【导读】在过去的两年里，全球范围内的芯片短缺令所有人措手不及，其中最受影响的就是汽车芯片，导致各大汽车厂商陷入“停产待芯”的境地，纷纷放出了减产的消息。而近期，消费电子类的芯片需求大幅降低，出现减产砍单的现象，各大芯片厂商也将产能偏移向了更热门的汽车芯片。
全球功率器件市场规模及竞争格局预测分析
据预计，全球功率半导体市场规模由2017年的441亿美元增长至2019年的464亿美元。2022年全球功率半导体市场规模将达481亿美元。
在功率半导体领域，国际厂商优势明显，全球前十大功率半导体公司均为海外厂商，竞争格局相对集中。据IHS Markit预计，英飞凌、安森美、意法为行业前三名参与者，市场份额分别占比19.0%、9.0%、5.3%，行业CR3为33.3%，CR5为42.9%。
上述提到了全球功率器件三千亿赛道（481亿美元），那接下来就让我们看看中国的市场规模发展如何。据统计，2021年中国功率器件市场规模约为711亿元，预计2025年市场规模将增长至1102亿元。
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。
据数据，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。
其中，硅基MOS市场规模将从2021年的75亿美元增长至2026年的94亿美元，复合增速为3.8%，IGBT市场规模将从54亿美元增长至2026年的84亿美元，复合增速为7.5%，SiC模块市场规模从2020年的5亿美元以下增长至2026年的20亿美元以上，而硅基MOS、IGBT和SiC模块主要增长的下游驱动均来自于电动车和工业（主要是光伏、风电和储能）领域。
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。
MOSFET短时间不会被GaN/SiC替代
在德国慕尼黑举办的欧洲最大的电子展electronica 2022上，美国EE Times的Maurizio Di Paolo Emilio先生主持了圆桌讨论，功率半导体厂商高管讨论当前和未来的挑战/围绕 GaN/SiC 功率晶体管的机会。我们特别关注它的生产和流行。
虽然讨论相当强调 GaN/SiC 功率晶体管的优势，但也明确表示硅 MOSFET 不会很快消失。尽管 GaN 晶体管的制造成本已经达到与 MOSFET 相似或更低的水平，但要赶上产量还需要数十年的时间。
Navitas Semiconductor 企业营销和 IR 副总裁 Stephen Oliver 表示：“第一次功率革命发生在双极晶体管变成 MOSFET 时，我们现在正处于第二次革命的中间。有了 GaN/SiC，硅即将消失，为了攻克集成化、高压等前沿技术，我们应该朝着GaN/SiC的专攻方向发展。”
很明显，这两种化合物最终将取代硅 MOSFET 和双极晶体管。问题是什么时候可以实现，会产生什么样的成本？
Efficient Power Conversion (EPC) 首席执行官 Alex Lidow 表示，“目前的遗留应用在未来 10 到 15 年或更长时间内将继续使用硅 MOSFET。MOSFET 将继续增长。预计 GaN 功率晶体管的低迷不仅在速率上，也在茶凉增长上，但价格会像双极型晶体管一样继续上涨，这是长期周期的一个方面。它比 MOSFET 更便宜。”
业界预计 GaN/SiC 组合功率晶体管将在 2030 年达到 MOSFET 的市场价值。
Infineon Technologies 高级负责人 Gerald Deboy 表示：“目前硅占整个市场的 95%。当然 SiC/GaN 的增长速度非常快。我们是 SiC等各种技术都需要得到保障，以便走在设计的前沿，提供 GaN 和 GaN 之间的高度差异化，而硅填补了这些空白，至少在未来十年内所有技术都将共存。如果你看看 SiC 的增长/GaN，GaN 的增长速度比 SiC 快得多，尽管 GaN 略微落后于 SiC。机会正在扩大。”
Wolfspeed 功率产品高级总监 Guy Moxey 表示，到 2021 年，硅 MOSFET 分立模块的功率半导体市场规模将达到 280 亿美元，而 SiC 约为 20 亿美元，GaN 约为 10 亿美元。但到2030年，预计还需要几个设计周期，SiC市场规模将在200亿美元左右，GaN市场规模将超过5-60亿美元，有望达到各自的规模。
据小组成员称，到 2023 年，对于某些低压应用，GaN 的价格将与 MOSFET 持平。在价格方面，例如，在 65W USB PD（电力输送）充电的情况下，GaN 和硅系统预计在 2023 年上半年具有可比的系统价格。同时，它们的要小三分之一，它更小更轻，为移动计算行业提供了强大的价值主张。
GaN 技术是低电压应用的理想选择，但对于结合使用这两种技术的汽车应用，可靠性仍面临挑战。
Power Integrations 市场营销和应用工程副总裁 Doug Bailey 说：“GaN 面临的主要问题是它的速度超快，需要放慢速度，需要限制寄生电感。我们正在采取一项战略来集成 GaN 和 SiC。”
新赛道来临，国产厂商迎来换道超车
与此同时，随着5G、光伏、储能、新能源汽车等新兴应用场景的拓展，功率半导体市场进入井喷时期，迎来了全新的竞争赛道。
一是“工业和汽车”两大原有应用领域的增量市场。随着《中国制造2025》和“工业4.0”的不断推进，以及新能源汽车全球普及加速，这两类原有市场开辟出新的增量空间。
以新能源汽车为例，由于动力来源的改变，汽车对电力转换与控制要求提升，促使功率半导体成为车辆的重要部件。根据麦肯锡统计，纯电动汽车的半导体成本为704美元，比传统汽车350美元高出近1倍，其中功率半导体的成本为387美元，占总成本的55%。
具体到细分领域上，增量赛道有硅基IGBT、硅基MOSFET、硅基电池管理系统以及碳化硅MOSFET等等。
其中，碳化硅功率器件凭借材料的优越特性，正逐渐成为主要的进步发展方向。瑞能半导体CEO Markus Mosen就曾指出，碳化硅MOSFET凭借更高的逆变器效率、更小的系统尺寸、更低的系统成本，有望对传统的硅基器件加速替代。
二是光伏、储能、5G等新兴终端市场中所蕴藏的全新机遇。
光伏方面，随着光伏产业链的景气度持续升温，全球光伏装机容量保持高速增长态势，这进一步拉动了光伏逆变器（光伏发电设备的核心组部件）的产量提升。而作为光伏逆变器的核心零部件，光伏IGBT赛道也因此焕发新机。
与光伏逆变器相类似，受益于储能产业带来的二次增长，储能逆变器以及其中的功率半导体也迎来了“春天”。具体赛道上，从工信部今年8月发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见(征求意见稿)》中可窥见一斑：
5G时代下，5G通信基站和数据中心等设备进入大规模建设期，通信设备需求端增长的同时，设备的全天候供电需求、以及Massive MIMO技术所带来的功耗增加，也进一步推动着功率半导体市场。
这些全新的赛道，既是初创芯企追赶壮大的机会，也是成规模芯企加强布局、拓展市场的好时机，更是国产厂商换道超车的新机遇。
在市场格局上，与处理器、存储芯片等领域相比，功率半导体市场竞争格局相对分散，暂未存在绝对垄断的情况。这意味着，国产厂商的换道超车，不再是难以实现的口号与幻想。
此外，功率半导体不依赖于先进制程，对先进高端设备要求不高，但对特色工艺、产业链配套要求较高。而中国功率半导体行业较全球先进水平差距较小，具备应用场景丰富、产业链配套完善、工程师红利等全球比较优势。这些优势叠加国内庞大的内需市场，我们有望借此冲击海外巨头的垄断地位。
当然，要真正实现这一目标，国内厂商还得不断加强技术研发，如瑞能半导体一般积极拓展平台产品、建设丰富多元的产品组合，以满足市场的需求变化。唯有如此，我们才能在新发展格局中抢占先机，引领中国半导体产业补齐技术与市场的差距，实现快速崛起！
来源：贤集网
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