率半导体量价齐升功率半导体在汽车中主要负责能量转换，电动车功率半导体用量提升。

燃油车的功率半导体应用场景主要包括启停模块、车灯、引擎、车身、

音响控制、防盗以及动力传输系统等。而对于电动车而言，功率半导

体用量在燃油车的基础上显著提升，主要增量体现在车载充电系统

（OBC）、电池管理（BMS）、高压负载、高压转低压

DCDC、主驱动

等，用量相比于传统燃油车显著提升，将成为电动车核心元件之一。相比燃油车，电动车功率半导体复杂度亦显著提升。燃油车功率器件

电压等级低，40

V的功率

MOSFET即可满足

EPS(电动助力转向系统)

和

EPB(电子驻车制动系统)

等核心安全系统要求。此外，燃油车动力

总成电压往往在

30

V左右，电助力制动器电压

70

V左右，单车平均电

气功率不超过

20

kW，因此高性能车规低压

MOSFET即可满足车辆低

功耗需求。而对于新能源汽车而言，相比于传统能源车多出了主电机驱动、DCDC、

OBC、车载电动空调、电池管理（BMS）等部件，其中纯电动主电机

驱动功率往往可超过

100

kW，发电机功率平均达到

30

kW，单车平均

功率要远超出传统燃油汽车。此外，与传统汽车不同的是，由于较高

的驱动功率、电压以及高能耗敏感度，电动车厂往往会采用导通压降

小、工作电压高的

IGBT模块，而非在传统燃油车中采用的

MOSFET，单车功率半导体复杂度亦将呈现显著提升。随着电动车加速渗透，功率半导体单车价值量上升趋势明显。根据英

飞凌、strategyanalytics和

IHSMarkit的统计数据，ICE（内燃车）内功

率半导体价值

71

美元，总成本占比不足

10%；而

PHEV和

BEV二者平

均功率半导体价值量为

330

美元，占总成本的

39.56%，相比

ICE的功

率半导体价值量增加了约

240

美元。3.1.3.

车规级功率空间广阔，IGBT和

MOSFET增速快IGBT及

MOSFET是汽车功率半导体价值量提升的主要推力。传统汽

车中蓄电池电压主要为

12

V或

24

V，分立功率器件主要被应用于调节

各低压工作单元的通断，因此最常用的分立器件是

MOSFET，用以控

制车灯、天窗、雨刷等模块。而对于电动车来说，动力电池电压往往

要大于

300

V，且平均功率亦显著提升（这意味着流经功率模块电流显

著提升），因而往往在关键环节会使用能够适应高电压、大电流的

IGBT模块，同时

MOSFET的用量及价值量亦显著上升。在下文中，我们主

要对新能源汽车的

5

大增量模块进行梳理。对大多数车型而言，电驱逆变器核心部件是

IGBT和

FRD。逆变器可

选的方案主要为硅

MOSFET、IGBT以及

SiC方案，MOSFET主要应用

于

A00

级车型，市场占有率较低，且未来有望被

IGBT所取代。SiC目

前受限于高成本及产能释放，3-5

年维度来看难以大规模放量，因此

IGBT是电驱逆变器最为主流的方案。以典型主控功率逆变器为例，IGBT和

FRD用量大。以单驱为例，旺

材电机与电控披露，英飞凌的部分产品由六桥臂单元（内含

6

组

IGBT、

6

组

FRD）构成，其中每个桥臂包含

3

颗

IGBT芯片、3

颗

FRD芯片，

共计

18

颗

IGBT和

18

颗

FRD。高压转低压

DC-DC：开关元件主要是

MOSFET，功率二极管用量多。

该模块几乎被应用于所有新能源车型中，功率范围在

2

kW左右，其主

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。此外，部分方案可能会

采用

IGBT作为开关器件。OBC：中高端产品采用

IGBT，中低端为

MOSFET方案。OBC的主要

作用是将充电桩交流电转换为动力电池所需要的直流电，并依据

BMS提供的数据，实现对电压、电流等参数的动态调节。IGBT单管或者高

压

MOSFET等开关器件则是

OBC中实现

DC-DC转换模块的核心开关

器件。电池管理（BMS）：核心分立器件为

MOSFET。BMS主要用来可监控

并调节电动车电池的充放电过程，通过对电池的电压、温度、容量、

荷电状态等指标的监测，实现对剩余电量的有效利用并避免电池的过

充损耗。在电动车中，每一电池组往往都有其独立的

BMS系统，用以

确保行车安全。新能源汽车

MOSFET、IGBT单车价值量提升，市场空间快速增长。

MOSFET来看，根据

Yole数据及我们的测算，新能源汽车（EV/HEV）

的

MOSFET单车价值量有望达到

31美金，相比于传统燃油汽车的

19美

金，增长约

12

美金。IGBT来看，结合全球汽车销量和

Yole，我们预估

2020

年新能源汽车（包括

EV和

HEV）单车

IGBT价

值量约为

204

美金。进一步，在新能源汽车拉动下，国内电动车

IGBT市场空间从

2020

年的

2.0

亿美金成长至

2026

年的

22.3

亿美金，CAGR为

49.9%。MOSFET市场来看，由于燃油车亦采用

MOSFET功率器件，

我们测算

2020

年国内车规

MOSFET市场空间为

5.0

亿美金，2026

年将

达到

6.5

亿美金，2020-2026

年

CAGR为

4.6%。核心假设：假设国内汽车出货量平均每年

2500

万辆，采用Si-MOSFET逆变器车型

2020-2026

出货量预估为

20/28/32/35/40/42/44

万辆，SiCMOSFET逆

变

器

车

型

在

2020-2026

年

出

货

量

占

比

分

别

为

15.0%/11.4%/12.4%/15.4%/18.4%/20.4%/22.4%。此外，综合考虑新能源

汽车逐步在中端及高端车型渗透，以及

IGBT厂商的降价，假设

2020-

2026

年新能源汽车

IGBT价值量保持稳定。此外，充电基础设施是电动车必不可少的配套设施，其内部也含有较

大数量的功率器件。以典型的直流充电桩为例，三相交流380V输入电

压经过两路

AC/DC电路并联后，得到

800V直流母线电压，然后经过两

路全桥

LLCDC/DC电路，输出

250V到

950V（或

750V）高压给电动汽

车充电使用，从拓扑电路来看，充电桩包含的功率器件较多。充电基础设施的充电效率越高，则对充电功率要求越高，继而需要的功率器件也越多。根据英飞凌的数据，随着DC充电系统的功率的增大，

充电时间不断减小，但每个

DC充电系统所含的功率器件价值处于上升

趋势。20

kW充电系统所含功率器件主要为

Si基，价值

40

美元；150

kW充电系统所含功率器件也主要为

Si基，价值

300

美元；而

350

kW充电系统所含功率器件变为

SiC基，价值3500

美元，价值相较于20

kW充电系统提升明显。因此整个电动车系统所需的功率器件不仅包含电

动车本身所拥有的，也包含充电桩内所必需的，因此电动汽车的发展

所带动的功率器件市场，超过我们单纯依据电动车内功率器件价值量

所算出的增量市场。3.2.

光伏：全球光伏装机量提升，推动功率半导体需求增长3.2.1.

光伏装机量快速提升，逆变器需求将迎爆发光伏逆变器是太阳能光伏系统的心脏。光伏逆变器主要由输入滤波电

器、DC/DCMPPT电路、DC/AC逆变器、输出滤波电路、核心控制单

元电路组成。逆变器在光伏电站中占据核心地位，是连接电网和光伏

系统的关键枢纽，其主要功能是将太阳电池组件产生的直流电转化为

交流电，并入电网或供负载使用。逆变器的性能对电站运行平稳性、

发电效率和使用年限都会产生直接影响。此外，逆变器还负责整个光

伏系统的智能化控制，能够通过最大功率电追踪（MPPT）显著提升系

统发电效率，对系统状态进行监控、调节和保护。集中式逆变器和组串式逆变器占据装机规模近90%的份额，是当前行

业主流。光伏逆变器的发展过程中，出现了集中式逆变器、集散式逆

变器、组串式逆变器和微型逆变器四大类，当前集中式和组串式逆变

器占据近

90%的装机规模。集中式逆变器体积大、功率高，通