功率半导体市场,是否有中国企业一席之地?
1功率半导体:节能减排基础技术,电力控制核心器件
1.1 功率半导体市场回暖,大功率/宽禁带器件展现高成长性
功率半导体器件(PowerSemiconductor Device)又称电力电子器件(Power Electronic Device), 主要用于电力设备的电能变换和电路控制,是进行电能(功率)处理的核心器件,弱电控制与强电运行间的桥梁。
典型的功率处理功能包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理,除保证设备正常运行以外,功率器件还起到有效的节能作用。
功率器件几乎用于所有的电子制造业。目前功率半导体的应用范围已从传统的工业控制和 4C 产业(计算机、通信、消费类电子产品和汽车),扩展到新能源、轨道交通、智能电网等新领域。
小功率范围(几 W 到几 kW),多用于如笔记本电脑、冰箱、洗衣机、空调等各种家电、服务器等设备的开关电源,提升电能利用效率;
中功率范围(10kW 到几 MW),多用于电气传动、新能源发电等,如用于新能源汽车(EV/HEV),提高单次充电续航里程;用于太阳能的 PV(光伏)逆变器,提高电源的转换效率;用于重型工业设备的高频电源转换器,带来大功率、高频率的优势;
大功率范围(高达几 GW),多用于高压直流(HVDC)输电系统等;
中国占据全球功率器件40%市场份额,多领域应用持续支撑需求上涨
整体来看,近年来由于工业控制、家电产品、充电设备等终端应用不断追求更高能源效率,功率器件下游产品范围的稳步扩张、产量的大幅增长以及功率器件技术的快速更新,功率器件市场在全球范围尤其是中国地区都保持稳步增长。近五年来,中国功率半导体器件市场复合增长率达 27.8%,是半导体产品中市场发展相对较快的产品。
市场回暖,大功率器件/IGBT 模组及 SiC/GaN 宽禁带器件最具成长性IC Insights 指出,历经2015 年短暂下调后,2016 年全球功率半导体市场重新将回升至 124 亿美元。在各类功率元件中,最具成长性的产品是高压MOSFET(超过 200V)与 IGBT 模组,两类产品在 2015~2020 年期间的复合年成长率(CAGR)预估分别为 4.7%与 4.0%。
IHS 报告指出,随着愈来愈多供应商推出产品,2015年碳化硅 (SiC)功率半导体平均销售价格已明显下滑,有望刺激市场加速采用;与此同时,氮化镓(GaN)功率半导体也已开始进入市场,预估全球 SiC 与 GaN 功率半导体产值,将由 2015 年的 2.1 亿美元,快速成长至 2020年的 10 多亿美元,并将于 2025年达到 37 亿美元。
1.2 产业与节能政策双发力,大陆功率半导体迎来最佳发展机遇
1.2.1 迈入制造强国,中国 IC 产业未来发展势头强劲
2015 年 5 月,国务院发布《中国制造 2025》重点领域技术路线图,预计至 2030 年,中国集成电路市场规模占全球的比例将达到 43.35%-45.64%,中国将成为世界最大的 IC 产业链设计、制造基地,在诸多优势领域达到世界先进水平。其中提到大力推动电力装备这一重点领域的突破发展,包括对大功率电力电子器件这一关键元器件的开发。
《中国制造 2025》的核心在于自动化、智能化、新能源、高能效以及资源的有效利用,明确提出将先进轨道交通装备、电力设备、节能与新能源汽车、海洋工程装备、航空航天装备等列为突破发展的重点领域。鉴于功率半导体在发电、输配电和电力使用等整个电能供应链中发挥了全方位的关键作用,《中国制造 2025》将为功率控制市场带来强劲的增长驱动力,预期增长势头将延续至 2025 年。
1.2.2 产业与节能政策助力,有望实现自主创新、技术突破
当前中国乃至全球范围内环境资源问题面临严峻考验,各国相继颁布节能减排政策,作为各种工业设施、消费电子、家用电器等设备电能控制欲转换的核心器件,功率半导体产业将面临新的技术挑战与发展机遇。
作为半导体产业与节能减排政策落地实施的契合点,功率半导体产业受益于国家重点支持,有望在十三五期间实现从"材料-晶圆-封装-器件-应用"的全产业链自主技术突破,尤其是在新能源领域广泛应用的 MOS器件及 IGBT 模组,以及 SiC/GaN 等新型材料器件的应用方面。
1.3 下游多产业应用需求升级,模块化、大功率引领市场趋势
功率半导体器件主要包括功率分立器件、功率模组和功率集成电路(功率 IC)。功率分立器件主要包括:功率二极管;功率晶体管;晶闸管类器件。其中常见的功率晶体管包括以 VDMOS 为代表的功率 MOS 器件、绝缘栅双极晶体管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)和功率双极晶体管(Power BJT:PowerBipolar Junction Transistors)。功率晶体管和晶闸管又可统称为功率开关器件(Power Switches)。
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