【核芯觀察】功率半導體產業(yè)鏈分析（二）

前言：核芯產業(yè)梳理是電子發(fā)燒友編輯部出品的深度系列專欄，目的是用最直觀的方式令讀者盡快理解電子產業(yè)架構，理清上、中、下游的各個環(huán)節(jié)，同時迅速了解各大細分環(huán)節(jié)中的行業(yè)現狀。功率半導體是大多數電力能源使用過程中必須要用到的器件，無論是由電池、發(fā)電機等提供的電能，大多都需要由功率半導體器件進行轉換后才能夠供給用電設備使用。隨著綠色能源以及電動汽車的發(fā)展，功率半導體迎來新一輪增長。本期核芯觀察將分析功率半導體的市場格局現狀。

功率半導體市場現狀

功率半導體行業(yè)的發(fā)展，跟隨市場需求的變動，經歷過器件耐壓等級、效率提升等歷程，這些需求變動來源于電力使用場景的變化，同時這些變化也是市場驅動的動力來源。包括從消費電子的小尺寸低電壓，到變頻白電、工控、新能源等應用中，大功率高電壓高可靠的功率器件。 根據Yole的預測數據，2022年全球功率半導體市場規(guī)模約478億美元，細分來看的話，功率半導體市場三大部分中，功率IC市場規(guī)模達到262億美元，在整個功率半導體市場中占比54.8%；功率分立器件市場規(guī)模為144億美元。占比30.1%；功率模塊市場規(guī)模72億美元，占比15.1%。

可以看到功率IC的占比超過一半，這主要得益于消費電子領域的小型化、高能效趨勢，使得集成度更高的功率IC受到青睞。比如智能手機市場中，在過去20多年中智能手機的性能越來越強大，功能越來越多，集成度越來越高，功率IC在簡化系統設計和優(yōu)化電源效率方面有很大幫助。

比如過往在手機上各個部分的供電大量采用LDO，但隨著需求的提高，轉換效率更高、升降壓同時適用的DC/DC開始取代LDO。為了進一步提升集成度和簡化系統電路設計，市場上又出現了電源管理單元（PMU）產品，它集成了多個電源管理組件，可以單個IC實現以往多個IC的功能。

不過隨著電動汽車、光伏、風力等大功率電力應用需求爆發(fā)，未來功率IC市場的增長速度將會低于功率器件市場的增速。 功率器件包括功率分立器件和功率模塊，細分來看，分立器件和功率模塊中占比最大的是MOSFET和IGBT模塊，2022年的市場規(guī)模分別約83.5億美元和54.4億美元。

另外，分立IBGT市場規(guī)模約14.4億美元，二極管和晶閘管合計市場規(guī)模約為37.8億美元，BJT市場約為5億美元，第三代半導體SiC與GaN功率分立器件市場分別為1.3億美元和1.2億美元。 值得一提的是，SiC模塊的市場規(guī)模增速要高于IGBT模塊，2022年SiC模塊市場約為11.6億美元，按照Yole的預測，SiC模塊在2021-2027年的復合年均增長率將高達36.1%，2027年SiC模塊的市場規(guī)模將達到47.6億美元。

根據集邦咨詢數據，2021年功率半導體下游應用中，工業(yè)和汽車占比最大，分別占到35%和29%，消費電子占18%，通訊、PC分別占10%和7%。其中汽車、光伏/風電領域會是對功率半導體需求增速最快的幾個領域，新能源汽車即電動汽車相比傳統燃油汽車在動力系統部分采用電池、電機、電控取代傳統燃油車的油箱、發(fā)動機、變速器，因此對電子元器件，特別是功率器件的需求會大幅上漲。盡管汽車市場目前處于增速放緩甚至收縮的階段，但由于電動汽車取代燃油車的趨勢，單獨看電動汽車市場的增量在未來顯然會持續(xù)較高的增長率。 同樣在清潔能源的趨勢下，光伏、風力發(fā)電等新能源發(fā)電項目也將帶動功率半導體的需求增長。綜合多方數據，電子發(fā)燒友網預測，到2025年，汽車和工業(yè)應用在功率半導體市場中將分別占到38%和34%，新能源發(fā)電占5%、消費電子占10%、通信7%、PC占4%。

受到下游應用領域分布變化的影響，功率器件的電壓等級分布也出現相應變化。Yole數據顯示，2021年功率器件市場上，電壓等級600V的器件占比最高，達到46%；其次40V、100V、1200V分別占23%、12%、11%；1700V和2500V以上的器件分別占比2%和6%。

到2027年，Yole預測600V器件占比會提升至49%，1200V更是大幅提升至20%；其余40V和100V器件份額縮小至16%和8%；1700V和2500V以上等級變化不大，分別為3%和4%。

在應用領域的變化中，可以明顯看到汽車等高電壓大功率的應用需求增大，因此在大功率應用中有較大優(yōu)勢的功率模塊在市場中占比也將會相應提高。在功率器件市場上，2021年功率模塊占比31%，分立器件占比69%，Yole預測2027年功率模塊占比會提升至44%，相應的分立器件占比降至56%。

下游應用分析

功率半導體應用廣泛，幾乎涵蓋電子產業(yè)鏈的方方面面。從上面功率半導體的下游應用分布中可以看到，功率半導體近九成的應用分布在汽車、工業(yè)、消費電子、通信四個領域。

從下游應用的市場趨勢，也可以反映出功率半導體的需求量變化。首先是消費電子市場，消費電子市場中占比最大的領域是智能手機等終端，但Counterpoint最新數據顯示，2023年第二季度，全球智能手機市場銷量年同比下降8%，環(huán)比下降5%，連續(xù)八季度出現年同比下降。

不過智能手機上也有一些新的功率器件技術導入，比如將GaN FET導入智能手機快充電路，可以減少傳統Si MOSFET用量等。

另外，消費電子市場中家電產品的功率器件單機價值量也在持續(xù)提升，按照英飛凌的數據，隨著家用空調、商用空調、冰箱、洗衣機和熱泵的變頻化進一步普及，變速電機的應用使得半導體單機價值量由 0.7 歐元提升至 9.5 歐元。其中，IPM 模塊、IGBT等功率半導體大量應用于變頻白電中，以實現電流頻率的變化。

國內作為全球最大的白色家電生產地，包括空調占全球80%產能，冰箱、洗衣機均占全球50%以上產能，因此家電IPM模塊國產化仍有不小的發(fā)展空間。

汽車產業(yè)正在從燃油車往新能源汽車轉變，根據英飛凌的數據，汽車電動化和智能化芯片市場未來五年將分別以22%和21%的復合增速快速增長，2021年純電動汽車功率器件單車價值量約450美元，其中主逆變器占70%，車載充電器（OBC）、BMS 及 DC-DC 電源等系統占 30%。隨著自動駕駛、汽車功率提升、碳化硅及氮化鎵加速滲透，2025年純電動汽車功率器件單車價值量將約 700 美元。

工業(yè)領域，根據英飛凌的數據，預計到 2040 年工業(yè)電機系統中電機耗電量將占 60%。全
球工業(yè)驅動市場高壓電機變頻器（>1kV）占9%；中低電壓驅動（<1kV）占91%，其中約三分之二為通用型占60%，包括風機、泵類和空氣壓縮機及升降、起重電機和船舶驅動等領域；約三分之一為伺服驅動，包括協作機器人、物流機器人等。以協作機器人為例，其單機半導體價值量達 350 歐元，其中功率器件約 200 歐元。

通信應用中，對功率器件的需求增長主要來源于基站和數據中心。4G基站中使用到的MIMO天線所需的功率半導體價值約為25美元，而在5G基站中，需要采用Massvie MIMO天線陣列，所需的功率半導體價值量增加至100美元。但隨著5G基站建設的逐步普及，未來對功率半導體需求的增長速度將放緩。

功率半導體市場格局

功率半導體最大的應用市場是汽車和工業(yè)，而這兩個領域的市場供應量都相對封閉，海外廠商具備先發(fā)優(yōu)勢，在技術、市場占有率方面都大幅領先于本土廠商。根據Omdia的數據，按功率器件產品銷售額計算，英飛凌和安森美長期占據全球市場的前一、二名位置，而后面的廠商排名變動則較大。 2021年，英飛凌功率半導體產品銷售額為48.7億美元（約合人民幣350億元）排名第一，安森美以20.5億美元（約合人民幣147億元）排名第二。3到10名依次是意法半導體、三菱電機、富士電機、東芝、威世、安世、瑞薩、羅姆。排名第八的安世半導體是本土唯一進入全球前十的功率半導體廠商。
國內廠商方面，同樣按功率器件產品營收計算，以2022年國內功率器件上市公司的財報數據來看，聞泰科技旗下安世半導體以23.6億美元，約169.6億元人民幣的收入排名第一，揚杰科技、華潤微和士蘭微分別以46.22億元、45.5億元和44.67億元位列二三四名，處于二到四名的第二梯隊廠商競爭較為激烈。

本土的功率器件玩家眾多，但目前來看，單功率器件業(yè)務規(guī)模上百億元的僅有安世半導體一家，且與第二梯隊玩家拉開相當大差距。

功率IC方面，根據芯謀研究的數據，2022年全球功率IC廠商按營收統計，TI穩(wěn)坐第一位置，ADI在并購Maxim后從2021年的第四躍居至全球第二。英飛凌排名第三，高通在2022年受智能手機市場低迷影響，排名從2021年的第二名下滑至第四。5-10名分別是安森美、STM、瑞薩、MPS、聯發(fā)科、NXP。
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國內功率IC廠商中，矽力杰2022年以營收48.6億元排名第一，士蘭微和圣邦微以21.1億元和20.1億元營收分列二三位。2022年營收10億元以上的本土功率IC廠商還有集創(chuàng)北方、南芯科技、杰華特、晶豐明源。

其中在國內前十大功率IC廠商中，士蘭微、圣邦微、南芯科技、杰華特都在2022年取得了20%以上的增長。

下一期，我們將對功率半導體產業(yè)鏈的主要運作模式，以及代表性企業(yè)進行深入分析，記得關注我們～