小器件如何助力大国重器：本土功率半导体分立器件产业解析

时间: 2024-05-31 12:01:21 |   作者: 产品类型

  上期文章我们做了科普（科普｜功率半导体分立器件基础知识了解一下？），这期我们聊聊产业。

  1999-2018年的20年间，全球分立器件销售额呈现波动的趋势，综合Yole、IHS、Gartner等多家分析机构数据后可知，在这20年中，2002年是全球分立器件行业的低点，包含功率模块及功率分立器件在内的功率半导体器件销售额为125.28亿美元，2018年分立器件销售额达到20年来的高点，销售额为230.91亿美元，年复合增长率为3.10%，其中，中国大陆功率半导体器件市场规模约为全球的39%。

  跟其他半导体器件一样，从产业格局来看，全球功率半导体分立器件中高端产品制造商还是大多分布在在欧美、日本和中国台湾地区。美国、日本和欧洲功率半导体器件厂商大部分属于IDM厂商，而中国台湾的厂商则绝大多数属于Fabless厂商，不一样的地区通过产业分工，形成了各自的竞争优势。代表企业包括德州仪器、高通、安森美、英飞凌、意法半导体、恩智浦、东芝、富士和三菱等。

  从器件种类来看，以硅基功率MOSFET和IGBT为代表的场控型器件是国际功率半导体分立器件市场的主力军，其中IGBT器件的年平均增长率超过30%，远高于其它种类器件。SiC和GaN功率半导体分立器件领域目前进入市场爆发式增长阶段。

  中国功率半导体分立器件产业起步较晚，但市场规模增长迅速，从2011年的1386亿元增长到2018年的2264亿元，年均复合增速为6.33%。但在高端产品方面仍是短板，产业集中在加工制造和封测部分，产品结构以中低端为主，高端产品需进口。

  在国家大力推动科技自主创新的大背景下，功率半导体行业也得到了极大力度的政策利好加持。

  重点围绕计算机、网络和通信、数字化家电、汽车电子、环保节能设备及改造传统产业等的需求，发展相关的片式电子元器件、机电元件、印制电路板、敏感元件和传感器、频率器件、新型绿色电池、光电线缆、新型微特电机、电声器件、半导体功率器件、电力电子器件和真空电子器件。

  推动元器件产业体系升级。继续巩固中国在传统元器件领域的优势，加强引进消化吸收再创新和产业垂直整合，加快新型元器件的研发和产业化。重点发展片式化、微型化、集成化、高性能的新型元器件，鼓励环保型电子元器件的发展。

  推动元器件产业体系升级。继续巩固中国在传统元器件领域的优势，加强引进消化吸收再创新和产业垂直整合，加快新型元器件的研发和产业化。重点发展片式化、微型化、集成化、高性能的新型元器件，鼓励环保型电子元器件的发展。

  加快完善体制机制，改善投融资环境，培育骨干企业，扶持中小创新型企业，促进产业持续健康发展；加大财税、金融政策支持力度，增强集成电路产业的自主发展能力；实现电子元器件产业平稳发展；加快电子元器件产品升级；完善集成电路产业体系；在集成电路领域，鼓励优势企业兼并重组；继续保持并适当加大部分电子信息产品出口退税力度，发挥出口信用保险支持电子信息产品出口的非消极作用，强化出口信贷对中小电子信息企业的支持。

  结合实施电子信息产业调整和振兴规划，以集成电路关键设备、平板显示器件生产设备、新型元器件生产设备、表面贴装及无铅工艺整机装联设备、电子专用设备仪器及工模具等为重点，推进电子信息装备自主化。

  确立了工半导体分立器件产业化专项重点，支持MOSFET、IGCT、IGBT、FRD等量大面广的新型电力电子芯片和器件的产业化，重点解决芯片设计、制造和封装技术，包括结构设计、可靠性设计，以及光刻、刻蚀、表面钝化、背面研磨、背面金属化、测试等工艺技术，提升产品档次。

  确立了工半导体分立器件产业化专项重点，支持MOSFET、IGCT、IGBT、FRD等量大面广的新型电力电子芯片和器件的产业化，重点解决芯片设计、制造和封装技术，包括结构设计、可靠性设计，以及光刻、刻蚀、表面钝化、背面研磨、背面金属化、测试等工艺技术，提升产品档次。

  将“新型电子元器件(片式元器件、频率元器件、混合集成电路、电力电子器件、光电子器件、敏感元器件及传感器、新型机电元件、高密度印刷电路板和柔性电路板等)制造”列入鼓励类。

  将集成电路电路、信息功能材料与器件、新型元器件等列入重点领域，这中间还包括中大功率高压绝缘栅双极晶体管(IGBT)、快恢复二极管(FRD)芯片和模块，中小功率智能模块；高电压的金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)；大功率集成门极换流场效应管(IGCT)；6吋大功率场效应管。

  紧紧围绕节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车等战略性新兴起的产业发展需求，发展相关配套元器件及电子材料。

  ——加强与整机产业的联动，以市场促进器件开发、以设计带动制造、推动“虚拟IDM”运行模式的发展；

  ——建设国家级半导体功率器件研发中心，实现从“材料-器件-晶圆-封装-应用”全产业链的研究开发；

  制定国家信息领域核心技术设备发展的策略纲要，以体系化思维弥补单点弱势，打造国际先进、安全可控的核心技术体系，带动集成电路、基础软件、核心元器件等薄弱环节实现根本性突破。

  提出做强信息技术核心产业，提升核心基础硬件供给能力，推动电子器件变革性升级换代，加强低功耗高性能新原理硅基器件、硅基光电子、混合光电子、微波光电子等领域前沿技术和器件研发，包括IGBT在内的功率半导体分立器件产业将迎来新的一轮快速地发展期。

  结合实施电子信息产业调整和振兴规划，以集成电路关键设备、平板显示器件生产设备、新型元器件生产设备、表面贴装及无铅工艺整机装联设备、电子专用设备仪器及工模具等为重点，推进电子信息装备自主化。

  提出加强完善电网结构，继续优化主网架布局和结构，深入开展全国同步电网格局论证，研究实施华中区域省间加强方案，加强区域内省间电网互济能力，推进配电网建设改造和智能电网建设，提高电网运行效率和安全可靠性。

  “十一五”到“十二五”期间，中国功率半导体分立器件市场已成为全世界最大的大功率功率半导体分立器件需求市场，年增长率近20%。

  “十三五”期间，风能、太阳能、热泵、水电、生物质能、绿色建筑、新能源设备等战略性新兴起的产业的崛起，成为中国功率半导体分立器件产业的加速器。

  中国目前已经初步建立起了包含二极管、晶闸管、IGCT、功率MOSFET、IGBT等全系列硅基功率电子器件产业。

  在超大功率(电压3.3kV以上、容量1~45MW)领域，以晶闸管为代表的传统半控型器件的技术已成熟，水平居世界前列，5~6英寸的晶闸管产品已大范围的使用在高压直流输电系统，并打入国际市场。目前中国已经研制成功7英寸晶闸管产品，并实现了IGCT产品的商业化。

  在中大功率 (电压 1200~6500V) 和中小功率 (900V以下) 领域，在国家产业政策支持和国民经济发展的推动下，中国高频场控功率电子器件技术和产业取得了长足的进步，建立了从电子材料、芯片设计、研制、封装、测试和应用的全产业链。中小功率的 MOSFET 芯片已产业化，批量生产的单管已在消费类电子领域得到普遍应用，600~900V 的 MOSFET 芯片正在开发中；600V、1200V、1700V/10~200A 的 IGBT 芯片和 600V、1200V、1700V/10~300A 的FRD芯片已进入产业化阶段，3300V、4500V、6500V/32~63A 的 IGBT 和3300V、4500V、6500V/50~125AFRD 芯片已研发成功，并进入量产阶段；IGBT模块的封装技术也上了一个大台阶，采用国产芯片的600V、1200V、1700V、3300V/200~3600A 的 IGBT 模块已经实现量产，采用国产芯片的4500V、6500V/600~1200A 的 IGBT 模块进入小批量的量产阶段。国产品牌IGBT 芯片和模块已形成与国际大品牌竞争的态势。

  在第三代半导体领域，在SiC功率器件方面，国内已研发出 17kVPIN 二极管芯片、3.3kV/50A SiC 肖特基二极管芯片、1.2kV~3.3kV SiC MOSFET 芯片、4.5kV/50A SiC JFET 模块等样品；已具备 600V~3.3kV/2A~50A SiC 二极管芯片量产能力，SiC MOSFET 芯片产业化能力正在形成。在 GaN 功率器件方面，研发工作大多分布在在高校和科研院所，近几年也出现风险投资公司相继涉足Si衬底GaN半导体材料与器件的开发工作，同时Si衬底GaN功率器件也得到了一些传统Si基功率器件企业的重视，但尚无正式产品推出。在GaN功率器件方面，中国已经具备了 600V~1200V 平面型 GaN HEMT 芯片的研发能力，以及 600V 平面型 GaN HEMT 功率器件的产业化能力。

  随着“供给侧改革”、“一带一路”、“人机一体化智能系统”等国家政策的强化、深入和调整，功率半导体器件将在新能源汽车、高铁、军工、智能电网等大国重器领域发挥重要作用。

  电力能源市场：国家大力倡导节能减排，智能电网、光伏发电等行业加快速度进行发展，有关技术不断革新，作为智能电网建设的重要设备，功率半导体器件在未来几年将表现出巨大的发展潜力。

  新能源汽车市场：伴随着汽车电子朝向智能化、信息化、网络化方向发展，新能源汽车和充电桩的产量将大幅激增，半导体功率器件作为内嵌于汽车电子科技类产品中的能量转换的核心器件，存在着巨大的刚需。

  轨道交通市场：每台高铁电力机车需要500个IGBT模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50~80个IGBT模块，轨道交通的快速地发展对IGBT等功率器件有着极大的需求。

  家电市场：目前国内家电升级需求旺盛，海外市场也不断拓展。功率半导体分立器件可以对驱动家用电器的电能来控制和转换，将直接影响家用电器的性能和品质。

  便携式电子终端设备市场：手机、平板、笔记本等便携式移动电子科技类产品的电源充电器和电源适配器等市场需求迅速增加。功率半导体分立器件依托于电脑市场的发展需求上扬。

  新兴智能产业市场：智能产业离不开半导体分立器件等基础元器件，随着智能化步伐的不断加快，也将推动分立器件市场发展。

  注：基于宽禁带半导体技术的功率半导体分立器件是整个产业的新亮点，并处于爆发式增长，关于其应用领域、发展前途、全球及本土产业格局的详细解析：

  下期，我们将详细聊一聊新一代功率半导体中最典型、增速最快的赛道：IGBT，敬请期待！返回搜狐，查看更加多