淺解中國功率半導(dǎo)體行業(yè)地圖

一、功率器件在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的位置

功率半導(dǎo)體器件，簡稱功率器件，又稱電力電子器件，屬于半導(dǎo)體產(chǎn)品中的分立器件。功率集成電路也就是如下圖的【功率IC】，典型產(chǎn)品有【電源管理芯片】和【各類驅(qū)動(dòng)芯片】等，屬于半導(dǎo)體產(chǎn)品中的集成電路。

【功率器件】和【功率IC】共同組成規(guī)模數(shù)百億美元的功率半導(dǎo)體市場，其重要性相當(dāng)，市場規(guī)模也比較接近，基本上穩(wěn)定在各占一半的比重。

二、功率半導(dǎo)體是電力控制的核心

功率半導(dǎo)體的功能主要是對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對(duì)電路進(jìn)行控制，改變電子裝置中的電壓和頻率，直流或交流等，具有處理高電壓，大電流的能力。

放眼一條完整的從電能產(chǎn)生到電能最終被用電終端應(yīng)用的電力傳輸鏈時(shí)，功率半導(dǎo)體則更類似于一名“廚師”的角色。它負(fù)責(zé)將發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電壓和頻率雜亂不一的粗電“加工”成電壓、頻率統(tǒng)一的工頻電，再將“加工好”的工頻電“烹飪”成擁有不同電壓、電流、頻率等電能參數(shù)的特定電來滿足各個(gè)用電終端的不同“口味”。

功率半導(dǎo)體可以從五個(gè)角度去分類：控制類型、材料特性、驅(qū)動(dòng)方式、載流子類型以及半導(dǎo)體的集成度。

1、按照控制類型分類

控制類型是通過判斷該功率半導(dǎo)體是否主動(dòng)可控制其打開、關(guān)閉來進(jìn)行分類，一般情況下分為三類：不可控，半可控以及全控型。

不控器件：典型器件是電力二極管，主要應(yīng)用于低頻整流電路；

半控器件：典型器件是晶閘管，又稱可控硅，廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電路中，應(yīng)用場景多為低頻；

全控器件：應(yīng)用領(lǐng)域最廣，典型為GTO、GTR、IGBT、MOSFET，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、汽車、軌道牽引、家電等各個(gè)領(lǐng)域。

2、按照材料來分類

制作功率半導(dǎo)體器件的材料必須擁有一個(gè)足夠大的禁帶寬度，以確保在較高的工作溫度下，本征載流子濃度也不會(huì)超過輕摻雜區(qū)的濃度，避免器件紊亂。而隨著禁帶寬度的增加，臨界擊穿電場也會(huì)增高，器件可以做到更高的耐壓。當(dāng)然，過大的禁帶寬度會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)電離更困難，使自建電勢和閾值電壓增高。除去物理性質(zhì)，制作功率半導(dǎo)體器件的材料還被要求化學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定。在功率半導(dǎo)體發(fā)展歷史上，功率半導(dǎo)體可以分為三代：

第一代：Si、Ge等元素半導(dǎo)體材料，促進(jìn)計(jì)算機(jī)及IT技術(shù)的發(fā)展，也是目前功率半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料；

第二代：GaAs、InP等化合物半導(dǎo)體材料，主要用于微波器件、射頻等光電子領(lǐng)域；

第三代：SiC、GaN等寬禁帶材料，未來在功率電子、射頻通信等領(lǐng)域非常有應(yīng)用前景。

3、按照驅(qū)動(dòng)方式分類

驅(qū)動(dòng)方式是指該功率器件受何種動(dòng)力因素而打開或者關(guān)閉，常見分為：電流驅(qū)動(dòng)、電壓驅(qū)動(dòng)與光控。

4、按照載流子類型

載流子類型分類通常僅僅用在對(duì)功率器件運(yùn)作機(jī)理的理論分析上，在市場上較少采取此種分類方式。

5、按照集成度分類

三、功率半導(dǎo)體的市場應(yīng)用

作為一個(gè)從1956年發(fā)展至今的成熟產(chǎn)業(yè)，功率半導(dǎo)體行業(yè)每年的市場空間可以被很容易地拆解成兩個(gè)方面：折舊帶來的替換市場以及電氣化程度加深帶來的新增市場。

既然新增市場源于電器化程度的加深，那么能對(duì)功率半導(dǎo)體市場規(guī)模造成較大影響的下游行業(yè)無疑又將符合兩個(gè)條件：應(yīng)用市場具備一定的規(guī)?；鶖?shù)；以及相應(yīng)新產(chǎn)品對(duì)功率半導(dǎo)體的需求大幅增加。經(jīng)過觀察，有三個(gè)行業(yè)顯著符合這兩個(gè)條件：清潔能源行業(yè)、電動(dòng)汽車行業(yè)以及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。

在過去相當(dāng)長的一段時(shí)間里，功率半導(dǎo)體市場一直由歐、美、日等外資巨頭牢牢占據(jù)著主導(dǎo)地位，隨著近年來新能源汽車的發(fā)展，許多本土企業(yè)也紛紛入局。放眼市場，不論是傳統(tǒng)Si功率器件IGBT、MOSFET，還是以SiC、GaN等為代表的第三代半導(dǎo)體，國內(nèi)都有企業(yè)布局。

1、IGBT供需缺口達(dá)13.6%

IGBT 是一種功率半導(dǎo)體芯片，是絕緣柵雙極晶體管的簡稱。IGBT 功率模塊用作電子開關(guān)設(shè)備。通過交替開關(guān)，直流電 (DC) 可以轉(zhuǎn)換為交流電 (AC)，反之亦然。IGBT 適用于高電壓、高電流應(yīng)用。它們旨在以低功率輸入驅(qū)動(dòng)高功率應(yīng)用。

2、車規(guī)級(jí)MOSFET持續(xù)發(fā)展

MOSFET具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好；制造工藝簡單、輻射強(qiáng)，因而通常被用于放大電路或開關(guān)電路。

3、第三代半導(dǎo)體成為必爭之地

四、中國功率半導(dǎo)體市場的進(jìn)展與困惑

去年12月，華潤微電子重慶12英寸晶圓制造生產(chǎn)線以及先進(jìn)功率封測基地實(shí)現(xiàn)通線。其12英寸晶圓制造生產(chǎn)線項(xiàng)目總投資75.5億元，功率半導(dǎo)體封測基地項(xiàng)目總投資42億元，成功通線標(biāo)志著華潤微車用功率裝置產(chǎn)業(yè)基地已初步成形，將持續(xù)支持產(chǎn)品應(yīng)用升級(jí)，進(jìn)一步完善在車用功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的布局。

去年10月，中車時(shí)代功率半導(dǎo)體器件核心制造產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目開工。該項(xiàng)目計(jì)劃總投資逾52億元。項(xiàng)目建成達(dá)產(chǎn)后，可新增年產(chǎn)36萬片8英寸中低壓組件基材的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品主要面向新能源發(fā)電及工控家電領(lǐng)域。

去年6月，士蘭微投資建設(shè)“年產(chǎn)720萬塊汽車級(jí)功率模塊封裝項(xiàng)目”該項(xiàng)目總投資30億元。隨后在10月，又投資65億元，用于年產(chǎn)36萬片12英寸芯片生產(chǎn)線項(xiàng)目（39億元）、SiC功率器件生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目（15億元）、汽車半導(dǎo)體封裝項(xiàng)目（一期）（30億元）等。

可以看到，中國功率半導(dǎo)體的發(fā)展如火如荼，各大廠商正在大舉進(jìn)軍，然而功率半導(dǎo)體行業(yè)仍存在著諸多難題需要克服。

整體國產(chǎn)率依舊較低。中國的功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模增速快于全球，但總的來說，本土功率半導(dǎo)體器件自給率依舊較低，在器件的生產(chǎn)制造和自身消費(fèi)之間存在巨大供需缺口。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2020年國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場需求規(guī)模達(dá)到56億美元，占全球需求比例約為39%。中國是全球最大的功率器件消費(fèi)國，但國內(nèi)功率器件整體自給率不足10%，自給率很低，超過90%的需求還依靠進(jìn)口。

缺乏行業(yè)龍頭。根據(jù)Omdia公布的2021年功率半導(dǎo)體市場前十大廠商銷售額排名，英飛凌排名第一，安森美排名第二，意法半導(dǎo)體排名第三，中國則只有聞泰科技旗下安世半導(dǎo)體上榜，排名第八?？梢钥吹剑啾让廊諝W強(qiáng)勢的市占率，中國還與之存在較大差距。

產(chǎn)品處于劣勢。功率半導(dǎo)體器件真正實(shí)現(xiàn)“上車”需要經(jīng)過多重驗(yàn)證。目前意法半導(dǎo)體、英飛凌等設(shè)計(jì)生產(chǎn)的SiC MOSFET已經(jīng)大規(guī)模上車。中國廠商的斯達(dá)半導(dǎo)、比亞迪半導(dǎo)體等，尚處于少量供應(yīng)階段。不過隨著技術(shù)逐步突破，國內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品正在陸續(xù)完成車規(guī)認(rèn)證。

五、中國功率半導(dǎo)體公司布局 中國主要功率半導(dǎo)體公司有斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、時(shí)代電氣、比亞迪半導(dǎo)體、東微科技、宏微科技、揚(yáng)杰科技、新潔能、聞泰科技、華潤微。

功率半導(dǎo)體行業(yè)投融資集中高性能功率器件及第三代材料研發(fā)：

今年2月初，第三代半導(dǎo)體行業(yè)新銳昕感科技宣布連續(xù)完成B輪、B+輪兩輪融資，金額數(shù)億元人民幣。本次融資由新潮集團(tuán)及金浦新潮領(lǐng)投，安芯投資、耀途資本、達(dá)武創(chuàng)投、芯鑫租賃等機(jī)構(gòu)共同參與，老股東藍(lán)馳創(chuàng)投、萬物資本持續(xù)加碼。

2月22日，集微網(wǎng)消息，譜析光晶已于1月完成數(shù)千萬元A輪融資，由北京亦莊創(chuàng)投領(lǐng)投，上海脈尊、杭州長江創(chuàng)投等跟投。

目前，譜析光晶已批量出產(chǎn)數(shù)款1200V、30毫歐以內(nèi)的高端碳化硅SBD和車規(guī)級(jí)MOS芯片；在模塊層面，譜析光晶的系統(tǒng)級(jí)工藝能將碳化硅電驅(qū)系統(tǒng)和模組做到高度小型化、輕量化、高功率密度和高溫高可靠性等特性。 另外，美浦森半導(dǎo)體完成A+輪融資，由卓源資本領(lǐng)投，本輪融資資金將進(jìn)一步用于產(chǎn)品迭代升級(jí)。 據(jù)了解，美浦森半導(dǎo)體成立于2014年，是一家硅高功率半導(dǎo)體MOSFET/IGBT廠商，核心主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)來自于中芯國際、華虹半導(dǎo)體、美國AOS、韓國Power Devices等業(yè)內(nèi)知名廠家，目前8 英寸月產(chǎn)能12000片，6寸產(chǎn)能10000片，是東亞地區(qū)唯一的PLANNER 8英寸晶圓生產(chǎn)線。 六、中國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園布局

根據(jù)前瞻智慧招商系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，截止2022年4月，中國功率半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)共計(jì)30個(gè)，分布廣泛，全國遍地開花，其中廣東省、山東省、浙江省相關(guān)產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)量最多，均多達(dá)4個(gè)。