碳化硅分立器件產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及未來發(fā)展現(xiàn)狀趨勢

碳化硅分立器件產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及未來發(fā)展現(xiàn)狀趨勢功率分立器件行業(yè)概況根據(jù)《功率半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)業(yè)及標(biāo)準(zhǔn)化白皮書》，功率半導(dǎo)體按器件集成度可以分為功率分立器件和功率IC兩大類，其中功率分立器件主要包括晶閘管、功率二極管、晶體管等產(chǎn)品。我國半導(dǎo)體分立器件主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橥ㄓ?、消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)電子等。近年來受益于新能源汽車及充電樁、智能裝備制造、物聯(lián)網(wǎng)、光伏新能源等新興應(yīng)用的發(fā)展，國內(nèi)半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)業(yè)持續(xù)增長，行業(yè)呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢。根據(jù)中國半導(dǎo)體協(xié)會統(tǒng)計，2020年度我國半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到2，966．30億元，預(yù)計2023年我國半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到4，427．70億元，年增長率約為14．10%，市場需求有望達(dá)到4，393．20億元。從中長期看，國內(nèi)的半導(dǎo)體市場需求仍將呈現(xiàn)增長勢頭。中國為全球最大半導(dǎo)體市場，國產(chǎn)化提升大勢所趨復(fù)盤半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展歷史，共經(jīng)歷三次轉(zhuǎn)移。第一次轉(zhuǎn)移：1973年爆發(fā)石油危機(jī)，歐美經(jīng)濟(jì)停滯，日本趁機(jī)大力發(fā)展半導(dǎo)體行業(yè)，實(shí)施超大規(guī)模集成電路計劃。1986年，日本半導(dǎo)體產(chǎn)品已經(jīng)超越美國，成為全球第一大半導(dǎo)體生產(chǎn)大國；第二次轉(zhuǎn)移：20世紀(jì)90年度，日本經(jīng)濟(jì)泡沫破滅，韓國通過技術(shù)引進(jìn)實(shí)現(xiàn)DRAM量產(chǎn)。與此同時，半導(dǎo)體廠商從IDM模式向設(shè)計+制造+封裝模式轉(zhuǎn)變，催生代工廠商大量興起，以臺積電為首的中國臺灣廠商抓住了半導(dǎo)體行業(yè)垂直分工轉(zhuǎn)型機(jī)遇；第三次轉(zhuǎn)移：2010年后，伴隨國內(nèi)手機(jī)廠商崛起、貿(mào)易摩擦背景下國家將集成電路的發(fā)展上升至國家戰(zhàn)略，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈逐漸向國內(nèi)轉(zhuǎn)移。中國為全球最大半導(dǎo)體市場，占比約1/3。隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在手機(jī)、PC、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子，以及新能源、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興領(lǐng)域的快速推動下，中國半導(dǎo)體市場快速增長。據(jù)WSTS數(shù)據(jù)顯示，2021年全球半導(dǎo)體銷售達(dá)到5559億美元，而中國仍然為全球最大的半導(dǎo)體市場，2021年銷售額為1925億美元，占比34．6%。國產(chǎn)化率極低，提升自主能力日益緊迫。近年來，隨著產(chǎn)業(yè)分工更加精細(xì)化，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)以市場為導(dǎo)向的發(fā)展態(tài)勢愈發(fā)明顯。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來看，制造基地逐步靠近需求市場，以減少運(yùn)輸成本；從產(chǎn)品研發(fā)來看，廠商可以及時響應(yīng)用戶需求，加快技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品迭代。我國作為全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場，半導(dǎo)體封測經(jīng)過多年發(fā)展在國際市場已經(jīng)具備較強(qiáng)市場競爭力，而在集成電路設(shè)計和制造環(huán)節(jié)與全球領(lǐng)先廠商仍有較大差距，特別是半導(dǎo)體設(shè)備和材料。SIA數(shù)據(jù)顯示，2020年國內(nèi)廠商在封測、設(shè)計、晶圓制造、材料、設(shè)備的全球市占率分別為38%、16%、16%、13%、2%，半導(dǎo)體材料與設(shè)備的重要性日益凸顯。碳化硅二極管介紹及行業(yè)情況（一）碳化硅二極管介紹碳化硅是第三代半導(dǎo)體材料，與第一二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。目前碳化硅器件主要用于600伏及以上的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一些對能量效率和空間尺寸要求較高的應(yīng)用，如電動汽車充電裝置、電動汽車動力系統(tǒng)、光伏微型逆變器領(lǐng)域、服務(wù)器電源領(lǐng)域、變頻家電領(lǐng)域等。碳化硅二極管作為最早發(fā)明且發(fā)展較快的一類碳化硅功率分立器件，已經(jīng)在新能源汽車、工業(yè)控制等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化。碳化硅二極管以碳化硅肖特基二極管為主，碳化硅肖特基二極管的導(dǎo)通壓降低于硅基功率二極管，因而損耗相對較小。同時，碳化硅肖特基二極管的導(dǎo)通電壓具備正溫度系數(shù)特性，能將電流流向均衡地在器件內(nèi)部進(jìn)行分配，使得器件的各個部位保持溫度均勻，因而可以適用于高溫環(huán)境。此外，碳化硅肖特基二極管的反向漏電流和反向恢復(fù)時間遠(yuǎn)小于硅基功率二極管，可大幅降低開關(guān)損耗，且擁有較高的開關(guān)頻率，可以適用于高電壓領(lǐng)域。（二）碳化硅二極管行業(yè)概況碳化硅材料作為第三代半導(dǎo)體的代表之一，在最近幾年經(jīng)歷了長足的發(fā)展。首先，下游終端客戶對于碳化硅器件的認(rèn)可越來越多，受到整體效率提升的影響以及能效相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策等影響，碳化硅器件在傳統(tǒng)服務(wù)器電源、電信電源、充電樁、車載充電機(jī)、太陽能逆變器等多個領(lǐng)域被采用。（三）碳化硅二極管行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及未來發(fā)展趨勢由于第三代半導(dǎo)體材料生產(chǎn)技術(shù)要求較高、晶圓加工難度較大，因此生產(chǎn)成本較高。碳化硅器件還未全面推廣，但隨著規(guī)模日漸增大，性價比逐漸提升，憑借其優(yōu)秀的物理特性未來逐漸替代硅基功率器件的空間較大。碳化硅二極管自誕生以來，經(jīng)歷了前期緩慢的積累，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的周期。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，碳化硅二極管已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于可再生能源、電動車和充電裝置、5G通信、服務(wù)器電源和UPS等領(lǐng)域。隨著國內(nèi)外碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟，成本有望持續(xù)下降，下游接受度也開始提升，產(chǎn)品應(yīng)用場景將逐步拓寬，預(yù)計未來市場規(guī)模具備較大的增長性。（四）碳化硅功率器件替代硅基功率器件的類型和趨勢碳化硅功率器件目前主要包括碳化硅二極管和碳化硅MOSFET兩類，而硅基功率器件除功率二極管和MOSFET外，還主要包括晶閘管和IGBT等器件，產(chǎn)品類型更為豐富。一般來說，碳化硅功率器件替代硅基功率器件的領(lǐng)域主要為高溫、高壓和高頻等方面的產(chǎn)品，主要原因系碳化硅功率器件在高工作溫度、高工作電壓和高工作頻率下性能更加優(yōu)異，且在性價比上具備一定的競爭力。（五）碳化硅功率器件在成本和技術(shù)方面的可行性鑒于碳化硅功率器件在高溫、高壓和高頻狀態(tài)下的優(yōu)異性能，碳化硅功率器件將主要在高壓和高頻領(lǐng)域逐步替代部分硅基功率器件，在技術(shù)方面已具備可行性。盡管成本仍是阻礙碳化硅功率器件快速替代硅基功率器件的主要因素，但是碳化硅功率器件已在部分高端應(yīng)用領(lǐng)域具備一定的性價比競爭力，在成本方面也具備可行性。目前碳化硅功率器件的成本仍高于同類型的硅基功率器件，例如碳化硅二極管的價格一般是硅基功率器件的4-5倍，所以碳化硅功率器件替代硅基同類產(chǎn)品主要發(fā)生在性能要求較高的高端應(yīng)用領(lǐng)域，例如電動車、高端服務(wù)器電源、高端電信電源等領(lǐng)域。具體而言，650V和1200V的碳化硅二極管已經(jīng)開始逐步替代硅基功率二極管，幫助用戶提升電源整體轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。而650V和1200V的碳化硅MOSFET在電動汽車等應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)開始逐步被采用。隨著碳化硅功率器件的市場規(guī)模逐漸增大，碳化硅器件晶圓的市場供給也將逐步增多，同時國內(nèi)市場正在加大對碳化硅等第三代半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)研發(fā)和投入，碳化硅功率器件的成本將存在一定的下降空間。然而，考慮到硅基功率器件的產(chǎn)品性能將不斷提升，成本也將持續(xù)優(yōu)化，碳化硅功率器件和硅基功率器件將會在較長的期間共存。根據(jù)Yole的測算，從2019年到2024年，碳化硅功率器件占整體功率半導(dǎo)體市場的比例將從3%上升到9%。細(xì)分領(lǐng)域（一）汽車電子汽車半導(dǎo)體按種類可分為MCU、功率半導(dǎo)體（IGBT、MOSFET等）、傳感器及其他。隨著新能源車技術(shù)提升，相關(guān)半導(dǎo)體芯片需求逐漸提升。ICInsights預(yù)測，未來MCU出貨量將持續(xù)上升，車規(guī)級MCU市場將在2020年接近460億元，2025年將達(dá)700億元，單位出貨量將以11．1％復(fù)合增長率增長。IHSMarkit預(yù)測，全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將從2018年的391億美元增長至2021年的441億美元，年化增速為4．1%。據(jù)Yole統(tǒng)計，2019年全球CIS市場規(guī)模170億美元，預(yù)計2024年全球CIS市場規(guī)模將達(dá)到240億美元，年化增速7%。（二）手機(jī)產(chǎn)業(yè)射頻芯片受下游5G手機(jī)創(chuàng)新量價齊升。根據(jù)Skyworks預(yù)測，到2020年5G應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將實(shí)現(xiàn)翻番，新增50個以上通信頻段，某些高端手機(jī)濾波器的數(shù)量到2020年甚至可100只。Yole預(yù)測2017年射頻前端市場規(guī)模為147億美元，2023年射頻前端的市場規(guī)模將達(dá)341億美元，復(fù)合增速14%。功率半導(dǎo)體行業(yè)概況功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等。功率半導(dǎo)體廣泛應(yīng)用于電子制造行業(yè)，傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域包括消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、電子設(shè)備等產(chǎn)業(yè)，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及技術(shù)工藝的不斷進(jìn)步，新能源汽車及充電樁、智能裝備制造、物聯(lián)網(wǎng)、新能源發(fā)電、軌道交通等新興應(yīng)用領(lǐng)域逐漸成為功率半導(dǎo)體的重要應(yīng)用市場。根據(jù)《功率半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)業(yè)及標(biāo)準(zhǔn)化白皮書》，功率半導(dǎo)體按器件集成度可以分為功率分立器件和功率IC兩大類，其中功率分立器件主要包括功率二極管、晶閘管、晶體管等產(chǎn)品。隨著半導(dǎo)體材料的優(yōu)化突破，新一代以碳化硅為材料的功率半導(dǎo)體分立器件已逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并快速滲透進(jìn)入應(yīng)用市場。功率半導(dǎo)體的應(yīng)用十分廣闊，涉及電路控制和電能轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品均離不開功率半導(dǎo)體的使用。目前，功率半導(dǎo)體已廣泛用于消費(fèi)電子、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、電力能源、汽車電子、國防、航空航天等領(lǐng)域。近年來數(shù)字經(jīng)濟(jì)、人工智能、光伏能源、新能源汽車等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，均為功率半導(dǎo)體帶來了新的需求增長點(diǎn)，其市場規(guī)模不斷增長。根據(jù)Omdia和中信建投研究所的數(shù)據(jù)及預(yù)測，2020年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模為452億美元（主要包括功率器件、功率IC和功率模組），預(yù)計2024年將達(dá)到522億美元。目前全球功率半導(dǎo)體市場仍主要被歐、美、日等國外品牌主導(dǎo)。中國的功率半導(dǎo)體行業(yè)在國家相關(guān)政策支持、加速及資本推動等因素合力下，近年來成為半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展的主要市場之一。在國家對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的政策扶持及資本驅(qū)動下，國內(nèi)廠商在晶圓制造和封裝測試等領(lǐng)域已取得重要突破，基本完成國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈布局。根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)及預(yù)測，中國功率半導(dǎo)體市場預(yù)計2024年將達(dá)206億美元，中國作為全球最大的功率半導(dǎo)體市場，發(fā)展前景十分廣闊。功率半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展情況和未來發(fā)展趨勢（一）功率半導(dǎo)體行業(yè)下游市場持續(xù)增長1、家用電器行業(yè)以家用電器為代表的消費(fèi)類電子行業(yè)是功率半導(dǎo)體器件供應(yīng)的重要領(lǐng)域。隨著全球?qū)夂颦h(huán)境的持續(xù)關(guān)注，家用電器進(jìn)入了節(jié)能降耗的時代。相對于傳統(tǒng)的家電產(chǎn)品，變頻類家用電器在能效、性能及智能控制等方面有明顯的優(yōu)勢，主要應(yīng)用于空調(diào)、微波爐、冰箱、熱水器等大功耗電器。根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)，2017年全球家用電器的銷量約7．11億臺，其中變頻類家電數(shù)量為2．44億臺，占比為34%；預(yù)計到2022年全球家用電器的銷量約9．02億臺，其中變頻類家電數(shù)量將達(dá)到5．85億臺，占比也將提升至65%。根據(jù)英飛凌的統(tǒng)計，從非變頻家電到變頻類家電的升級迭代，單個家電產(chǎn)品中的半導(dǎo)體使用價值將從0．79美元增長至10．67美元，使用價值的增加主要?dú)w功于應(yīng)用更多的功率半導(dǎo)體，因此全球家用電器的變頻化趨勢將推動功率半導(dǎo)體在家電領(lǐng)域的發(fā)展。另外，隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G等新一代技術(shù)應(yīng)用，家電行業(yè)也出現(xiàn)智能化潮流，雖然傳統(tǒng)家電品類增速放緩，但高端化、智能化的產(chǎn)品升級將成為家電行業(yè)發(fā)展的新趨勢。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2021年全球智能家居設(shè)備市場相較2020年增長了11．7%，設(shè)備出貨量超過8．95億臺；2021年中國智能家居設(shè)備市場出貨量超過2．2億臺，同比增長9．2%。顯示智能家居升級是2021年的主要增長動力。2、新能源汽車行業(yè)功率半導(dǎo)體是汽車電子的核心，無論是汽車引擎中的壓力傳感器，或者驅(qū)動系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向、變速、制動，還是車燈、儀表盤等儀器的運(yùn)作控制，都離不開功率半導(dǎo)體的使用。相對于傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車對功率半導(dǎo)體的使用量更大。根據(jù)StrategyAnalytics測算，傳統(tǒng)燃油車功率半導(dǎo)體用量僅為71美元，48V輕混車型功率半導(dǎo)體價值量增值至90美元，而純電車型的功率半導(dǎo)體用量增幅高達(dá)364%，大幅上漲至330美元。新能源汽車消費(fèi)近年來增長迅速。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，國內(nèi)新能源汽車的總生產(chǎn)量從2016年的51．7萬輛，增長至2021年的354．5萬輛，復(fù)合增長率達(dá)47．0%。另一方面，新能源汽車銷量則從2016年的50．7萬輛增長到了2021年的352．1萬輛，年復(fù)合增長率為47．3%。新能源汽車市場發(fā)展已從政策驅(qū)動轉(zhuǎn)向市場拉動新發(fā)展階段，呈現(xiàn)出市場規(guī)模、發(fā)展質(zhì)量雙提升的良好發(fā)展局面。作為新能源汽車不可缺少的配套設(shè)施，汽車充電樁也是推動功率半導(dǎo)體需求增長的重要動力之一。充電樁作為新能源汽車的配套設(shè)施，必將跟隨新能源汽車發(fā)展而發(fā)展。中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，我國公共及私人充電樁保有量總計261．70萬臺，同比增長70．10%，我國隨車配建充電樁增量達(dá)到59．70萬臺，同比上漲323．9%。2020年中美歐新能源汽車充電需求約為180億千瓦時，預(yù)計到2030年，伴隨新能源汽車滲透率的提升，新能源汽車充電需求將高達(dá)2，710億千瓦時。2020年中美歐充電樁數(shù)量約為300萬個，預(yù)計到2030年增長至4，000萬個，年復(fù)合增速約30%。3、新能源行業(yè)功率半導(dǎo)體在以光伏發(fā)電、智能電網(wǎng)為代表的新能源領(lǐng)域也有較多應(yīng)用。在發(fā)電過程中，由于太陽光強(qiáng)弱變化導(dǎo)致其產(chǎn)生的電流不具備穩(wěn)定性，無法直接輸送入電網(wǎng)中，因此需要功率半導(dǎo)體對電流進(jìn)行整流、逆變等變換。在電流傳輸過程中，通常采用高壓直流輸電，因而需要大功率晶閘管、大功率IGBT等功率器件。在進(jìn)入家庭的過程中，需要將高壓電壓降低至家用電壓，而功率半導(dǎo)體是電力電子變壓的關(guān)鍵器件。此外，在風(fēng)力發(fā)電等場景，同樣需要使用大量的功率半導(dǎo)體。智能電網(wǎng)具備可靠、自愈、經(jīng)濟(jì)、兼容、集成和安全等特點(diǎn)。基于半導(dǎo)體技術(shù)與電力技術(shù)的融合，其增強(qiáng)了電網(wǎng)的靈活性和可靠性，是智能電網(wǎng)的先進(jìn)控制和調(diào)節(jié)手段。傳統(tǒng)的機(jī)械式控制手段，響應(yīng)速度慢、不能頻繁動作、控制功能離散，而大功率電力電子器件作為智能電網(wǎng)的核心部件具有更強(qiáng)、更快、更有效的功能特點(diǎn)，最終使得智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力高效節(jié)能的傳輸。傳統(tǒng)能源消耗已對地球環(huán)境造成諸多不可逆的破壞，因而新型能源的關(guān)注度持續(xù)提高。近年來新能源市場發(fā)展快速，從全球范圍來看，風(fēng)能、太陽能發(fā)電快速穩(wěn)定增長。全球風(fēng)能理事會（GWEC）指出，2021年全球新增風(fēng)電裝機(jī)93．6GW，比2019年增加了53%，全球累計裝機(jī)容量達(dá)837．5GW。根據(jù)IRENA研究，2050年全球光伏累計裝機(jī)量將達(dá)到14，000GW。2020年全球光伏累計裝機(jī)量為725GW，由此推算2020~2050三十年間年復(fù)合增長率為10．4%。4、工業(yè)自動化行業(yè)工業(yè)自動化行業(yè)也是功率半導(dǎo)體應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。功率半導(dǎo)體在工業(yè)領(lǐng)域，主要起到控制電壓、電流和變頻的