功率半导体产业链全景深度解析（附股）

泡股

受AI需求爆发、电网升级和光伏储能三大引擎驱动，全球功率半导体需求持续回暖，行业步入量价齐升的高景气周期。

产业端层面，海外供应商英飞凌、安森美、意法半导体等将产能向AI高端应用倾斜，对其他细分板块形成明显的产能挤占效应。自年初起行业涨价潮密集开启，英飞凌今年已连发两轮涨价函，上一轮涨价已于7月1日正式落地。

国内部分功率大厂自6月起发布新一轮涨价函，7月开始执行上半年的调价安排，预计9月末将开启第二轮涨价谈判。

当前功率半导体行业正推进年内第二次全面调价，部分产品价格涨幅达20%-30%，全行业产品交期普遍拉长至30-50周以上。

本轮功率半导体行情由下游多重需求共振，叠加上游多环节供给受限共同驱动，属于长周期高景气行情。

当前功率半导体国产替代正从“能用”阶段稳步迈向“好用”阶段，叠加下游各应用周期同步复苏，成为当前半导体领域增速较快的细分赛道之一。

本文重点解析功率半导体产业链、竞争格局和产业趋势。

01

功率半导体行业概览

功率半导体是电力电子系统的核心器件，主要用于电能变换、控制和管理的半导体器件，可以说是能源产业的底层支撑。

与逻辑芯片和存储芯片“处理信息”的功能不同，功率半导体处理的是"能量"。

功率半导体主要分为功率IC（模拟）、功率分立器件和功率模块。

其核心应用覆盖电动车、光伏、充电桩、数据中心、工业电机、家电等，电能从电网到负载之间，都必须经过功率器件。



功率半导体核心技术路线

主要包括硅基MOSFET、IGBT、SiC MOSFET和GaN四类。

硅基MOSFET：优势在于高频性能好、驱动简单、工艺成熟且成本低，目前处于成熟期，广泛用于消费电子、服务器电源及车身电子等领域，但其在高压高温环境下的性能弱于碳化硅器件。

IGBT：具备高压大电流处理能力，适合中高功率场景，如新能源车电驱、工业变频与轨道交通，同样已进入成熟阶段，缺点是开关损耗较高，频率表现不如MOSFET或SiC方案。

SiCMOSFET：作为新一代材料代表，具有高效率、低损耗、耐高温和适用于高压高频等优势，正处在成长期，主要应用于800V电驱系统、充电桩、光伏逆变器以及AI服务器电源等高增长领域，不过其成本仍偏高，对材料和封装要求也更严格。

GaN：以优异的高频特性、小体积见长，特别适合中低压高频应用，例如快充、通信电源和服务器二次电源等，尚处成长初期，尤其在汽车和大功率场景中验证仍在推进中。

整体来看，传统硅基器件仍是主流，而宽禁带半导体（SiC/GaN）凭借性能突破正在加速渗透高端市场。



功率半导体产业发展进程

当前功率半导体突破从设计向材料和设备全链渗透，正处于第二代硅基（SiIGBT/MOSFET）向第三/四代宽禁带（SiC碳化硅/GaN氮化镓）切换的窗口期。

相比硅基器件，第三/四代半导体材料核心优势在于更高的工作温度、更低的开关损耗、更小的系统体积，这在AI算力场景和新能源车中直接转化为续航提升和能耗降低。

AI算力正成为功率半导体核心增长引擎。

美银预计，英伟达机柜功耗将从10-15kW飙升至超1.5MW，推动2025-2030年AI数据中心新增233GW电力需求。800V直流架构、储能及固态电力设备将加速落地，SiC与GaN最受益。

此外，服务器高压侧用SiC、低压侧用硅基MOS，两者价值量也有望双重爆发，叠加AI芯片对功率产能的刚性挤占，需求斜率进一步陡峭。



02

功率半导体产业链

功率半导体产业链中，上游材料与设备占整体价值约30%，中游设计、制造与封测占约55%，下游系统应用占约15%，覆盖新能源车、数据中心、光伏储能和工业变频等领域。

在产业链环节价值中，材料端毛利最高，其中衬底毛利率约55%；制造端资本开支最重，一条8英寸SiC产线投资超10亿美元；下游价值量最大但利润最薄。



03

功率半导体上游：材料端

碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）属于第三/四代宽禁带半导体，核心优势是耐高压、耐高温、开关损耗低，但代价是衬底生长难度极高。

可以说，衬底决定成本上限，外延决定性能上限。SiC卡在衬底，GaN卡在外延。

碳化硅SiC衬底/外延

衬底成本占SiC器件总成本的40%~47%，外延加工费占20%~30%，材料端合计占60%~70%。也就是说，一颗SiC功率模块，约近七成的钱花在了衬底和外延上。

SiC衬底：SiC单晶圆片，是整个器件的物理基础，通常一片6英寸衬底从原料到成品需要数周。SiC衬底是整个产业链的瓶颈环节，8英寸是当前最核心的竞争焦点。

碳化硅产业链实物层级关系：



全球竞争格局来看，美国Wolfspeed在SiC衬底端独大已量产8英寸；II-VI（美国，收购Coherent后产能扩充）、日本厂商罗姆自研衬底。国内核心厂商包括天科合达、三安光电、天岳先进等。此外还有同光股份、露笑科技等新玩家。预计到2030年SiC衬底需求预计~700亿元，较当前近8倍增长，核心驱动是下游8英寸FAB线扩产。

SiC外延：外延在衬底表面再"长"一层高纯度的SiC薄膜，厚度通常只有几微米到几十微米。功率器件的PN结、MOS沟道全部做在这层外延上。外延的质量直接决定器件的耐压、损耗和可靠性。

全球市场格来看，日本厂商昭和电工全球市占率第一，美国Wolfspeed自有外延产线，与衬底一体化供应。国内外延厂商包括瀚天天成、东莞天域、比亚迪半导体等，其中天域半导体已具备6英寸外延量产能力，正在向8英寸过渡。比亚迪半导体以自供为主，部分外供。



氮化镓GaN外延

GaN的核心优势是开关速度极快，适合高频、高密度电源场景。

GaN和SiC最大的区别：GaN不依赖自支撑衬底，产业主流用蓝宝石、SiC或硅作为异质衬底做外延，所以衬底不是瓶颈，拼的是外延工艺和应用落地速度。

当前GaN正从消费快充走向车规和数据中心，AI算力对高密度GaN电源的需求是未来三年最大变量，英伟达供应链正在加速导入，1200伏车规GaN有望加速放量。

日本住友电工和三菱化学是自支撑衬底的主要供应商，尺寸多为2英寸且价格极高（~$5000+/片）。纳微半导体在消费快充端全球市占率第一。国内GaN龙头英诺赛科，8英寸GaN-on-Si产能全球最大，设计加制造一体化。

硅片：GaN功率器件大量使用硅基衬底，所以硅片环节也很关键。信越化学和SUMCO垄断高端硅片，国内沪硅产业12英寸已进入车规验证，立昂微6英寸国产化率持续提升。

04

功率半导体上游：设备端

功率半导体和逻辑芯片的最大区别是：器件又大又厚，电压动辄1200V甚至3300V以上，因此需要专用设备。

当前设备端国产化率约20%至30%，长晶炉国产化率最高，外延和刻蚀设备仍以进口为主。

长晶炉设备

整条链里技术壁垒最高、价值量最大的环节。

SiC衬底用的是物理气相传输法，在2000℃以上高温炉中让SiC粉末升华后在籽晶上重新结晶。一炉长一周，长出来的晶锭还要切、磨、抛，周期极长。

全球市场格局中，瑞典Norstel（原Cree长晶部门）是全球SiC长晶设备绝对龙头，Wolfspeed自用设备主要来源，6英寸和8英寸均有成熟方案。国内晶升股份是国内唯一实现6英寸SiC长晶设备量产的厂商，已进入天科合达、天岳先进产线，8英寸在研。北方华创布局SiC长晶炉，处于验证阶段。

碳化硅的主流制备工艺流程：



外延设备

外延是在衬底上再长一层高质量薄膜，SiC用化学气相沉积（CVD），GaN用MOCVD（金属有机化学气相沉积）。

外延设备的核心是温度均匀性和气体流量控制，决定外延层的厚度一致性和缺陷密度。

Aixtron（德国）和Veeco（美国）垄断全球外延设备市场。国内北方华创作为SiC外延设备龙头，6英寸CVD已量产，正在攻克8英寸。中微公司主攻刻蚀设备，但SiC外延设备也在推进。

刻蚀与离子注入设备

功率器件需要在外延层上精确注入铝、氮、磷等杂质，形成PN结。

美国Axcelis全球离子注入龙头，SiC专用注入机市占率最高，绑定Wolfspeed、ST、ROHM。国内万业企业（凯世通）和中科信等厂商有所布局。

05

功率半导体中游：设计制造封测

功率半导体中游的核心玩家分为三类：

IDM（设计+制造+封测一体化）：自己设计、自己造、自己封，产能自主可控，是车规级市场的主力。代表厂商：扬杰科技、士兰微、华润微、时代电气以及海外的罗姆、英飞凌、意法半导体。

功率半导体部分主流供应商：



例如，华润微作为国内少有的IDM功率大厂，6/8/12英寸产线全覆盖，MOSFET、IGBT、SBD、FRD全线产品，是国内硅基功率半导体的"全能选手"。士兰微6/8英寸+12英寸产线，IGBT和FRD自有产线已量产，SBD和MOSFET也在做。目前正在建设12英寸SiC产线，是国内少数同时布局硅基和SiC的IDM。此外，英诺赛科8英寸GaN-on-Si产能最大，设计+制造一体化。

车规IGBT市占率国内第一，已导入比亚迪和蔚来供应链。时代电气在轨交IGBT全球领先且切入车规市场。



Fabless（纯设计，制造外包）：只做芯片设计，制造交给代工厂。优势是轻资产、灵活，但在功率领域份额有限。代表厂商：新洁能、东微半导、捷捷微电等。例如，新洁能MOSFET为主力，中高压SGT和SJ工艺是看家本领，IGBT和SiC在推进中，完全代工模式。东微半导作为功率超级结龙头，拥有服务器级别的SJMOS。此外，宏微科技和斯达半导模式一致，芯片外购、自己封模块，核心竞争力都在封装端。

Foundry（纯代工，不做设计）：只做制造，服务下游设计公司。代表厂商：芯联集成和华虹公司等。

从行业发展趋势来看，功率半导体正迎来拐点。当前SiC从6英寸向8英寸全面切换是未来几年核心方向，GaN从消费走向车规和数据中心，AI算力驱动高密度GaN电源需求爆发，英伟达供应链正加速导入，1200V车规GaN有望加速放量。叠加AI服务器电源需求带动量价齐升、下游周期复苏和国产替代加速，产业链各环节有望加速迎来国产替代机遇。