功率半导体市场,是否有中国企业一席之地?
智能电网再次被写入政府工作报告,成为"十三五"规划重大项目,体现了特高压输电、智能电网建设对促进我国经济社会发展以及调整经济结构等都将发挥重要的战略作用。根据《国家电网智能化规划总报告》,2009-2020 年国家电网智能电网建设智能化投资 3840 亿元,其中第三阶段(2016-2020 年)"引领提升阶段"投资为 1750 亿元。
3.2 自主可控迫在眉睫,军工/轨交助推功率器件进口替代
军工武器电磁化趋势明显,进口替代势在必行
军事电子设备独具敏感性和特殊性,具有重要的国防等意义。当前我国军队逐步向信息化、智能化、电子化方向发展,功率半导体器件在国防和军工的应用越来越广泛,已成为现代军工武器必不可少的器件。
一方面,2015 年国家颁布新《国家安全法》要求加快发展自主可控的战略高新技术和重要领域核心关键技术,保障重大技术和工程的安全。功率半导体器件作为功率电子技术的核心部件,既属于战略高新技术又属于核心关键技术,与国家安全密不可分。
另一方面,随着高端武器装备在我军装备中的比例不断提高、高新概念武器研发费用不断提高,功率半导体相关政策补贴和采购也会加大。
民生基建工程推进,轨交带动大功率器件需求
以高铁为代表的轨道交通系统正不断更新换代,交流传动技术已是现代轨道交通的核心技术之一,在交流传动系统中牵引变流器是关键部件,而 IGBT 器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。根据国家发改委发布的《中长期铁路网规划》, 预计十三五期间铁路总运营里程新增约 3 万公里,其中高速铁路新增 1.1 万公里;地铁运营里程将翻番。预计新增机车需求 5000 辆,新增动车 2300 标准列;城轨方面,预计新增城轨车辆 25000 辆左右,十三五期间全国轨道交通总投资约 4-5 万亿元。
4宽禁带材料推动技术革新,SiC/GaN 新型功率器件潜力巨大
Si基器件面临物性瓶颈,SiC/GaN 宽禁带性能优异功率器件性能的改变不仅表现在能量变换效率的提升,而且表现在系统装置能量处理能力上---功率密度的提升,此指标平均每 4 年就提升 1 倍,被业界称为"功率电子领域的摩尔定律"。
目前市场主流的功率半导体器件是 Si 基器件,包括部分 SOI(Silicon on Insulator)基高压集成电路。但随着半导体工艺技术不断改进,Si 基器件性能已经趋向其材料本身的理论极限,使得功率密度的增长出现了饱和趋势,其发展速度已无法满足市场的高性能要求。
随着以 SiC(碳化硅)和 GaN(氮化镓)为代表的宽禁带半导体材料制备、制造工艺与器件物理的迅速发展, SiC 和硅基 GaN 电力电子器件逐渐成为功率半导体器件的重要发展领域。
考虑到混合动力车、电动车、电源供应装置与太阳能电力转换器等市场需求不断上扬,Yole 预估全球 SiC 与 GaN 功率半导体市场将由2015 年的 2.1亿美元,先上扬为 2020 年的 10 亿美元以上,然后于 2025 年飙升至 37 亿美元。
4.1 SiC--性能优越市场份额看涨,MOSFET 产品尤为出色
SiC 功率器件高耐压低损耗,可实现高效率、小型化和轻量化SiC 功率器件比 Si 器件具有更低导通电阻及更高切换速度,具有高耐压、低损耗、高导热率优异性能,有效实现电力电子系统的高效率、小型化和轻量化。
SiC 功率器件的能量损耗只有 Si 器件的功率 50%,发热量也只有 Si 器件的 50%;且有更高的电流密度。在相同功率等级下,
SiC 功率模块的体积显著小于Si 功率模块,以智能功率模块 IPM 为例,利用 SiC 功率器件,其模块体积可缩小至 Si 功率模块的 1/3~2/3。
打破原有产业链,SiC 器件为不同类型供应商创造新机遇据 Yole développement 预计,功率SiC 市场将会加速发展。功率 SiC市场的增长将为无源元件供应商、材料供应商、测试设备供应商等多种不同类型厂商提供市场机会,并在该领域价值链上寻找自己的位置模组封装层面,Starpower 在 2016 年 5 月展示了其 SiC 模组;
器件层面,Littlefuse 在 2015 年投资 Monolith Semiconductors,2016 年 5 月发布了 SiC 二极管产品,并将继续开发一系列 SiC 产品。器件层面的新进厂商还包括 Brückewell、扬州扬杰科技、Gengol 等,他们都具有不同的背景和商业模式;
材料方面,SiC 晶体生长炉供应商Aymont 开始供应 SiC 晶圆;同时现有 SiC 厂商将会扩展其产品系列,例如:英飞凌 2012 年推出SiC JFET 系列器件,并于近期发布了 1200V SiC MOSFET,并计划于 2017 年实现大规模生产;Fuji(富士电机)的全 SiC 模组即将上市;
不同 SiC
- IR推出新系列车用 MOSFET,提供坚固、紧凑的系统解决方案(04-13)
- 总投资14亿元人民币 中国首条八英寸IGBT芯片生产线项目正式启动(05-26)
- IMS Research发布2010年功率半导体市场报告(07-04)
- 富士电机新设功率半导体200mm晶圆量产线(08-02)
- 英飞凌发布2011财年第三季度财报(08-13)
- 东芝强推功率半导体 登顶世界第一宝座(08-16)