功率半导体的功能主要是对电能进行转换，对电路进行控制，改变电子装置中的电压和频率，直流或交流等，具有处理高电压，大电流的能力。
在过去相当长的一段时间里，功率半导体市场一直由欧、美、日等外资巨头牢牢占据着主导地位，随着近年来新能源汽车的发展，许多本土企业也纷纷入局。放眼市场，不论是传统Si功率器件IGBT、MOSFET，还是以SiC、GaN等为代表的第三代半导体，国内都有企业布局。
目前，不同功率器件的现状如何？发展有何困境？何时能跑出中国的英飞凌？
01
IGBT行业概览
资料显示，功率半导体是控制电压和电流的半导体，其作用主要为功率转换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等，包括功率器件和功率IC。
功率器件主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。
其中，IGBT是电力电子装置的"CPU"，新能源大发展的基石。其用途包括变频、整流、变压、放大功率与功率控制等，是电子装置中电能转换与电路控制的核心。
IGBT又称绝缘栅双极性晶体管，是由BJT（双极型三极管）与MOSFET（绝缘型场效应管）组成的复合型全控电压驱动式功率半导体器件，在电路中作为电路开关，通过开关控制改变电压。
自20世纪80年代发展至今，IGBT芯片经历了7代技术及工艺的升级，从平面穿通型（PT）到微沟槽场截止型，IGBT从芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标都进行了不断的优化，断态电压从600V提高到7000V，关断时间从0.5微秒降低至0.12微秒，工艺线宽由5um降低至0.3um。
此外，由于IGBT产品对可靠性和质量稳定性要求较高，下游客户认证周期较长，所以产品的生命周期较一般集成电路产品较长，对不同代际的IGBT产品，由于性能和需求差异导致应用领域略有不同。
国内厂商对标英飞凌的IGBT产品技术，当前英飞凌IGBT技术已迭代至第七代，第四代为当前市场主流，产品向小型化、高功率、高可靠性发展。
02
IGBT市场爆发
2022年中国IGBT产业进入爆发期。
根据中国汽车工业协会最新统计显示，2022年中国新能源汽车持续爆发式增长，产销分别完成705.8万辆和688.7万辆，同比分别增长96.9%和93.4%，连续8年保持全球第一。
IGBT作为新能源汽车核心零部件，需求量持续高涨。IGBT芯片厂商包括英飞凌和安森美等，这些大厂的交期平均都在一年以上，同时海外如欧洲和美国的电动车市场也开始进入高速增长期，他们会优先保障本土供应。因此，在供需偏紧的情况下，国产IGBT厂商在车载IGBT领域的替代进程加速。
2021年底，时代电气、士兰微和华虹半导体等厂商的IGBT产能相继投产，相关企业利润也迅速增厚。比如：斯达半导、士兰微、比亚迪半导体、时代电气、宏微科技、华润微、新洁能等半导体企业IGBT业务均实现了极大提升，车规级IGBT产品在市场上也实现了极大突破。
根据DIGITIMES Research统计与分析，2022年IGBT因电动车与光伏发电市场的强劲需求，在供应端产能有限的情况下，整体供需缺口达13.6%。对于中国市场来说，IGBT是近年来半导体和电动汽车的布局热点，不过至今车规级IGBT产品国产化率仍然较低。
03
MOSFET营收超亿
MOSFET器件具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等特点，广泛应用于低中高压的电路中，是覆盖电压范围最广，下游应用最多的功率器件之一。
随着新能源汽车加速发展，汽车功率器件供应缺口拉大，以及以瑞萨为代表的大厂逐步退出中低压 MOSFET 部分市场。在供给优化与需求增加的双重驱动下，国产车规级功率器件厂商开始加速进入汽车供应链。
目前士兰微、安世半导体在 MOSFET 市场份额上位列国内厂商前列。此外，华润微、扬杰科技、苏州固锝、华微电子、新洁能、东微半导、捷捷微电等国内厂商近年来在车规级 MOSFET 领域持续发展。
以士兰微、华润微、扬杰科技为代表的 IDM 公司已覆盖高压超级结产品，并逐步扩大产品占有率：士兰微已完成 12 英寸高压超结 MOS 工艺平台开发；华润微2022年Q1高压超结产品收入超亿元；扬杰科技2022年Q1汽车 MOS 订单实现大幅增长。
在设计公司端，东微半导、新洁能为代表的 MOSFET 厂商发展迅速：东微半导 2022年Q1高压超结 MOS 产品收入占比达 78.1%，车载充电机收入占比超14%；新洁能2022年Q1 超结MOS 收入近亿元(占11.5%)，汽车电子收入占比达 13%。
04
SiC持续加码
SiC作为第三代半导体材料，具有比硅更优越的性能。不仅禁带宽度较大，还兼具热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射性能强、热稳定性和化学稳定性好等优良特性。
SiC器件广泛用于光伏逆变器、工业电源和充电桩市场，已成为中国功率半导体厂商的必争之地。目前斯达半导车规级 SiC MOSFET 模块开始大批量装车应用，并新增多个使用车规级 SiC MOSFET 模块的主电机控制器项目定点；三安光电、华润微等企业在 SiC 二极管、SiC MOSFET 等器件领域已逐步实现产品系列化；士兰微、闻泰科技等企业也积极布局 SiC 器件研发，并已取得阶段性进展。
面对市场需求转变，功率半导体被认为是中国半导体产业崛起的可能突破口之一，中国厂商也投入了大量资金进行布局，相关计划也陆续传出进度更新的消息。
05
当下困局
可以看到，中国功率半导体的发展如火如荼，各大厂商正在大举进军，然而功率半导体行业仍存在着诸多难题需要克服。
整体国产率依旧较低。中国的功率半导体产业规模增速快于全球，但总的来说，本土功率半导体器件自给率依旧较低，在器件的生产制造和自身消费之间存在巨大供需缺口。据中商产业研究院数据显示，2020年国内功率半导体市场需求规模达到56亿美元，占全球需求比例约为39%。中国是全球最大的功率器件消费国，但国内功率器件整体自给率不足10%，自给率很低，超过90%的需求还依靠进口。
缺乏行业龙头。根据Omdia公布的2021年功率半导体市场前十大厂商销售额排名，英飞凌排名第一，安森美排名第二，意法半导体排名第三，中国则只有闻泰科技旗下安世半导体上榜，排名第八。可以看到，相比美日欧强势的市占率，中国还与之存在较大差距。
产品处于劣势。功率半导体器件真正实现“上车”需要经过多重验证。目前意法半导体、英飞凌等设计生产的SiC MOSFET已经大规模上车。中国厂商的斯达半导、比亚迪半导体等，尚处于少量供应阶段。不过随着技术逐步突破，国内功率半导体产品正在陆续完成车规认证。
06
本土厂商发展时机已至
在价格和交期趋势向上的背景下，本土化替代成为功率半导体产业在供需紧缺环境下的强逻辑。这也意味着本土功率半导体公司的未来已来：国产加速替代进程，头部企业迎来产品和客户结构的持续升级。
在此轮高景气度下，受益下游新能源产业发展，功率器件的需求有强支撑。以新能源汽车为例，2022年，以国内500万辆新能源汽车估算，考虑平均单车用1.3只IGBT模块，折算需求量约达650万只。
国内几大功率半导体龙头企业也释放了积极扩产的信号。
一方面，功率半导体的衬底材料朝大尺寸和新材料方向发展。从6英寸到8英寸再到12英寸更先进的产线投入，士兰微领先推向12英寸产线，预计今年将达6万片/月，而闻泰科技、华润微等企业的12英寸亦正迎来爬坡，产线升级将助推工艺水平、产品能力的提升；同时，随着第三代宽禁带材料半导体迅速发展，SiC与GaN器件的应用规模开始持续增长。
另一方面，功率半导体器件结构朝复杂化演进，功率半导体厂商正迎来产品结构快速升级，以IGBT、SiC为代表的高端功率器件占营收结构持续提升。
闻泰科技IGBT系列产品也已流片成功，从2021年闻泰科技就开始筹备IGBT系列产品，未来几年闻泰科技半导体业务板块研发投入预计将达到15%以上，主要投向中高压MOSFET、第三代半导体和IGBT等领域。
07
何时能跑出中国的英飞凌？
近日，士兰微发布了向特定对象融资65亿元，以发展包括SiC和IGBT等功率器件在内的多项产品的报告。在报道中，士兰微分享了他们对功率半导体，特别是中国功率半导体行业的看法。
士兰微在报告中指出：
近年来，功率半导体行业呈现稳健增长的态势，根据 IHS Markit 的统计，2021 年全球功率半导体市场规模约为 462 亿美元。随着下游应用领域的不断拓展延伸 以及物联网、通信和新能源汽车等新兴应用领域的蓬勃发展，未来功率半导体市场仍将保持增长态势。根据 IHS Markit 预测，到 2024 年全球功率半导体市场规模将达到 522 亿美元。
中国作为全球最大的新能源汽车市场，在车规级功率半导体市场领域一直被国际巨头占据，国内自给率不足 10%，存在巨大的供需缺口。但功率半导体器件技术迭代速度较慢，使用周期较长，国内厂商拥有充足的发展和追赶时间。
正如士兰微所言，功率半导体采用非尺寸依赖的特色工艺，不追求7nm、5nm等先进制程，因此功率半导体相对逻辑IC工艺技术难度低，同时不需要动辄百亿美金的产线投入，国产厂商更容易实现技术追赶。
根据中国半导体行业协会的数据，2021年中国功率半导体前十大企业为安世半导体、华润微、扬杰科技、士兰微、华微电子、捷捷微电、斯达半导、新洁能、比亚迪半导体、时代电气。前十大企业中，安世半导体产品覆盖最为全面，基本上涵盖了二极管、MOS、IGBT、SiC等主要产品线；此外，士兰微、华润微、扬杰科技等老牌功率器件厂商产品也基本上覆盖了市场主流的MOS和IGBT产品；而比亚迪半导体和时代电气，背靠母公司拥有强大的终端市场，相关功率器件产品除了自用外，也走向市场开始向其他大客户实现了批量出货。
中国拥有功率半导体应用增长最快、潜力最大的特色市场，市场的比重也在继续提升，未来，随着技术水平的提升以及管理经验的积累，国内相关企业有望进一步对国外企业形成竞争优势，占据更大的市场空间。
