在新基建的激勵(lì)之下，功率半導(dǎo)體器件將呈何種發(fā)展趨勢(shì)？

臺(tái)基股份表示將募資5.02億元，投建新型高功率半導(dǎo)體器件升級(jí)項(xiàng)目等;投資60億元的富能功率半導(dǎo)體器件項(xiàng)目6月建成，預(yù)計(jì)年底投片;華微電子8英寸功率半導(dǎo)體器件晶圓生產(chǎn)線項(xiàng)目第一期6月通線……在半導(dǎo)體領(lǐng)域，功率器件的總體表現(xiàn)一向以平穩(wěn)著稱(chēng)，然而近段時(shí)期產(chǎn)業(yè)熱度卻在迅速提高，相關(guān)投資擴(kuò)建的消息不斷涌現(xiàn)。這種情況無(wú)疑與市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)密切相關(guān)。

在新基建的激勵(lì)之下，市場(chǎng)對(duì)電力電子設(shè)備的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。這為功率半導(dǎo)體器件行業(yè)的發(fā)展添了一把火。在此情況下，功率半導(dǎo)體器件將呈何種發(fā)展趨勢(shì)？

新基建利好功率半導(dǎo)體器件

功率半導(dǎo)體器件有電力電子的“CPU”之稱(chēng)。本質(zhì)上，它是利用半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦阅?，在電力電子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開(kāi)關(guān)等電能轉(zhuǎn)換，達(dá)到對(duì)電能（功率） 的傳輸、處理、存儲(chǔ)和控制。

隨著電力電子設(shè)備越來(lái)越普及，電器化、信息化、數(shù)字化越來(lái)越深入地影響著社會(huì)的發(fā)展。在此背景下，功率半導(dǎo)體器件所發(fā)揮的作用也就越來(lái)越巨大，特別是今年年初以來(lái)，我國(guó)大力推動(dòng)新基建，這為功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又添了一把火。

新基建本質(zhì)上是信息數(shù)字化的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，這些設(shè)施都繞不開(kāi)電力和電子設(shè)備的應(yīng)用。根據(jù)中國(guó)工程院院士丁榮軍介紹，新基建主要包含信息、融合、創(chuàng)新三個(gè)方面的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。以5G、物聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以云計(jì)算、區(qū)塊鏈、數(shù)據(jù)中心為代表的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施等，這些設(shè)施均為用電大戶，對(duì)用電的需求量和質(zhì)量（供電電源穩(wěn)定性、功率放大和能源利用效率）都有更高要求。這必然要依托于功率半導(dǎo)體器件作為底層技術(shù)。而在新基建關(guān)注的融合基礎(chǔ)設(shè)施涵蓋智能交通、智慧能源等領(lǐng)域，比如高速列車(chē)、城際列車(chē)和城市軌道交通等，功率半導(dǎo)體器件作為電能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵核心部件，能夠大幅度提升電能轉(zhuǎn)換和傳輸過(guò)程效率，降低能源的消耗。在重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、科教基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施等，功率半導(dǎo)體器件技術(shù)支撐著眾多產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)與共性核心技術(shù)?？梢哉f(shuō)，功率半導(dǎo)體器件是新基建部署和實(shí)施的底層保障和基礎(chǔ)支撐。

比亞迪功率器件總經(jīng)理?xiàng)顨J耀也指出，功率半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用于新基建的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在特高壓、新能源汽車(chē)充電樁、軌道交通及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面起到核心支撐作用，在5G基建和大數(shù)據(jù)中心建設(shè)的電源模塊中是非常關(guān)鍵的元器件。

正是由于功率半導(dǎo)體器件在5G基建、特高壓、新能源汽車(chē)充電樁、大數(shù)據(jù)中心等當(dāng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，功率半導(dǎo)體器件在這些領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著新基建的快速實(shí)施，功率半導(dǎo)體器件廠商將迎來(lái)巨大的成長(zhǎng)機(jī)遇。

根據(jù)IHS數(shù)據(jù)，2018年我國(guó)功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)規(guī)模138億美元。2021年我國(guó)功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到159億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率4.83%，超過(guò)全球功率半導(dǎo)體器件的增長(zhǎng)速度。中金公司研究部認(rèn)為，在“新基建”以及進(jìn)口替代推動(dòng)下，預(yù)計(jì)2025年中國(guó)僅通信基站用電源類(lèi)功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)將達(dá)到126億元。

明星產(chǎn)品IGBT與MOSFET占比快速提升

功率半導(dǎo)體器件經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，產(chǎn)品種類(lèi)繁多，主要包括功率二極管、功率三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等。其中，MOSFET和IGBT由于產(chǎn)品性能優(yōu)越，近年來(lái)市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)迅速，占比不斷提升。IC Insights 報(bào)告中指出，在各類(lèi)功率半導(dǎo)體器件中，未來(lái)最看好的產(chǎn)品是 MOSFET 與 IGBT 模組。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，MOSFET是一種可以廣泛使用在模擬與數(shù)字電路的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。MOSFET具有導(dǎo)通電阻小、損耗低、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、熱阻特性佳等優(yōu)點(diǎn)，適合用于 PC、手機(jī)、移動(dòng)電源、車(chē)載導(dǎo)航、電動(dòng)交通工具、UPS 電源等電源控制領(lǐng)域。IHS預(yù)估，2022 年全球 MOSFET 市場(chǎng)規(guī)模接近 75 億美元。

IGBT 是由雙極型三極管 （BJT） 和 MOSFET 組成的復(fù)合式功率半導(dǎo)體器件，兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 BJT 的低導(dǎo)通電阻的優(yōu)點(diǎn)。IGBT 驅(qū)動(dòng)功率小，非常適合應(yīng)用于直流電壓為 600V 及以上的變流系統(tǒng)，如新能源汽車(chē)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、交流電機(jī)等，預(yù)估2020年全球IGBT市場(chǎng)空間達(dá)到60億美元左右。

新基建的實(shí)施無(wú)疑將進(jìn)一步強(qiáng)化MOSFET和IGBT的市場(chǎng)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。楊欽耀指出，新能源汽車(chē)、軌道交通等多個(gè)領(lǐng)域加速崛起，將帶動(dòng)功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇。以新能源汽車(chē)為例，新能源汽車(chē)工作時(shí)電流范圍在-100A到+150A之間，如此巨大的電流需要被電控單元精準(zhǔn)控制，以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的制動(dòng)，而當(dāng)中最核心的零部件就是IGBT。有數(shù)據(jù)顯示，新能源中汽車(chē)功率半導(dǎo)體器件的價(jià)值量約為傳統(tǒng)燃油車(chē)的5倍以上，IGBT約占新能源汽車(chē)電控系統(tǒng)成本的37%。未來(lái)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，有望帶動(dòng)IGBT使用量的顯著提升，從而有力推動(dòng)IGBT市場(chǎng)的發(fā)展。

通信行業(yè)是功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用的另一大領(lǐng)域。華潤(rùn)微電子功率器件事業(yè)群總經(jīng)理李虹指出，5G是新基建的核心，AI在5G基礎(chǔ)上將得到快速發(fā)展，兩者相輔相成，是未來(lái)最具潛力的增長(zhǎng)領(lǐng)域。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)尤其是功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)，既是技術(shù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)業(yè)，也是應(yīng)用需求拉動(dòng)的產(chǎn)業(yè)。5G建設(shè)所需的基站設(shè)備及其普及后帶來(lái)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的快速發(fā)展，將對(duì)功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)生長(zhǎng)期大量需求。以5G的核心技術(shù)MassiveMIMO為例，它的廣泛布署將大大提升對(duì)于MOSFET構(gòu)成的射頻器件需求。

第三代半導(dǎo)體具備發(fā)展?jié)摿?/p>

從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，隨著硅基器件的趨近成本效益臨界點(diǎn)，近年來(lái)主流功率半導(dǎo)體器件廠商紛紛圍繞碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等第三代半導(dǎo)體材料進(jìn)行探索。第三代半導(dǎo)體材料具備寬禁帶、低功率損耗等特性，迅速在高壓高頻率等新場(chǎng)景下發(fā)展壯大，成為功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域未來(lái)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。

不過(guò)，第三代半導(dǎo)體也存在著制造成本較高以及長(zhǎng)期可靠性疑慮等問(wèn)題，因此還需要更加廣泛的推廣應(yīng)用，以降低成本、提高性能。而新基建的實(shí)施無(wú)疑對(duì)第三代半導(dǎo)體材料在功率器件當(dāng)中擴(kuò)大滲透率有著極大的幫助。對(duì)此，意法半導(dǎo)體亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域營(yíng)銷(xiāo)和應(yīng)用副總裁沐杰勵(lì)就指出，新基建對(duì)于SiC和GaN器件而言，是一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)。SiC器件相對(duì)于Si器件的優(yōu)勢(shì)之處在于可以降低能量損耗、更易實(shí)現(xiàn)小型化和更耐高溫。SiC器件在直流充電樁及智能電網(wǎng)、工業(yè)用電等領(lǐng)域使用，可以帶來(lái)高效率、大功率、高頻率的優(yōu)勢(shì)。GaN器件也有其市場(chǎng)空間。GaN的優(yōu)勢(shì)在于其開(kāi)關(guān)頻率非常高。高開(kāi)關(guān)頻率意味著可以使用尺寸更小的無(wú)源元件。如果需要減小器件的外形尺寸，這時(shí)GaN將發(fā)揮重要作用。

以新能源汽車(chē)充電樁為例，沐杰勵(lì)指出，充電樁建設(shè)已經(jīng)成為新基建的一部分，車(chē)樁比及充電樁的有效分布會(huì)直接影響新能源汽車(chē)消費(fèi)者的使用體驗(yàn)。隨著新能源汽車(chē)使用率提高，消費(fèi)者對(duì)方便、快速充電的需求也越來(lái)越高，因此需要擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增加充電站數(shù)量并提供更快的充電服務(wù)。先進(jìn)的功率技術(shù)和新材料如SiC在新能源汽車(chē)中起著重要作用。車(chē)載充電器和逆變器正在推動(dòng)半導(dǎo)體公司投資新的寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)和新型IGBT，并研發(fā)新的功率封裝解決方案，以最大限度地利用這種高端硅技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，2018-2025年SiC MOSFET在充電樁等工業(yè)領(lǐng)域預(yù)計(jì)將保持12%的平均增長(zhǎng)速度。
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