功率半導體分立器件專題調(diào)研報告

功率半導體分立器件專題調(diào)研報告

支持地方、園區(qū)、企事業(yè)單位建設(shè)一批公共服務(wù)平臺，開展知識產(chǎn)權(quán)培訓與交易、科技成果評價、市場戰(zhàn)略研究等服務(wù)。鼓勵建設(shè)專用電子元器件生產(chǎn)線，為MEMS傳感器、濾波器、光通信模塊驅(qū)動芯片等提供流片服務(wù)。建設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化平臺。支持電子元器件領(lǐng)域眾創(chuàng)、眾包、眾扶、眾籌等創(chuàng)業(yè)支撐平臺建設(shè)，推動建立一批基礎(chǔ)電子元器件產(chǎn)業(yè)生態(tài)孵化器、加速器，鼓勵為初創(chuàng)企業(yè)提供資金、技術(shù)、市場應(yīng)用及推廣等扶持。到2023年，優(yōu)勢產(chǎn)品競爭力進一步增強，產(chǎn)業(yè)鏈安全供應(yīng)水平顯著提升，面向智能終端、5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等重要行業(yè)，推動基礎(chǔ)電子元器件實現(xiàn)突破，增強關(guān)鍵材料、設(shè)備儀器等供應(yīng)鏈保障能力，提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈現(xiàn)代化水平。新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車市場把握傳統(tǒng)汽車向電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車轉(zhuǎn)型的市場機遇，重點推動車規(guī)級傳感器、電容器（含超級電容器）、電阻器、頻率元器件、連接器與線纜組件、微特電機、控制繼電器、新型化學和物理電池等電子元器件應(yīng)用。加速創(chuàng)新型產(chǎn)品應(yīng)用推廣面向人工智能、先進計算、物聯(lián)網(wǎng)、新能源、新基建等新興需求，開發(fā)重點應(yīng)用領(lǐng)域急需的小型化、高性能、高效率、高可靠電子元器件，推動整機企業(yè)積極應(yīng)用創(chuàng)新型產(chǎn)品，加速元器件產(chǎn)品迭代升級。支持重點行業(yè)市場應(yīng)用實施重點市場應(yīng)用推廣行動，在智能終端、5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等重點行業(yè)推動電子元器件差異化應(yīng)用，加速產(chǎn)品吸引社會資源，迭代升級。微特電機、高端鋰電等片式化、微型化、輕型化、柔性化、高性能的電子元器件應(yīng)用。5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心市場。搶抓全球5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)契機，圍繞5G網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心建設(shè)，重點推進射頻阻容元件、中高頻元器件、特種印制電路板、高速傳輸線纜及連接組件、光通信器件等影響通信設(shè)備高速傳輸?shù)碾娮釉骷?yīng)用。功率半導體產(chǎn)業(yè)的特點及發(fā)展趨勢作為電子系統(tǒng)中的基本單元，功率半導體是電力電子設(shè)備正常運行不可或缺的部件，應(yīng)用場景廣泛，且需求日益豐富。從行業(yè)技術(shù)和性能發(fā)展來看，功率半導體器件結(jié)構(gòu)朝復雜化演進，功率半導體的襯底材料朝大尺寸和新材料方向發(fā)展；由于不同結(jié)構(gòu)和不同襯底材料的功率半導體電學性能和成本各有差異，在不同應(yīng)用場景各具優(yōu)勢，功率半導體市場呈現(xiàn)多器件結(jié)構(gòu)和多襯底材料共存的特點。（一）功率半導體是電力電子的基礎(chǔ)，需求場景日益豐富功率半導體是構(gòu)成電力電子轉(zhuǎn)換裝置的核心組件，幾乎進入國民經(jīng)濟各個工業(yè)部門和社會生活的各個方面，電子設(shè)備應(yīng)用場景日益豐富，功率半導體的市場需求也與日俱增。隨著新應(yīng)用場景的出現(xiàn)和發(fā)展，功率半導體的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的消費電子、工業(yè)控制、電力傳輸、計算機、軌道交通、新能源等領(lǐng)域，擴展至物聯(lián)網(wǎng)、電動汽車、云計算和大數(shù)據(jù)等新興應(yīng)用領(lǐng)域。消費電子和工業(yè)控制仍是功率半導體的主要應(yīng)用領(lǐng)域，2020年消費電子和工業(yè)控制用功率半導體市場份額分別為23．8%和20．3%。（二）從器件結(jié)構(gòu)來看，功率半導體呈現(xiàn)多世代并存的特點功率半導體自20世紀50年代開始發(fā)展起來，至今形成以二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等為代表的多世代產(chǎn)品體系。新技術(shù)、新產(chǎn)品的誕生拓寬了原有產(chǎn)品和技術(shù)的應(yīng)用范圍，適應(yīng)更多終端產(chǎn)品的需求，但是，每類產(chǎn)品在功率、頻率、開關(guān)速度等參數(shù)上均具有不可替代的優(yōu)勢，功率半導體市場呈現(xiàn)多世代并存的特點。二極管結(jié)構(gòu)簡單，有單向?qū)щ娦裕辉试S電流由單一方向流過，由于無法對導通電流進行控制，屬于不可控型器件。二極管廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，主要用于整流、開關(guān)、穩(wěn)壓、限幅、續(xù)流、檢波等。與二極管相比，晶閘管用微小的觸發(fā)電流即可控制主電路的開通，在實際應(yīng)用中主要作為可控整流器件和可控電子開關(guān)使用，主要用于電機調(diào)速和溫度控制等場景。此外，與其他功率半導體相比，晶閘管具有更高電壓，更大電流的處理能力，在大功率應(yīng)用領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢，主要應(yīng)用場景有工業(yè)控制的電源模塊、電力傳輸?shù)臒o功補償裝置、家用電器的控制板等領(lǐng)域。MOSFET為電壓控制型器件，具有開關(guān)和功率調(diào)節(jié)功能。與二極管和晶閘管依靠電流驅(qū)動相比，電壓驅(qū)動器件電路結(jié)構(gòu)簡單；與其它功率半導體相比，MOSFET的開關(guān)速度快、開關(guān)損耗小，能耗低、熱穩(wěn)定性好、便于集成；MOSFET在節(jié)能以及便攜領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。例如，在消費電子、工業(yè)控制、不間斷電源、光伏逆變器、充電樁的電源模塊、新能源車的驅(qū)動控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。IGBT為電壓驅(qū)動型器件，耐壓高，工作頻率介于晶閘管和MOSFET之間，能耗低、散熱小，器件穩(wěn)定性高。在低壓下MOSFET相對IGBT在電性能和價格上具有優(yōu)勢；超過600V以上，IGBT的相對優(yōu)勢凸顯，電壓越高，IGBT優(yōu)勢越明顯。IGBT在軌道交通、汽車電子、風力和光伏發(fā)電等高電壓領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。（三）從襯底材料來看，硅基材料的晶圓襯底為市場主流目前，全球半導體襯底材料已經(jīng)發(fā)展到第三代，包括以硅（Si）、鍺（Ge）等為代表的第一代元素半導體材料，以砷化鎵（GaAs）等為代表的第二代化合物半導體材料，以及以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為代表的第三代寬禁帶半導體材料。新材料進一步改善功率半導體的性能，但整體來看，硅基材料的功率半導體產(chǎn)品仍是市場主流。近年來，隨著第三代寬禁帶材料半導體迅速發(fā)展，SiC與GaN功率半導體器件的應(yīng)用規(guī)模開始持續(xù)增長。相對于硅襯底，寬禁帶材料半導體具有更大的禁帶寬度，在單位尺寸上能獲得更高的器件耐壓，以寬禁帶材料為襯底制作的功率半導體器件尺寸更小，在特定應(yīng)用場景具有優(yōu)勢。但由于生產(chǎn)規(guī)模還相對較小，生產(chǎn)技術(shù)有待成熟，產(chǎn)品價格相對較高，其應(yīng)用場景受到了一定的限制。硅材料因其具有單方向?qū)щ娞匦?、熱敏特性、光電特性、摻雜特性等優(yōu)良性能，可以生長為大尺寸高純度晶體，且儲量豐富、價格低廉，故而成為全球應(yīng)用最廣泛、最重要的半導體襯底材料。在物理性能方面，硅氧化膜性能優(yōu)異，與其它襯底材料相比，與硅晶格適配性好，器件穩(wěn)定性好。目前全球半導體市場中，90%以上的芯片都是基于硅材料制造而成。半導體的生產(chǎn)效率和成本與硅片尺寸直接相關(guān)。一般來說，硅片尺寸越大，用于產(chǎn)出半導體芯片的效率越高，單位耗用原材料越少。但隨著尺寸增大，硅片的處理工藝難度越高。按照量產(chǎn)尺寸來看，半導體硅片主要有2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸等規(guī)格。在半導體材料選擇上，晶圓制造廠商會綜合考慮生產(chǎn)效率、工藝難度及生產(chǎn)成本等多項因素，使用不同尺寸的硅片來匹配不同應(yīng)用場景，以達到效益最大化。8英寸及12英寸硅片主要用于集成電路（IC），具體包括存儲芯片、圖像處理芯片、通用處理器芯片、高性能FPGA與ASIC芯片等；8英寸及以下半導體硅片的需求主要來源于功率半導體、電源管理器、非易失性存儲器、MEMS、顯示驅(qū)動芯片與指紋識別芯片等。健全產(chǎn)業(yè)配套體系鼓勵和引導化工、有色金屬、輕工機械、設(shè)備儀器等企業(yè)進入電子元器件領(lǐng)域，開展關(guān)鍵材料、設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，推進產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，增強試驗驗證能力，提升關(guān)鍵環(huán)節(jié)配套水平。功率半導體市場現(xiàn)狀及前景（一）全球功率半導體行業(yè)市場狀況整體來看，全球功率半導體市場規(guī)模呈現(xiàn)波動增長的態(tài)勢。根據(jù)全球半導體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）統(tǒng)計，2011年至2014年，全球功率半導體銷售額在200億美元左右波動；2015年至2018年，功率半導體銷售額呈波動上升的態(tài)勢，2018年至2020年功率半導體銷售額穩(wěn)定在240億美元左右，2021年全球銷售額增長至303．37億美元。（二）中國半導體分立器件行業(yè)市場狀況中國是全球最大的功率半導體消費國，根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2013年至2020年我國半導體分立器件產(chǎn)業(yè)銷售收入由1，536億元增長至2，966．3億元，年均復合增長率為9．86%，保持較高的增長速度。隨著智能制造和新基建等國家政策的深入推進，以及碳達峰、碳中和雙碳戰(zhàn)略的落實，功率半導體作為實現(xiàn)電氣化系統(tǒng)自主可控以及節(jié)能環(huán)保的核心零部件，未來將在智能電網(wǎng)、新能源汽車、云計算和大數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域有著大量且迫切的需求。國產(chǎn)化功率半導體發(fā)展空間巨大，發(fā)展前景廣闊。（三）晶閘管和MOSFET的市場規(guī)模預(yù)測晶閘管作為一種技術(shù)相對成熟的產(chǎn)品，其市場成長性趨于穩(wěn)定。根據(jù)WSTS的統(tǒng)計，2015年至2021年晶閘管全球市場規(guī)模平均約為7．11億美元，年均復合增長率2．61%，同期中國晶閘管市場的規(guī)模平均約為2．51億美元，年均復合增長率2．75%。由于晶閘管具有技術(shù)成熟、可靠性高、性價比高等優(yōu)勢，在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電的各個應(yīng)用場合占有重要地位，應(yīng)用上具有廣泛性和不可替代性。晶閘管作為一種技術(shù)相對成熟的產(chǎn)品，其市場成長性趨于穩(wěn)定。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，功率半導體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)仍將保持穩(wěn)定，但隨著新能源（光伏發(fā)電等）和電動汽車的快速發(fā)展，IGBT和MOSFET等大功率的功率半導體產(chǎn)品增速相對較快。根據(jù)賽迪顧問