功率半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)研報(bào)告

功率半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)研報(bào)告

推動(dòng)電子元器件及其配套材料和設(shè)備儀器企業(yè)、整機(jī)企業(yè)加強(qiáng)聯(lián)動(dòng)，共同開(kāi)展產(chǎn)品研制，加快新型電子元器件的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。引導(dǎo)上下游企業(yè)通過(guò)戰(zhàn)略聯(lián)盟、資本合作、技術(shù)聯(lián)動(dòng)等方式，形成穩(wěn)定合作關(guān)系。面向人工智能、先進(jìn)計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、新能源、新基建等新興需求，開(kāi)發(fā)重點(diǎn)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(dòng)整機(jī)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(jí)。加強(qiáng)公共平臺(tái)建設(shè)（一）建設(shè)分析評(píng)價(jià)公共平臺(tái)支持有能力、有資質(zhì)的企事業(yè)單位建設(shè)國(guó)家級(jí)電子元器件分析評(píng)價(jià)公共服務(wù)平臺(tái)，加強(qiáng)質(zhì)量品質(zhì)和技術(shù)等級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，圍繞電子元器件各領(lǐng)域開(kāi)展產(chǎn)品檢測(cè)分析、評(píng)級(jí)、可靠性、應(yīng)用驗(yàn)證等服務(wù)，為電子系統(tǒng)整機(jī)設(shè)計(jì)、物料選型提供依據(jù)。（二）建設(shè)科技服務(wù)平臺(tái)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(tái)，開(kāi)展知識(shí)產(chǎn)權(quán)培訓(xùn)與交易、科技成果評(píng)價(jià)、市場(chǎng)戰(zhàn)略研究等服務(wù)。鼓勵(lì)建設(shè)專(zhuān)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(dòng)芯片等提供流片服務(wù)。建設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化平臺(tái)。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(tái)建設(shè)，推動(dòng)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(lì)為初創(chuàng)企業(yè)提供資金、技術(shù)、市場(chǎng)應(yīng)用及推廣等扶持。提升設(shè)備儀器配套能力支持技術(shù)難度大、應(yīng)用價(jià)值高、通用性強(qiáng)、對(duì)電子元器件行業(yè)帶動(dòng)大的配套電子專(zhuān)用設(shè)備與儀器，如刻蝕顯影設(shè)備等工藝設(shè)備、顯微CT等檢測(cè)分析儀器的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，提升設(shè)備儀器質(zhì)量和可靠性水平。新能源汽車(chē)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)市場(chǎng)把握傳統(tǒng)汽車(chē)向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的新能源汽車(chē)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)轉(zhuǎn)型的市場(chǎng)機(jī)遇，重點(diǎn)推動(dòng)車(chē)規(guī)級(jí)傳感器、電容器（含超級(jí)電容器）、電阻器、頻率元器件、連接器與線纜組件、微特電機(jī)、控制繼電器、新型化學(xué)和物理電池等電子元器件應(yīng)用。功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)作為電子系統(tǒng)中的基本單元，功率半導(dǎo)體是電力電子設(shè)備正常運(yùn)行不可或缺的部件，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，且需求日益豐富。從行業(yè)技術(shù)和性能發(fā)展來(lái)看，功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)朝復(fù)雜化演進(jìn)，功率半導(dǎo)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(dǎo)體電學(xué)性能和成本各有差異，在不同應(yīng)用場(chǎng)景各具優(yōu)勢(shì)，功率半導(dǎo)體市場(chǎng)呈現(xiàn)多器件結(jié)構(gòu)和多襯底材料共存的特點(diǎn)。（一）功率半導(dǎo)體是電力電子的基礎(chǔ)，需求場(chǎng)景日益豐富功率半導(dǎo)體是構(gòu)成電力電子轉(zhuǎn)換裝置的核心組件，幾乎進(jìn)入國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)工業(yè)部門(mén)和社會(huì)生活的各個(gè)方面，電子設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)景日益豐富，功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)需求也與日俱增。隨著新應(yīng)用場(chǎng)景的出現(xiàn)和發(fā)展，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的消費(fèi)電子、工業(yè)控制、電力傳輸、計(jì)算機(jī)、軌道交通、新能源等領(lǐng)域，擴(kuò)展至物聯(lián)網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新興應(yīng)用領(lǐng)域。消費(fèi)電子和工業(yè)控制仍是功率半導(dǎo)體的主要應(yīng)用領(lǐng)域，2020年消費(fèi)電子和工業(yè)控制用功率半導(dǎo)體市場(chǎng)份額分別為23．8%和20．3%。（二）從器件結(jié)構(gòu)來(lái)看，功率半導(dǎo)體呈現(xiàn)多世代并存的特點(diǎn)功率半導(dǎo)體自20世紀(jì)50年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，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(lèi)產(chǎn)品在功率、頻率、開(kāi)關(guān)速度等參數(shù)上均具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，功率半導(dǎo)體市場(chǎng)呈現(xiàn)多世代并存的特點(diǎn)。二極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有單向?qū)щ娦?，只允許電流由單一方向流過(guò)，由于無(wú)法對(duì)導(dǎo)通電流進(jìn)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(kāi)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(kāi)通，在實(shí)際應(yīng)用中主要作為可控整流器件和可控電子開(kāi)關(guān)使用，主要用于電機(jī)調(diào)速和溫度控制等場(chǎng)景。此外，與其他功率半導(dǎo)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用場(chǎng)景有工業(yè)控制的電源模塊、電力傳輸?shù)臒o(wú)功補(bǔ)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(kāi)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(dòng)相比，電壓驅(qū)動(dòng)器件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；與其它功率半導(dǎo)體相比，MOSFET的開(kāi)關(guān)速度快、開(kāi)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(fèi)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(chē)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。IGBT為電壓驅(qū)動(dòng)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(duì)IGBT在電性能和價(jià)格上具有優(yōu)勢(shì)；超過(guò)600V以上，IGBT的相對(duì)優(yōu)勢(shì)凸顯，電壓越高，IGBT優(yōu)勢(shì)越明顯。IGBT在軌道交通、汽車(chē)電子、風(fēng)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(lái)看，硅基材料的晶圓襯底為市場(chǎng)主流目前，全球半導(dǎo)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(dǎo)體材料，以砷化鎵（GaAs）等為代表的第二代化合物半導(dǎo)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(dǎo)體材料。新材料進(jìn)一步改善功率半導(dǎo)體的性能，但整體來(lái)看，硅基材料的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品仍是市場(chǎng)主流。近年來(lái)，隨著第三代寬禁帶材料半導(dǎo)體迅速發(fā)展，SiC與GaN功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用規(guī)模開(kāi)始持續(xù)增長(zhǎng)。相對(duì)于硅襯底，寬禁帶材料半導(dǎo)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(dǎo)體器件尺寸更小，在特定應(yīng)用場(chǎng)景具有優(yōu)勢(shì)。但由于生產(chǎn)規(guī)模還相對(duì)較小，生產(chǎn)技術(shù)有待成熟，產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高，其應(yīng)用場(chǎng)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(zhǎng)為大尺寸高純度晶體，且儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，故而成為全球應(yīng)用最廣泛、最重要的半導(dǎo)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(dǎo)體市場(chǎng)中，90%以上的芯片都是基于硅材料制造而成。半導(dǎo)體的生產(chǎn)效率和成本與硅片尺寸直接相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，硅片尺寸越大，用于產(chǎn)出半導(dǎo)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(lái)看，半導(dǎo)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(dǎo)體材料選擇上，晶圓制造廠商會(huì)綜合考慮生產(chǎn)效率、工藝難度及生產(chǎn)成本等多項(xiàng)因素，使用不同尺寸的硅片來(lái)匹配不同應(yīng)用場(chǎng)景，以達(dá)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(chǔ)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(dǎo)體硅片的需求主要來(lái)源于功率半導(dǎo)體、電源管理器、非易失性存儲(chǔ)器、MEMS、顯示驅(qū)動(dòng)芯片與指紋識(shí)別芯片等。健全產(chǎn)業(yè)配套體系鼓勵(lì)和引導(dǎo)化工、有色金屬、輕工機(jī)械、設(shè)備儀器等企業(yè)進(jìn)入電子元器件領(lǐng)域，開(kāi)展關(guān)鍵材料、設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，增強(qiáng)試驗(yàn)驗(yàn)證能力，提升關(guān)鍵環(huán)節(jié)配套水平。工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備市場(chǎng)利用我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化、智能化升級(jí)的機(jī)遇，面向工業(yè)機(jī)器人和智能控制系統(tǒng)等領(lǐng)域，重點(diǎn)推進(jìn)伺服電機(jī)、控制繼電器、傳感器、光纖光纜、光通信器件等工業(yè)級(jí)電子元器件的應(yīng)用。功率半導(dǎo)體行業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)（一）功率半導(dǎo)體行業(yè)面臨的機(jī)遇功率半導(dǎo)體行業(yè)為國(guó)家政策支持的行業(yè)。2019年11月國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年版）》鼓勵(lì)電力電子器件及高性能覆銅板；2021年1月工業(yè)和信息化部發(fā)布《基礎(chǔ)電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》實(shí)施重點(diǎn)產(chǎn)品高端提升行動(dòng)，重點(diǎn)發(fā)展高可靠半導(dǎo)體分立器件及模塊。新基建中的每個(gè)行業(yè)均離不開(kāi)電能，功率半導(dǎo)體作為電能處理的核心器件將隨著新基建的推進(jìn)迎來(lái)不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)空間。國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策同時(shí)從供給和需求端為功率半導(dǎo)體行業(yè)的快速發(fā)展?fàn)I造了良好的政策環(huán)境。根據(jù)市場(chǎng)發(fā)展規(guī)律，制造業(yè)鄰近下游需求的空間分布，能夠降低生產(chǎn)成本、促進(jìn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)合作、縮短供貨周期、及時(shí)響應(yīng)客戶需求，下游需求的崛起為孕育上游本土化的功率半導(dǎo)體企業(yè)創(chuàng)造了優(yōu)沃土壤。相比國(guó)外廠商，國(guó)內(nèi)廠商與下游客戶的距離更近，客戶的溝通交流更加順暢，并且在客戶需求服務(wù)響應(yīng)、降低成本等方面具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，功率半導(dǎo)體率逐漸上升是大勢(shì)所趨。此外，功率半導(dǎo)體產(chǎn)品銷(xiāo)售從導(dǎo)入到驗(yàn)證需要一定的周期，因此，在客戶拓展正式形成銷(xiāo)售后具有較強(qiáng)的客戶粘性。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和國(guó)產(chǎn)化政策的驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)迎來(lái)了發(fā)展壯大的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。功率半導(dǎo)體的應(yīng)用十分廣泛，幾乎覆蓋了所有的電子制造業(yè)，且隨著新應(yīng)用場(chǎng)景的出現(xiàn)而發(fā)展。隨著智能制造和新基建等國(guó)家政策的深入推進(jìn)，以上每個(gè)行業(yè)均離不開(kāi)電能，功率半導(dǎo)體作為電能處理的核心器件將隨著智能制造和新基建的推進(jìn)迎來(lái)不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)空間。此外，碳達(dá)峰、碳中和雙碳戰(zhàn)略的落實(shí)，功率半導(dǎo)體作為新能源裝置的重要零部件之一，將迎來(lái)不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)空間。需求端的發(fā)展為功率半導(dǎo)體行業(yè)提供了良好的市場(chǎng)環(huán)境。（二）功率半導(dǎo)體行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)目前，在功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，國(guó)外廠商占據(jù)了主導(dǎo)地位。由于國(guó)外半導(dǎo)體企業(yè)對(duì)其掌握的先進(jìn)技術(shù)實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，本土企業(yè)很難直接從大型半導(dǎo)體企業(yè)學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，必須依靠自主研發(fā)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，在一定程度上延緩了我國(guó)高端功率半導(dǎo)體的發(fā)展速度。功率半導(dǎo)體由于其應(yīng)用場(chǎng)景豐富，下游需求廣泛。目前，受益于下游市場(chǎng)需求增長(zhǎng)，功率半導(dǎo)體行業(yè)整體景氣度較高，但不排除未來(lái)市場(chǎng)形勢(shì)發(fā)生變化，進(jìn)入周期性調(diào)整階段，出現(xiàn)下游市場(chǎng)需求降低、產(chǎn)品供給過(guò)剩等情形，導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格下跌，制造企業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩、產(chǎn)能利用率不足，從而對(duì)行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)形成挑戰(zhàn)。硅片市場(chǎng)現(xiàn)狀及前景（一）全球半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)狀況全球半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)隨下游應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展而呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2010年至2013年，全球經(jīng)濟(jì)逐漸復(fù)蘇，硅片市場(chǎng)隨之反彈；2014年至今，受益于消費(fèi)電子、智能電網(wǎng)、通信、計(jì)算機(jī)、光伏產(chǎn)業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域需求帶動(dòng)及物聯(lián)網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新興產(chǎn)業(yè)的崛起，全球半導(dǎo)體呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)，直至2019年因半導(dǎo)體行業(yè)景氣度下降出現(xiàn)小幅回落，2