2023中國功率半導體和第三代半導體行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和前景分析報告-云岫資本

2023中國功率半導體與第三代半導體行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析云時資本合伙人&CTO趙占并功率半導體是電能轉換及電路控制核心，市場規(guī)模大且中國為最大消費國全球及中國功率半導體市場規(guī)模(單位仔花美元)半導體集成電路光電子分立器件傳感器數(shù)字IC模擬IC小信號分立器件功率分立器件信號鏈IC電源管理IC二極管晶體管痛筒奮>2022年全球功率半導體市場規(guī)模達481億美元，預計至2024年將增長至522億美元，年復合增長率約為5.46%,增長平穩(wěn)>中國作為全球最大的功率半導體消費國，貢獻了約40%的功率半導體>國內2022年市場規(guī)模為191億美元，預計至2024年市場規(guī)模有望達到功率半導體206億美元功率半導體2數(shù)據(jù)來源：Omdia、云岫資本整理通態(tài)電流MOSFET和IGBT是全球市場主流應用，下游需求強勁通態(tài)電流·MOSFET和IGBT為功率半導體產品主力產品。MOSFET具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡單和輻射強等優(yōu)點，通常被用于放大電路或開關電路。IGBT由BJT和MOSFET組合而成且兼具兩者優(yōu)點，即高輸入阻抗、低導通壓降、驅動功率小而飽和壓降低等。各類功率半導體市場規(guī)模占比情況(截至2022年H1)電壓數(shù)據(jù)來源：中金研究所、云岫資本整理云岫資本30.15~0.35μm線寬制程10μm線寬制程功率密度、FOM及開關效率提升MOSFET技術迭代方向：更高開關頻率、更高功0.15~0.35μm線寬制程10μm線寬制程功率密度、FOM及開關效率提升結構改進平面型功率·易于驅動，工作效芯片面積大，損耗高超結功率超結功率易于驅動，工作效率高，熱穩(wěn)定性好，損耗低·易于驅動，頻率超高，損耗極低兼具高耐壓、低電阻，最新一代功率器件打破了硅限，大幅降低導通電阻和開關損耗新的溝槽金屬氧化物半導體器件工藝開關特性、高溫特性改進及功耗降低4數(shù)據(jù)來源：東微半導體公告、云岫資本整理MOSFET市場規(guī)模保持增長，海外廠商占據(jù)市場主導，國產化率快速提升發(fā)射極柵極IGBT發(fā)射極柵極·自20世紀80年代發(fā)展至今，IGBT共計經歷了7代技術及工藝的升級。從平面穿通型(PT)始，發(fā)展至目前最新的微溝槽場截止型(Micro-PatternTrench)技術，IGBT在芯片面積、工藝線寬、通態(tài)飽和壓降及關斷時間等各項指標方面不斷進行優(yōu)化第四代IGBT第五代IGBT發(fā)射極發(fā)射極柵極集電極第七代IGBT第六數(shù)敏第七代IGBT集電極集電極集電極類型薄晶圓溝槽柵+場截止(以第一代為基數(shù))進一步降低開關進一步降低開關損耗，增加輸出電流能力進一步減少可實現(xiàn)最高175℃的智6IGBT技術圍繞柵極及縱向結構變化，向小型化、低損耗、高性能方向發(fā)展柵極柵極結構平面柵>溝道結構由橫轉豎，消除JFET結構，溝道密度提升，近表面載流子濃度提升，性能優(yōu)化>垂直結構省去硅表制作導電通道面積，利于元胞的緊湊設計，增加導電溝道寬度，降低溝道電阻溝槽柵>降低溝槽間距至亞微米級，溝道密度更高，使其可以調節(jié)出最合適的電容比率，開關損耗降低，開關特性提升>采用虛擬陪柵結構和非有源區(qū)，胞通態(tài)時發(fā)射極端載流子濃度提升微溝槽柵N+>由P+襯底作為起始層變換為由N-襯底作為起始層。硅片厚度減小，熱阻降低約40%》改善PT型不可并聯(lián)工作特性，實現(xiàn)電流均流，擴大功率應用范圍>該結構生產時需要背面減薄，再進行光刻、刻蝕、離子注入等工序，易發(fā)生碎片和彎曲，工藝過程復雜，成本高，成品率低發(fā)射極發(fā)射極N+PN.外延層集電極>進一步調和襯底厚度、耐壓和通態(tài)壓價增大的矛盾>采用薄的N型基極區(qū)襯底，硅片更薄，飽和壓降低，導通損耗小，關斷速度更快，且基本無電流拖尾>工藝更復雜，加工難度更大微溝槽柵(FS)N+P7全球IGBT市場規(guī)模持續(xù)增長，海外企業(yè)龍頭效應顯著,國產替代正當時8就國內電動車、新能源行業(yè)等新應用爆發(fā)，成為IGBT新的增長點就·我國IGBT需求結構與全球市場不同，新能源汽車、消費電子和工控是IGBT需求占比最大的下游領域，市占率分別為31%、27%和20%·我國IGBT在新能源汽車、新能源發(fā)電等領域應用占比遠超全球平均水平，受益于國家“雙碳”戰(zhàn)略，行業(yè)需求旺盛，下游IGBT用量大幅增加，成為國內IGBT需求增長的主要驅動力全球及中國IGBT下游需求結構占比情況(數(shù)據(jù)截至2021年)家電 數(shù)據(jù)來源：Omedia、SemiEngineering、云岫資本整理9IGBT是電動車、充電樁核心器件，車規(guī)級產品技術、封裝要求高車用空調變頻與制熱IGBT車用轉向助OBC(充電/逆變)IGBT后電機驅動IGBT電機控制器：在主逆變器中將高壓電流的直流電轉換為驅動電機的交流電車載空調控制系統(tǒng)：轉換為交流電后，驅動空調壓縮機電機進行工作車載充電器OBC:參與220V交流電轉換為直流并為高壓電池充電車用轉向助力系統(tǒng)：通過電壓、電流調節(jié)輸出功率，進而控制車速充電樁直交流轉換系統(tǒng)：在充放電過程中實現(xiàn)直交流電轉換前電機驅動IGBT產品技術要求產品技術要求·IGBT影響電動汽車的動力釋放速度、車輛加速能力和最高速度等多項核心指標·汽車IGBT技術認證標準極高，IGBT要進入到汽車供應商行列，需要滿足新汽車級標準LV324/AQG324要求及中國功率半導體聯(lián)盟、中關村寬禁帶聯(lián)盟等團體標準·認證指標主要包括溫度沖擊、功率循環(huán)、溫度循環(huán)、結溫及全生命周期可靠性等期在約3-5年數(shù)據(jù)來源：比亞迪公司官網、云岫資本整理封裝技術要求封裝技術要求·車規(guī)級IGBT產品工作溫度高且需要注重強振動條件，其封裝要求高于工業(yè)級和消費級·汽車零部件在高溫、高濕、高壓條件下要避免腐蝕或氧化，車規(guī)級半導體要求可承受溫度區(qū)間達-40°℃至150°℃,且對于產品壽命要求較長，達10年以上·IGBT模塊封裝需要滿足振動等級要求，對綁定線、相關連接件、襯板焊料層及封裝外殼等要求極高光伏IGBT當前設計、制造及封裝難點>設計環(huán)節(jié)光伏IGBT當前設計、制造及封裝難點>設計環(huán)節(jié)>制造環(huán)節(jié)>封裝環(huán)節(jié)·IGBT等功率器件是新能源發(fā)電逆變器實現(xiàn)逆變功能的核心，主要應用在DC/DC升壓、DC/AC逆變電路中，在中國能源發(fā)電市場加速轉型的背景下，光伏發(fā)展大有可為。這也是IGBT市場強勁的驅動力，增速將持續(xù)遠超全球平均水平光伏發(fā)電并網過程公共電網直流/交流公共電網二光光伏IGBT未來將助力提升逆變器功率密度2021-2030光伏逆變器功率密度走向(單位2021-2030光伏逆變器功率密度走向(單位Kw/Kg)金---分布式數(shù)據(jù)來源：CPIA、云岫資本整理新興應用高速發(fā)展充電模功率高溫、體積小等應用需求音箱音箱第三代半導體在材料性能上的優(yōu)勢使得器件具備耐高壓、高頻和高溫的特性，對應滿足在低能耗、小體積小重量等下游應用需求第三代半導體材料性能優(yōu)勢硅51熱導率高，SiC1.3耐高壓耐高壓耐高溫耐高溫22高能源效率要求高能源效率要求，如光伏逆變器緊湊尺寸及小重量領堿，如汽車緊湊尺寸及小重量領堿，如汽車OBC·可有效減散熱設備面積·大幅縮小功率器件芯片尺寸--英飛凌專家數(shù)據(jù)來源：Yole、英飛凌、云岫資本整理內容“新型顯示與戰(zhàn)略性電子料”專項項目《河南省“十四五”江蘇省廳(重點研發(fā)計劃產寸GaN器件材料及生長設備研發(fā)、1200V車規(guī)級Si息化局安徽省《安徽省“十四五”純磷化銦(inP)襯底材料、氮化鎵材料等第二/三代半導體材局電路產業(yè)高質量發(fā)三代半導體，積極發(fā)展碳化硅(SiC)單晶、氮化鎵(GaN)晶體等第三代功率器件，加速第三代半導體射頻和功率器件《關于促進半導體意見中提及布局第三代半導體襯底及外延制備。在設備環(huán)節(jié)，支持物理氣相傳輸法(PVT)設備、金屬有機化合物氣相沉積(MOCVD)、分子束外延化；在材料環(huán)節(jié)，引進SiC襯底、SiC外延、GaN襯底生產線，布局G■2016年7月，國務院《關于印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知》明確發(fā)展第三代半導體芯片；2019年11月工信部將第三代半導體產品寫入《重點新材料首批次應用示范指導目錄》,2019年12月，在《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確要求加快培育布局第三代半導體產業(yè)，推動制造業(yè)高質量發(fā)展；2020年7月為鼓勵企業(yè)積極發(fā)展集成電路，國家減免相關企業(yè)稅收；2021年3月，十四五規(guī)劃中特別提出第三代半導體要取得發(fā)展；2021年8月，工信部將第三代半導體納入“十四五”產業(yè)科技創(chuàng)新相關發(fā)展規(guī)劃■2022年，各級政府共發(fā)布29項與第三代半導體行業(yè)相關的重要政策法規(guī)，政策密集度依舊較高。在省級層面10省份共發(fā)布12項，規(guī)劃性政策6項，支持性措施6項；市、區(qū)級層面17項，規(guī)劃性政策4項，落實性措施13項。同時，出臺政策較多的地區(qū)集中在江蘇蘇州、安徽合肥、浙江杭州、湖北武漢等產聚區(qū)第三代半導體行業(yè)重要政策頒布情況國家級國家級■規(guī)劃性市、區(qū)級數(shù)據(jù)來源：政府文件資料、云岫資本整理特斯特斯拉國際龍頭全產業(yè)鏈整合發(fā)展國內一體化與專業(yè)化共存脫設備襯底外延應用材料愛發(fā)科北方北方華創(chuàng)5捷佳創(chuàng)晶盛芯源微芯三代羅姆羅姆道康寧昭和電工ll-V(ascatron)英飛凌安森美瑞薩電子意法半導體松下中電化合物天天岳天成泰科天潤中車時代聞泰科技愛仕特士蘭微揚杰科技瞻芯中科漢韻爍科晶體半導體超芯星天城百識晶漢磊科技林眾電子半導體長飛先進半導體中電科13所中電科55所長飛先進半導體中電科13所中電科55所rMA伯頓華納蔚來比亞迪宇通把控襯底的材料端優(yōu)勢向下游領先器件企業(yè)全產業(yè)鏈布局統(tǒng)領先器件企業(yè)則通過投資并購上游關鍵供應鏈8領先IDM采取器件+外延模式上布局外延生產數(shù)據(jù)來源：Yole、云岫資本整理SiC襯底供需極度緊張，全球都面臨“缺襯底”難題SiC襯底是產業(yè)鏈最關鍵也是最缺乏的一環(huán)，全球都面臨“缺襯底”難題SiC襯底供需極度緊張，全球都面臨“缺襯底”難題SiC襯底是產業(yè)鏈最關鍵的一環(huán)SiC晶體SiC外延SiC晶圓SiC器件SiC襯底位于產業(yè)鏈上游SiC襯底占下游器件總成本的47%襯底外延全球SiC襯底產能合計河北同光世紀金光其他未來3年市場將面臨當前產能3倍以上的缺口“缺襯底”難題影響全應用行業(yè)應用行業(yè)農能新能源汽車受800V驅動，以主逆變?yōu)榇淼腟iC滲透全面提速，貢獻最大下游市場并帶動充電樁、光儲及UPS市場逐步增長通過當前碳化硅功率器件性能對比和下游應用工作條件分析，碳化硅器件當前以電壓等級600-1700V,功率等級10kW-1MW的硅基IGBT為主要替代對象，以下五類細分應用成為當前和未來的核心潛力領域驅動因素驅動因素當前未來2025年2030年·疊加硅基芯片缺貨、特斯拉樣板示范及系統(tǒng)成本優(yōu)勢多重利好·光伏補貼退坡、平價上網推進降本增效·光儲一體化驅動配套·雙向電能轉換對功率器件要求提升·數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗推動UPS小型化、高效化主逆變器模塊混合模塊組串式逆變器SiCSBD混合模塊直流充電樁模塊直流充電樁模塊爆發(fā)點，預計2023年全面提速2025年后純SiC方案快速滲透·2022年800V催生更多直流快充需求，未來平穩(wěn)上升2025年后純SiC方案快速滲透·2019年開始采用SiCSBD,預計2025年純SiC方案快速滲透353億元1191億元45億元214億元12億元26億元2億元16億元5億元11億元多重多重促進因素800V800V架構帶來的直接性能提升，疊加供給端、應用端、成本端多重利好，推動新能源汽車成為SiC未來5年核心應用陣地耗其他易可選的主逆變器核心性能需求驅動輪扭矩/張狀態(tài)，主機廠出于保供需求考·企業(yè)車規(guī)級SiCMOSFET實現(xiàn)量產，供給端提供切實支撐塊的主逆變器方案，行業(yè)熱點車型的實際應用為產品性能可靠性驗證樹立了強力樣板證明2~3倍，但其通過系統(tǒng)效率提升增加整體續(xù)航里程對應可換算為電池成本的降低，有效降低系統(tǒng)性成本凸顯價格優(yōu)勢光伏補貼全面退坡，平價上網進一步增加系統(tǒng)性降本增效需求現(xiàn)狀光伏補貼全面退坡，平價上網進一步增加系統(tǒng)性降本增效需求現(xiàn)狀·2022年開始光伏行業(yè)補貼全面退坡，進入平價上網時代設備循環(huán)壽命，降低光伏的系統(tǒng)性投資和運維成本貼分布式未來光伏行業(yè)整體進入1500光伏行業(yè)整體進入1500V時代，直接提升對功率器件性能要求_10%_電容)的體積增加、效率降低、整機成本亦無法有效控制SiC方案既可以實現(xiàn)較高的開關頻率，同時又能有效的降低損耗、提高效率，減小整機的體積碳化硅高度契合光伏逆變器演進方向，性能更優(yōu)的碳化硅逆變器規(guī)?；瘧脤⒊蔀楣夥袠I(yè)必然趨勢趨勢趨勢數(shù)據(jù)來源：Yole、云岫資本整理中國從2016年就開始在光伏電站中采用碳化硅技術，已有超過10個柔直輸配電網應用案例時間1國家電網國產1200V/20ASiC二極管和1200VSiCMOSFET在青海烏蘭銅普光伏電站示范應用22018年8月國家電網智能柔性直流配電網示范工程在浙江杭州江東新城投入運行32018年12月南方電網多端交直流混合柔性配網互聯(lián)工程在珠海唐家灣成功投運42019年10月國家電網52019年10月國家電網62021年5月國家電網7南方電網8南方電網9國家電網2022年9月國家電網■按照國家科技部制定的總體目標，“十四五”末期萬伏千安級SiC器件會出樣品，預計2030年萬伏千安級SiC器件能實現(xiàn)示范工程小批量應用，2035年左右應該能夠實現(xiàn)商業(yè)化應用■目前碳化硅在電網輸配電領域的滲透率大約為0.2%,預計2030年滲透率將超過5%,2050年將超過50%氮化鎵是新興產業(yè)發(fā)展的剛性需求，2026年功率器件市場滲透率有望達到40%智能流軍智能流軍雷達高效率低發(fā)熱√體積減小65%√損耗減小30%√線纜減少80%全球氮化鎵功率半導體目標市場份額(億美元)2026年氮化鎵功率半導體市場份額(億美元)數(shù)據(jù)及計算數(shù)據(jù)及計算高算力√體積壓縮30%低能耗√物料成本降低15%低損耗低成本√體積減小50%損耗降低50%C國際龍國際龍頭全產業(yè)鏈整合發(fā)晨國內一體化與專業(yè)化共存ee國外IDM廠商打通解決方案端AmkorAmkor氮化鎵長電科技長電科技)Silan士蘭微電子)Silan士蘭微電子安光電安光電藍寶石基藍寶石基procesingcapabiliti大幅降本增效大幅降本增效導通損耗節(jié)省45%下降80%下降80%電路來電路數(shù)據(jù)來源：公開資料、云岫資本整理氮化鎵在48V數(shù)據(jù)中心架構上具有顯著的效率及節(jié)能優(yōu)勢數(shù)據(jù)中心服務器供電架構數(shù)據(jù)中心服務器供電架構變壓器數(shù)據(jù)來源：公開資料、云岫資本整理應用市場不斷發(fā)展√數(shù)據(jù)及計算√應用市場不斷發(fā)展√數(shù)據(jù)及計算√電機驅動與控制具有大功率高頻率特性具有大功率高頻率特性√高開關頻率√低導通電阻消費電子快充應用系統(tǒng)收益√更高的系統(tǒng)效率√更少的功率損耗√系統(tǒng)體積大幅縮小車載電充電器√助力碳達峰數(shù)據(jù)中心光伏及儲能√新能源汽車√D類音頻放大器2025年2025年遠景展望√電信基礎設施√LED照明√電池管理系功率半導體及第三代半導體一級市場投資-—-云岫觀點功率半導體市場逆周期增長，電動汽車及新能源市場給國內功率半導體廠商帶來發(fā)展機遇·全球節(jié)能減排需求迫切，受電動汽車以及新能源應用帶動，功率半導體市場規(guī)模持續(xù)增長，且中國市場增速高于全球·近幾年國際頭部廠商相繼面臨產能緊張、漲價和斷供等問題，多品類持續(xù)供不應求，給國產廠商帶來發(fā)展機遇國產功率半導體從低端走向高端，與國際廠商仍存在差距，產業(yè)鏈玩家需攜手共進·我國功率半導體已經逐步從消費電子、工業(yè)控制等中低壓品類，向應用于電動汽車、新能源等高壓品類拓展，當前國產化率達到30%對可靠性要求高的車規(guī)及風光儲產品中，國產化率仍較低。國內產品在設計及工藝等方面還有提升空間，需設計、制造、模塊封裝及應用的產業(yè)鏈玩家緊密配合中國在第三代半導體有設備、材料、制造、應用全產業(yè)鏈優(yōu)勢，有望建立全球競爭力·刻蝕設備作為半導體設備的中堅力量，有望率先完成國產替代。尤其是介質刻蝕機，是我國最具優(yōu)勢的半導體設備領域，也是國產替代占比最高的半導體設備之一·在半絕緣性SiC襯底行業(yè)，全球市場出現(xiàn)三足鼎立的局面，國內山東天岳成為全球市場龍頭，全球市占比高達30%·國內出現(xiàn)以長飛先進半導體為代表的IDM廠商，不僅擁有獨立大規(guī)模SiCMOSFET流片生產能力，同時技術工藝覆蓋從外延生長、器件設計，到晶圓流片制造和模組封裝光伏、風電及新能源汽車行業(yè)等國內優(yōu)勢產業(yè)，是中國半導體未來發(fā)展的巨大市場機遇·截至2022年我國光伏新增裝機規(guī)模已連續(xù)10年位居全球首位，光伏累計裝機規(guī)模也連續(xù)8年位居全球首位·2022年新能源乘用車國內零售銷量排名前15的廠商中,有12家是自主品牌·光伏行業(yè)蓬勃發(fā)展及自主品牌智能電動汽車銷量高速增長，給中國半導體行業(yè)帶來了巨大市場機遇<微信思得-萬名群友行業(yè)報告共享群·掃碼進群，還有更多資料哦~掃碼進群，還有更多資料哦~Al深度解析報告.pdf掃碼回復“進群”,立刻加群立即掃碼加入報告群云岫資本是中國領先的科技產業(yè)投資服務機構。公司成立于2015年，業(yè)務包括私募融資服務、兼并收購及私募股權投資，深度覆蓋半導體、新能源、新材料、智能制造、企業(yè)服務與產業(yè)科技、生命科學和醫(yī)療科技等新興科技產業(yè)領域。自2015年創(chuàng)立以來，云岫已幫助客戶成功完成超350筆，近900億人民幣私募融資、并購交易；管理十數(shù)支硬科技專項基金，并發(fā)起設立一支硬科技產業(yè)人民幣基金。行業(yè)組織科大硅谷“首批全球合伙人”SEMI國際半導體產業(yè)協(xié)會會員中國半導體行業(yè)協(xié)會會員中國光伏行業(yè)協(xié)會金融專委會首屆委員單位北京市經信局“專精特新”FA服務庫成員云岫已成為最具影響力的科技產業(yè)投資服務平臺之一財經雜志·科創(chuàng)板最具貢獻機構投中·中國最佳新型投行Top1036氪·最具影響力新型投行Top4投中·年度中國最佳新型投行Top3第一新聲.年度最佳財務顧問機構榜Top2、活躍Top136氪·中國最具影響力新型投行Top336氪·中國科技產業(yè)賦能新型投行鈦媒體·年度青年合伙人Top20企名片·中國最佳財務顧問綜合榜Top3企名片·蟬聯(lián)最佳財務顧問半導體榜Top1企名片·年中活躍榜Top1、綜合榜Top2企名片·年中半導體榜Top1、新能源榜Top2鈦媒體·2023年H1-FA先鋒榜Top3第一新聲·活躍機構Q1季度Top2、Q2季度Top3企名片·U35杰出青年財務顧問21世紀經濟報道·年度影響力FA科創(chuàng)板日報·科創(chuàng)先鋒合伙人《財經》雜志·科創(chuàng)板卓越服務團隊36氪·中國最具產業(yè)影響力精品投行Top236氪·中國半導體與集成電路產業(yè)賦能精品投行√企名片2023年H1活躍榜Top1半導體榜Top1新能源榜Top2活躍榜Top1最佳榜Top2投中中國最佳新型投行Top32023年度經北京市經33科大硅谷經信局科大硅谷“專精特新”首批全球合伙人創(chuàng)新單元合伙人基金合伙人企業(yè)股權融資財務顧問服務庫僅五位成員之一科創(chuàng)板卓越服務團隊云岫全生命周期的立體化投行、孵化、投資業(yè)務體系易鴻智能鋰電池機器視覺檢測與裝備核心供應商領先的第三代半導體設計與制造企業(yè)此芯