新结能逆变器



功率半导体器件及其应用专业前景如何?

功率半导体作为电子电力设备中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换（变频、变压、变流和功率管理）。它们可以大致分为功率 IC 和功率分立器件两类，功率分立器件包括二极管、晶闸管、晶体管等，而功率 IC 则涉及AC-DC、AC-DC 和 PMIC 等器件。本文将深入探讨功率分立器件的产业现状及发展趋势。

功率器件的种类多样，根据可控性分类，功率半导体可以分为不可控型（如二极管）、半可控型（以晶闸管为代表）及全控型（如 IGBT、MOSFET）。二极管、晶闸管等传统器件在复杂高频率应用中存在挑战，但成本较低、工艺简单，适用于结构简单的产品领域。IGBT、MOSFET 等器件在高压、高可靠性领域大显身手，但其工艺结构复杂，生产难度高，成本也相应较高。它们广泛应用于汽车、逆变器、轨交等关键领域。

功率分立器件在全球市场表现出色。功率半导体器件作为半导体器件的重要组成部分，是电力电子应用装备的基础和核心，主要用于电力电子设备的整流、稳压、开关、变频等功能，具有广泛的应用范围和巨大的市场潜力。

功率器件的下游应用极为广泛，包括新能源（风电、光伏、电动汽车）、消费电子、智能电网、轨道交通等。根据每个细分领域的性能要求（如频率、电压、损耗），不同的功率器件（如 MOSFET、IGBT、SiC 等）能应用于不同的领域。按下游应用领域划分，功率器件主要可以分为工业控制、消费电子、计算机、汽车电子和网络通信五大类。MOSFET、二极管和 IGBT 是占比最高的三大功率器件。

从应用角度来看，功率分立器件的下游应用领域包括消费电子、白色家电、工业控制、新能源汽车等。针对不同应用场景，各领域对功率和频率的要求不同，因此选择相应的功率器件。MOSFET 因其开关频率高、损耗低特性，广泛应用于手机、相机、PC、车载、照明、TV 等领域。IGBT 以其耐压高、开关速度快的特性，主要应用于变频家电、新能源汽车、工业领域。新能源汽车无疑是最具发展潜力的领域，电气化需求与新能源汽车的发展将带动可再生能源发电、工业（包含 IoT 和自动驾驶）等领域成长，这些领域都将是功率半导体市场需求增长的推动力。

全球功率分立器件市场规模在 2021 年达到约 300 亿美元，工业、汽车领域是其重要应用领域。功率器件的主要作用是电力转换和功率控制，能够有效提高能量转换效率、减少功耗。它们可大致分为二极管、晶闸管、晶体管等。根据 WSTS 数据，2020 年全球功率分立器件市场规模为 238 亿美元，预计 2021、2022 年将分别增长 26.4%、7.2% 至 301 亿美元和 323 亿美元。IHS Markit 数据显示，2018 年全球功率半导体市场中，工业占比 35.08%，汽车占比 23.55%，通讯占比 23.19%，消费电子占比 18.18%。

目前全球功率器件市场主要由欧美日企业主导，其中英飞凌以 19% 的市占率占据领导地位。安森美和三菱的市占率分别为 10.0% 和 7.0%，前十大公司合计市占率达到 58.9%。在 MOSFET 和 IGTB 细分领域，中国 MOSFET 市场中，英飞凌、安森美、华润微的市占率分别为 28.4%、16.9% 和 8.7%。IGBT 市场中，英飞凌的全球市占率达到 37%，安森美和富士电气的市占率分别为 10% 和 9%。功率器件在高端应用市场和技术方面基本被国外企业垄断，特别是在超低能耗高可靠性功率器件细分市场，几乎全部被国际一流半导体企业垄断。在技术方面，一些半导体功率器件的关键技术仍掌握在少数国外公司手中。

中国本土功率器件产业情况显示，相比发达国家，中国功率器件行业起步较晚，技术实力与稳定性与国际主要企业相比仍存在一定差距，尤其是在中高档产品方面对进口依赖程度较高。然而，中国已成为全球功率半导体产业的重要市场。2021 年中国功率半导体市场规模约为 159 亿美元，2015 年至 2021 年的复合年增长率（CAGR）约为 6.3%。国内功率半导体市场发展日益成熟，中国作为全球最大的功率半导体消费国，市场规模稳步增长。功率半导体器件行业的高速发展离不开下游应用产品的旺盛需求。工业控制、汽车电子等领域是我国功率半导体领域需求最大的几个领域。IHSMarkit 预测，MOSFET 和 IGBT 是未来五年增长最强劲的半导体功率器件。随着新能源车、光伏等行业的快速发展，MOSFET、IGBT 在功率半导体的市场规模占比有望持续提升。

据与非研究院统计，国内功率器件厂商数量约为 88 家，其中广东、江苏、上海成为了功率半导体发展的三大重镇。在功率器件产业规模的发展方面，功率器件的应用中工业、汽车、通信等领域的占比较高，这或许解释了相对应的城市区位分布。与非研究院还罗列了国产功率半导体产业链上的上市公司，其中功率分立器件业务为主的公司主要采用 IDM 模式或 Fabless 模式。

中国本土功率器件厂商在不断壮大，如闻泰科技、新洁能、嘉兴斯达半导体、中车时代电气、华润微、士兰微、捷捷微电子、扬杰电子、芯朋微电子和富满微电子等企业，已具备一定的国际竞争力。这些企业在 MOSFET、IGBT、FRD、SBD 等功率器件方面取得了一定的市场地位，并在第三代半导体材料 SiC 和 GaN 的布局方面有所进展。功率器件领域的国产化趋势日益明显，面对全球芯片大缺货的挑战，越来越多的终端客户开始考虑选择本土供应商，这为国产功率器件带来了巨大的机遇与挑战。

近年来，国内功率器件厂商在技术、产品质量和供应链管理方面取得了显著进步，逐步缩小了与国际一流水平的差距。在智能化时代，功率半导体器件在新能源汽车、智能电网、物联网等领域的应用将提出更高的要求。随着国内企业在制造工艺、研发能力、供应链协同等方面的持续提升，功率器件的国产化有望在不同领域打破国外品牌的垄断。目前，部分企业在高压 MOSFET 和 IGBT 等中高端领域已实现突破，显示出国产功率器件在高端领域取得的进展。

光伏逆变器IGBT Top10厂商排名出炉！

2022年光伏逆变器IGBT Top10厂商排名如下：

闻泰科技：凭借安世半导体的技术优势，位居榜首。扬杰科技：通过并购和研发投入，形成了完整的IDM模式，排名第二。士兰微：作为集成电路和功率器件的领军企业，构建了IDM经营模式，位列第三。斯达半导体：以全球领先的IGBT模块芯片供应能力，稳居前列。新洁能：以产品质量和客户认可度，紧随其后。华润微：依托无锡半导体产业生态和强大的IDM能力，位列第六。吉林华微：在TrenchFS IGBT技术上取得突破，进军光伏领域。捷捷微电：凭借定制化服务，占据榜单。宏微科技：凭借技术实力，占据榜单。上海贝岭：凭借全面的功率器件解决方案，也在市场中占据一席之地。

这些企业在IGBT领域的卓越表现，为光伏行业的持续发展提供了强有力的支持。

IGBT应用领域

中国IGBT芯片应用领域

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是电力控制和电力转换的核心器件，是由BJT(双极型晶体管)和MOS(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，具有高输入阻抗、低导通压降、高速开关特性和低导通状态损耗等特点，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

目前IGBT已经能够覆盖从600V-6500V的电压范围，按照使用电压的情况，IGBT可以分为低压、中压和高压三大类产品，不同的电压范围适用不同的应用场景。

不同电压等级IGBT芯片应用及厂商布局

低压IGBT一般电压在1200V及以下，且适用于低消耗的消费电子和太阳能逆变器领域，中国本土厂商几乎都有布局低压领域。

中压IGBT一般电压在1200-2500V，适用于新能源汽车、风力发电等领域，由于碳中和计划的持续推行以及新能源领域的高速发展，该领域是中国IGBT本土厂商未来主要发力的领域。

高压IGBT一般电压大于2500V，主要适用于高铁、动车、智能电网等领域，中国本土厂商仅中车时代和斯达半导有所布局，中国高铁里程数全球第一，需求量大，促进中上游技术发展，因此该领域率先实现了国产替代。

中国IGBT厂商产品电压覆盖范围

中国的IGBT厂商多集中在中低压市场，如宏微科技、比亚迪半导体、士兰微、新洁能等厂商的IGBT产品均集中在1500V以下的IGBT市场，产品主要适用于新能源汽车、家电、电焊机等领域，时代电气和斯达半导则在高压3300V及以上也有布局，产品主要适用于高铁、电网传输等。

注：蓝底表示产品有所覆盖。

中国高压IGBT芯片技术突破及瓶颈

在不同的功率以及频率范围中，对器件的特性要求有所不同。在大功率的应用场景中，例如轨道交通、直流输电，此时器件的开关频率非常低，开关损耗导致的发热量较低，主要以导通损耗为主。而在设备功率较小的时候，例如白色家电、伺服电机等领域，工作频率较高，导通损耗占比较低，开关损耗产生的热量较大。因此，在实际的工作时，需要根据应用要求，进行折中优化设计，才能使系统的效率达到最大化。

2021年7月，国务院国资委向全社会发布《中央企业科技创新成果推荐目录(2020年版)》，包括核心电子元器件、关键零部件、分析测试仪器和高端装备等共计8个领域、178项科技创新成果。其中，全球能源互联网研究院有限公司研制的3300伏特(V)绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片和模块被列入目录。历时4年，联研院攻关团队突破了制约国内高压IGBT发展坚固性差、可靠性低等技术瓶颈，打破了国外技术垄断。该团队牵头承担的国家重点研发计划项目“柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用”通过了工业和信息化部组织开展的综合绩效评价。项目自主研制出满足柔性直流输电装备需求的4500V/3000A低通态压降和3300V/3000A高关断能力IGBT器件，解决了高压大容量压接型IGBT芯片和器件缺乏的问题。

高压IGBT芯片和器件的开发周期长，涉及到材料、芯片设计、芯片工艺、器件封装与测试各个环节，需要多学科交叉融合、多行业协同开发。

根据联研院功率半导体研究所所长表示，当前，研发面向电力系统应用的高压IGBT器件的技术瓶颈主要有4个方面：

以上数据来源于前瞻产业研究院《中国IGBT芯片行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

功率半导体器件：IGBT模块技术及市场发展格局

一 IGBT：复合型功率器件

功率半导体器件（Power Electronic Device）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件，其作用主要分为功率转换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等。

功率半导体分为功率半导体分立器件和功率半导体集成电路两大类。现有的功率半导体分立器件可分二极管、功率晶体管、晶闸管等，其中功率晶体管包括双极性结型晶体管（BJT，俗称三极管）、结型场效应晶体管（JFET）、金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。

IGBT是由BJT和MOSFET组成的功率半导体器件，其控制极为绝缘栅场效应晶体管，输出极为双极型功率晶体管，因而兼有两者速度和驱动能力的优点，克服了两者的缺点。IGBT可以在各种电路中提高功率转换、传送和控制的效率，实现节约能源、提高工业控制水平的目的，被业界誉为电力电子装置的“CPU”，广泛应用于工业控制、轨道交通、白色家电、新能源发电、新能源汽车等领域。

IGBT有三个端子：集电极、发射极和栅极，他们都是附有金属层。但是，栅极端子上的金属材料具有二氧化硅层。IGBT结构其实就相当于是一个四层半导体的器件。四层器件是通过组合PNP和NPN晶体管来实现的，它们构成了P-N-P-N排列。

IGBT的工作原理是通过不断激活和停用其栅极端子来开启、关闭实现的。如果正输入的电压通过栅极，发射器就会保持驱动电路开启。另一方面，如果IGBT的栅极端的电压为零或者为负时，则就会关闭电路应用。

依产品结构形式不同，IGBT有单管、IGBT模块和智能功率模块IPM三种类型。IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器等领域；IGBT模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车（电机控制器、车载空调、充电桩）等领域（当前市场上销售的多为此类模块化产品）；智能功率模块IPM主要在变频空调、变频洗衣机等白色家电领域有广泛应用。

根据应用场景的电压不同，IGBT有超低压、低压、中压和高压等类型，其中新能源汽车、工业控制、家用电器等使用的IGBT以中压为主，而轨道交通、新能源发电和智能电网等对电压要求较高，主要使用高压IGBT。

二 IGBT技术发展历史

从20世纪80年代至今，IGBT芯片经历了7代升级，从平面穿通型(PT)到沟槽型电场-截止型(FS-Trench)，芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从600V提高到6500V以上。目前市场上应用最广泛的仍是IGBT第4代工艺产品。IGBT技术的整体发展趋势是大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化、高可靠性。

三 IGBT市场规模及竞争情况

全球IGBT市场规模从2012年的32亿美元增长至2021年的70.9亿美元，年均复合增长率为6.6%，2021年，全球IGBT的市场规模为70.9亿美元，同比增长6.6%。

我国IGBT产量及需求量均呈现连年增长的趋势，2021年，我国IGBT的需求量为13000万只，同比增长20.00%；生产量为2580万只，同比增长27.72%；产需差值为10620万只。2021年，我国IGBT市场规模约为218.75亿元，同比增长37.23%。近年来，我国积极践行“碳达峰、碳中和”发展战略，在各行业推行节能减排目标，不断优化调整能源使用结构，大力发展新能源产业，叠加工业自动化进程加快，我国对于IGBT的市场需求不断扩大。预计到2025年，我国IGBT市场规模将达到600亿元左右。

从全球市场竞争格局来看，欧美日厂商资金实力雄厚、技术水平领先、产业经验丰富，凭借先发优势抢占了全球功率半导体绝大多数的市场份额，并且一直保持较大的领先优势。国内厂商在全球竞争中不具备优势，所占市场份额较低。在国内市场竞争格局中，国际大厂仍占据绝大部分市场份额，国产化率低于20%。

根据Yole相关数据统计，全球IGBT的市场集中度较高，行业CR3达到51%。其中，英飞凌、三菱、安森美三家企业的市场占比分别为27%、14%、10%，在全球IGBT市场竞争格局中位列前三名；士兰微是我国唯一进入全球前十的品牌，其市场占比约为3%。

中国IGBT芯片行业代表性企业从技术格局来看，斯达半导应用第七代IGBT技术，电压覆盖范围为100-3300V；华微电子布局第六代IGBT技术，电压覆盖范围为360-1350V；士兰微、时代电气、宏微科技应用第五代IGBT技术；新洁能主要应用第四代IGBT技术。

从IGBT芯片产品主要应用领域来看，时代电气、斯达半导两家企业覆盖领域较广，时代电气IGBT芯片主要应用领域覆盖了轨交、车载、光伏、风电、工控等，斯达半导IGBT芯片主要应用领域覆盖车载、光伏、风电、工控、家电等。

无锡市锡山区有几家上市公司

无锡市作为中国东部地区重要的经济中心之一，拥有众多优秀的上市公司。这些企业在各自的领域中发挥着重要作用，推动着地方经济的发展。无锡的上市公司涵盖了多个行业，包括但不限于电子、机械、纺织、化工、信息技术等。其中，无锡市国家高新技术产业开发区内的企业表现尤为突出，聚集了大量的高科技企业。

无锡市的上市公司在国内外市场上都有一定的影响力。如无锡市新洁能股份有限公司，专注于功率半导体器件的研发与制造，其产品广泛应用于新能源汽车、光伏逆变器等领域。再如江苏长电科技股份有限公司，作为全球领先的半导体封测企业，其在全球市场上的占有率和影响力不容小觑。

除了这些知名企业，无锡市还有一批具有潜力的中小企业，在各自的细分市场中占据重要地位。这些企业通过不断创新和提升自身竞争力，为无锡市的经济发展注入了新的活力。无锡市政府也为这些中小企业提供了多方面的支持，包括政策扶持、资金援助等。

总体来看，无锡市的上市公司不仅数量众多，而且分布广泛，涉及多个行业。这些企业在推动无锡市经济发展的同时，也为全国乃至全球的经济发展做出了重要贡献。无锡市将继续支持和鼓励企业的发展，努力营造更加良好的营商环境，助力更多优质企业在这里茁壮成长。

半导体 | 第三代半导体材料最核心的投资标的

半导体材料是半导体产业链的源头，是所有半导体产品的基础。第三代半导体材料包括碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），具有独特的物理和化学性质，适用于高性能和高效率的电子和光电子设备。

碳化硅常用于新能源汽车（如IGBT和逆变器）和光伏发电（如逆变器）等应用领域，市场价值巨大。碳化硅的生产流程与硅片生产类似，关键设备是长晶炉。碳化硅产业链的上游价值占整个市场的69%，衬底价值占比46%，是最核心、最关键的环节。最终衬底可分为半绝缘型和导电型两种，导电型主要用于新能源车和光伏领域，半绝缘型用于微波射频器件。

功率器件和射频器件市场中，功率器件的市场价值大于射频器件。碳化硅终端市场的结构重点关注碳化硅功率器件在汽车领域的应用，尤其是新能源车中的IGBT和MOSFET。中游的器件制造商如IGBT的斯达半导和MOSFET的新洁能，是碳化硅产业链中的关键角色。

在全球范围内，半导体市场中硅片尺寸越大越好。碳化硅衬底的主要尺寸有2英寸、3英寸、4英寸、6英寸和8英寸。目前，行业内主要量产产品尺寸集中在4英寸及6英寸，8英寸衬底主要由国外厂商生产。产业链中，SiC衬底市场仍由以美国为主的海外厂商主导。国内市场上，天科合达在导电型衬底领域占据第一的位置，天岳先进在半绝缘型衬底领域市场占有率第一。

国外主要涉及的公司包括科锐公司、贰陆公司和SiCrystal公司。科锐公司能批量供应4至6英寸的导电型和半绝缘型碳化硅晶片，并已成功研发并投建8英寸产品生产线。贰陆公司能够提供4至6英寸的晶片，并已成功研制8英寸导电型碳化硅晶片。SiCrystal公司是世界领先的碳化硅衬底生产商，主要供应给日本罗姆公司生产各种碳化硅器件。

国内投资标的晶盛机电是关键的设备厂商，专注于长晶炉设备，其设备涉及光伏行业和半导体行业，尤其在碳化硅衬底领域有显著贡献。天岳先进是半绝缘SiC衬底的龙头，具备2/3/4/6英寸的量产能力，是半绝缘型衬底业务的市场领导者。露笑科技专注于导电型衬底，是国内少数上市的导电型衬底公司。天科合达是导电型SiC衬底的国内关键企业，也是碳化硅市场的关键标的。

国产IGBT，迎来大丰收

根据 IGBT 的产品分类，可分为 IGBT 分立器件、IPM 模块和 IGBT 模块。IGBT 分立器件主要应用在小功率家用电器、分布式光伏逆变器等场景；IPM 模块则用于变频空调、变频洗衣机等白色家电产品；而 IGBT 模块广泛应用于大功率变频器、新能源车、集中式光伏等领域。按工作环境的电压不同，IGBT 可以分为低压（600V 以下）、中压（600V－1200V）、高压（1700V－6500V）等类型，应用领域包括变频白色家电、新能源汽车零部件、工业控制、新能源汽车、轨道交通、电网等。

全球市占率方面，英飞凌、富士电机、三菱等国外厂商占据主要市场份额。在 IGBT 分立器件领域，英飞凌、富士电机、三菱的市场规模位列前三，市占率分别为 29.3%、15.6% 和 9.3%。中国厂商士兰微排名第十，占有全球 2.62% 市场份额。在 IPM 模块领域，三菱市占 32.9%；安森美市占 17.1%；英飞凌市占 11.6%，国产厂商士兰微以 1.6% 的市占率排名第九。在 IGBT 模块领域，英飞凌为绝对龙头，市场份额占 36.5%，其次是富士电机和三菱，分别占比 11.4% 和 9.7%。国内斯达半导排名第六，市场份额占 2.8%。

国内 IGBT 厂商多集中在中低压市场，如比亚迪半导体、士兰微、扬杰科技、新洁能、华微电子等厂商的 IGBT 产品主要集中在 1500V 以下的 IGBT 市场；时代电气和斯达半导已经有高压 3300V 及以上的产品应用。国内 IGBT 厂商与国外厂商存在差距的原因主要是国外厂商成立时间早，技术领先、产品成熟、市场占比大、利润高、用户反馈丰富，明显已具先发优势。

国内 IGBT 不乏佼佼者，如斯达半导、时代电气以及士兰微等。斯达半导优势在于 IGBT 模块，主要覆盖新能源汽车和工控领域，率先实现第 7 代 IGBT 产品的研发，SiC 模块研发进程也早于国内其他厂商。时代电气在 IGBT 的布局比较特殊，其 IGBT 器件在城市轨道交通、高速铁路以及电力机车方面具有广泛应用，其 IGBT 产品电压覆盖范围最广。士兰微的产品以 IGBT 单管和 IPM 模块为主，在白电和工控领域具备显著市场地位。此外，华微电子、扬杰科技、比亚迪半导体、宏微科技、中科君芯、新洁能等厂商在 IGBT 各个领域逐步放量。

近期，IGBT 是半导体组件中唯一还能大涨价且一路供不应求的品项。需求旺盛、供给不足、风光储需求带动、特斯拉大砍碳化硅用量等因素共同导致 IGBT 缺货、涨价。全球产能紧缺，短期内供不应求，为国产企业提供了机遇。国产 IGBT 产品性能逐渐成熟，部分产品性能可对标海外大厂产品，加速国产化 IGBT 产品市场渗透，逐步切入高端市场。众多厂商如扬杰科技、斯达半导、士兰微、新洁能、紫光国微等正在加快扩产和研发步伐。

IGBT 的持续火热，不仅带来了订单的大丰收，更推动了业绩的大幅增长。时代电气、斯达半导、士兰微等公司均实现了营收、净利润双增，业绩喜人。未来，随着 IGBT 市场的不断扩大以及国产 IGBT 企业技术上的突破，中国 IGBT 正驶上发展的快车道。

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