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根據國際半導體巨頭英飛凌統計，一輛傳統燃料汽車的電機驅動系統中功率半導體的價值為17美元，而一輛純電動汽車中價值為265美元，增加了近15倍。新能源汽車為功率半導體帶來了極大的增長潛力。
本期的智能內參，我們推薦來自天風證券的功率半導體行業報告，介紹了在新能源電動車熱潮中，功率半導體行業的全球格局與市場新機遇。如果想收藏本文的報告（天風證券-電子行業：“技術推進+應用驅動”，功率半導體迎來新一輪發展機遇），可以在智東西公眾號回復關鍵詞“nc352”獲取。
以下為智能內參整理呈現的乾貨：
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，廣泛應用於消費電子、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製造水準較高，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，佔據了全球功率半導體器件市場的70%。其中，英飛凌器以18.6%的市場佔有率排名世界第一（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、台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佔據。
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。
根據中商產業研究院數據，2022年全球功率半導體市場規模將達426億美元，其中國產代替空間十分廣闊。
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於逆變器模塊，將動力電池的直流電逆變成交流電提供給驅動電動機。
IGBT約佔新能源汽車電機驅動系統及車載充電系統成本的40%，折合到整車上約佔總成本的7~10%，其性能直接決定了整車的能源利用率。
1、IGBT：矽基功率半導體核心
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）組成的複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多應用於高壓領域，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，如數位相機閃光燈等。1200V以上的IGBT多用於電力設備、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領域處於優勢地位。
ABB、英飛凌和三菱電機在1700V以上的工業級IGBT領域佔據優勢。
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技術的最高水準。
國產追趕仍需時間。中國功率半導體市場佔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%依賴於進口。
三、第三代化合物半導體——前景廣闊，產業變革
1、碳化矽SiC：高壓器件領域的破局者
而在功率半導體材料方面，SiC（碳化矽）是第三代半導體材料的代表。相較於Si（矽），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，它可以用於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，年複合增長率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，英飛凌和科銳佔據了全球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，由於具有高溫下動作和低損耗等特點，可以縮小用於冷卻的散熱片，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、氮化镓GaN：手機快充佔最大份額，5G射頻迎來發展機遇
除了SiC之外，GaN（氮化镓）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等面向基地台衛星、雷達市場。
目前，手機快速充電佔據功率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於快速發展階段。
GaN應用於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對於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，複合年增長率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。它們大多選擇台積電或X-FAB為代工夥伴。行業巨頭如英飛凌、安森美和意法半導體等則採用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，淨利潤14.47億元，淨利率0.24。英飛凌排名第二，營業收入55.26億元，淨利潤6.19億元，淨利率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佔據了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佔據領先地位。
智東西認為，汽車電子由於其市場廣闊、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組件——則更是迎來了一次前所未有的時代新機遇。報告中提及的IGBT與SiC/GaN三代化合物半導體功率器件，有望成為這一輪功率半導體浪潮中的行業引領者，在技術推進和應用驅動下迎來一波新的發展機遇。
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