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功率半导体未来可期,或将成为“中国芯”的最好突破口

时间:2020/6/28 14:45:48浏览次数:281

功率半导体主要用作电子元件中的开关及整流器,同时是矽、砷化镓、氮化矽等半导体材料,是在经过电学属性调整等一系列工艺后,所得到的电学元件。功率半导体的应用十分广泛,从几十毫瓦的耳机放大系统,到上千兆瓦的高压直流传输过程;从储能、家电,到IT 产品、网络通讯,只要是涉及电的领域,都存在它的身影。

功率半导体器件分类

从发展历程看,功率半导体器件先后经历了:全盛于六七十年代的传统晶闸管、近二十年发展起来的功率MOSFET及其相关器件,以及由前两类器件发展起来的特大功率半导体器件,它们分别代表了不同时期功率半导体器件的技术发展进程。

概括来说,功率半导体器件主要有功率模组、功率集成电路和分立器件三大类。其中,功率模组是将多个分立功率半导体器件进行模块化封装;功率IC对应将分立功率半导体器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成;而分立功率半导体器件则是功率模块与功率IC的关键。

功率半导体器件又可根据对电路信号的可控程度分为全控型、半控型及不可控型;或按驱动电路信号性质分为电压驱动型、电流驱动型等划分类别。

常用到的功率半导体器件有Power Diode(功率二极管)、SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(大功率电力晶体管)、BJT(双极晶体管)、MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、SIT(静电感应晶体管)、BSIT(双极型静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、IEGT(电子注入增强栅晶体管)、IPEM(集成电力电子模块)、PEBB(电力电子积木)等。

不同功率半导体器件,其承受电压、电流容量、阻抗能力、体积大小等特性也会不同。实际使用中,需要根据不同领域、不同需求来选用合适的器件。随着技术的不断进步,功率半导体器件在不断演进。自上世纪80年代起,功率半导体器件MOSFET、IGBT和功率集成电路逐步成为了主流应用类型。


市场格局

功率半导体行业壁垒较高,在高端功率器件领域,以美、日、欧龙头厂商为主导。据统计,英飞凌、安森美、意法半导体、三菱电机、东芝半导体是全球前五的功率半导体供应商,前五大供应商市场占比达到42.6%,前十大供应商占比达到60.6%。

而功率半导体厂商大多采用IDM模式,有完整的晶圆厂、芯片制造厂和封装厂,垂直整合优势明显,对成本和质量控制能力很强,实力强劲。欧美日的功率半导体厂家大多是IDM模式,以高端产品为主;中国大陆的厂商大多也是IDM模式,产品以低端二极管和低压MOSFET为主,实力较弱;中国台湾以Fabless模式为主,主要负责芯片制造和封装。

从供给端来看,全球功率半导体的主要产地集中在欧美日,占据全球功率半导体大部分的市场份额。其次是中国台湾,目前占据全球10%的市场份额。中国大陆以二极管、低压MOSFET、晶闸管等低端功率半导体为主,目前实力较弱,占据全球10%的市场份额。从需求端来看,中国是全球最大的功率半导体消费国。据数据,中国功率半导体市场空间占全球比例39%,居第一位;如此看来,中国大陆功率半导体呈供需严重不匹配的格局,且国内以低端产品为主,国产替代缺口巨大。随着新领域的应用增加以及欧美产品升级产业转移到国内,国内市场将有很大的增长空间。

国内功率半导体突围,迎来发展良机

我国是全球最大的功率半导体市场,国际龙头企业较大部分收入来自中国地区,以达尔科技和恩智浦为例,其收入的58%和41%来自中国大陆。由此可见,我国功率半导体市场需求量巨大,本土厂商拥有非常大的进口替代空间。

在全球功率半导体市场上,中高端产品生产厂商主要集中在欧洲、美国和日本地区。欧美日的功率半导体厂商大部分属于IDM厂商,英飞凌、达尔科技、安森美、恩智浦等是行业中的龙头企业。中国台湾地区也是较大的功率半导体产地,厂商大多属于Fabless厂商,产品主要集中在低端领域。我国功率半导体市场占据全球50%左右份额,在高端产品领域,90%依赖进口。

我国半导体厂商主要为IDM模式,生产链较为完善,但产品主要集中在二极管、低压MOS器件、晶闸管等低端领域,生产工艺成熟且具有成本优势,行业中的龙头企业盈利水平远高于台湾地区厂商。而在新能源、轨道交通等高端产品领域,国内仅有极少数厂商拥有生产能力,高端产品市场主要被英飞凌、安森美、瑞萨、东芝等欧美日厂商所垄断。我国功率半导体市场中,在低端领域生产工艺成熟,而在高端领域,市场仍被国外企业所垄断。本土厂商在低端产品领域已经开始进口替代,但市场份额占比仍然较低。

国内市场发展前景广阔,实现技术突破、产品提升,以及进口替代是我国功率半导体行业未来发展的必然选择。随着工业、汽车、无线通讯和消费电子等领域新应用的不断涌现以及节能减排需求日益迫切,我国功率半导体有庞大的市场需求,容易催生新产业新技术,在国家政策利好下,功率半导体将成为“中国芯”的最好突破口。



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