半導(dǎo)體功率器件廣泛應(yīng)用于汽車、家電、光伏、風(fēng)電、軌交等領(lǐng)域，滲透進(jìn)了人們生活的方方面面。

從2016年下半年開(kāi)始，功率半導(dǎo)體器件行情回暖，需求持續(xù)旺盛，但是受限于產(chǎn)能，原廠交貨周期開(kāi)始延長(zhǎng)。

一般來(lái)說(shuō)MOSFET、整流管和晶閘管的交貨周期是8周左右，但現(xiàn)在部分MOSFET、整流管和晶閘管交期已被延長(zhǎng)到24至30周。

功率半導(dǎo)體器件，電力控制的核心器件

功率半導(dǎo)體器件可以用來(lái)控制電路通斷，從而實(shí)現(xiàn)電力的整流、逆變、變頻等變換。

一般將額定電流超過(guò)1A的半導(dǎo)體器件歸類為功率半導(dǎo)體器件，這類器件的阻斷電壓分布在幾伏到上萬(wàn)伏。

常見(jiàn)的功率半導(dǎo)體器件有金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管芯片(IGBT)及模塊等。

功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)分析

我國(guó)的功率半導(dǎo)體器件的起步雖然較晚，但是市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)迅速。

從 2011 年的 1386 億元增長(zhǎng)到 2016 年的2088 億元，年均復(fù)合增速達(dá) 8.53%。已經(jīng)成為全球最大的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)之一。

但是我國(guó)的功率半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商與國(guó)際巨頭相比還有較大差距。2015 年全球主要的功率半導(dǎo)體廠商均為英飛凌、德儀、STM、恩智浦等國(guó)外企業(yè)。

國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體器件需要大量進(jìn)口，如 IGBT 有 90%依賴進(jìn)口。

2014 年，我國(guó)成立了國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(簡(jiǎn)稱“大基金”)用于推動(dòng)我國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

基金初期規(guī)模 1200 億元，截止 2017 年 6 月規(guī)模已達(dá)到 1387 億元，撬動(dòng)的地方集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(包括籌建中)達(dá) 5145 億元。

大基金設(shè)立以來(lái)，實(shí)施項(xiàng)目覆蓋了集成電路設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試、裝備、材料、生態(tài)建設(shè)等各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了在產(chǎn)業(yè)鏈上的完整布局。

由于從本質(zhì)上講，功率半導(dǎo)體器件與集成電路(IC)芯片非常類似，它們都由 PN 結(jié)、雙極型晶體管、MOS 結(jié)構(gòu)構(gòu)成，因此兩者的理論基礎(chǔ)相同，大多數(shù)工藝也相同。因此大基金的設(shè)立也有利于功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展。

2016 年，大基金以 6 億元入股士蘭微，投資 8 英寸芯片生產(chǎn)線，用于生產(chǎn) IGBT。

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下游需求旺盛，功率半導(dǎo)體器件交貨期延長(zhǎng)

從 2016 年下半年開(kāi)始，功率半導(dǎo)體器件行情回暖，需求持續(xù)旺盛，但是受限于產(chǎn)能，原廠交貨周期開(kāi)始延長(zhǎng)。

一般來(lái)說(shuō) MOSFET、整流管和晶閘管的交貨周期是 8 周左右，但現(xiàn)在部分 MOSFET、整流管和晶閘管交期已被延長(zhǎng)到 24 至 30 周。供不應(yīng)求加劇，供應(yīng)商開(kāi)始上調(diào)價(jià)格。

2017 年 9 月 1 日，長(zhǎng)電科技發(fā)出通知，將公司所有的 MOSFET 價(jià)格上調(diào) 20%。9 月 19 日，長(zhǎng)電科技再次上調(diào)價(jià)格。在長(zhǎng)電大漲 MOSFET 價(jià)格后，其它供貨商立刻全面跟進(jìn)漲價(jià)，包括大中、尼克松、富鼎等臺(tái)系 MOSFET 供貨商紛紛漲價(jià)。

功率半導(dǎo)體器件需求旺盛的一個(gè)重要原因是下游新能源汽車的高速增長(zhǎng)。我國(guó)作為全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，2017 年前十月新能源汽車產(chǎn)量達(dá) 51.7 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 45.63%，預(yù)計(jì)全年 70 萬(wàn)輛銷售目標(biāo)有望完成。而汽車電子是功率半導(dǎo)體器件最主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，2016 年占比達(dá) 42%。

常見(jiàn)的功率半導(dǎo)體器件

MOSFET

MOSFET 和 IGBT 是目前最常用的兩種功率半導(dǎo)體器件。金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管，是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管(field-effect transistor)。

通過(guò)在柵極(G)上施加電壓，使得源極(S)和漏極(D)之間導(dǎo)通，當(dāng)撤去電壓或施加負(fù)電壓，則使得源極(S)和漏極(D)之間斷開(kāi)。n 基極層是為了防止在關(guān)斷的情況下元件被高壓擊穿。因此需要承受的電壓越高，n 基極層就越厚，電阻也就越大。

為了改善 MOSFET 的電壓耐受性，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)在 MOSFET 的基礎(chǔ)上增加一層 P+層，與n 基極層形成了一個(gè) pn 二極管。在關(guān)斷情況下，形成的 pn 結(jié)承受了絕大股份電壓，而結(jié)構(gòu)中的 MOSFET 不需要承受高壓，因此提高了元件的耐壓性能。因此 IGBT 一般用在高壓功率產(chǎn)品上，電壓范圍一般 600V-6500V;MOSFET 應(yīng)用電壓相對(duì)較低，從十幾伏到 1000V。

但是 IGBT 的延遲時(shí)間要大于 MOSFET，因此 IGBT 應(yīng)用在切換頻率低于 25kHz 的場(chǎng)景，而 MOSFET 可以應(yīng)用于切換頻率大于 100kHz 的場(chǎng)景。

全球功率 MOSFET 的主要廠商有英飛凌、安森美半導(dǎo)體、瑞薩等國(guó)際巨頭。

其中英飛凌在功率 MOSFET的市場(chǎng)份額達(dá)到 26.4%，是第二位的安森美半導(dǎo)體的兩倍，是功率 MOSFET 行業(yè)的龍頭。

國(guó)內(nèi)的功率 MOSFET市場(chǎng)份額也主要被英飛凌、安森美半導(dǎo)體、瑞薩等國(guó)際巨頭占據(jù)，只有士蘭微和華微電子分別占據(jù)了 1.9%和 1.1%的市場(chǎng)份額，進(jìn)口替代的空間巨大。

IGBT

IGBT 應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，小到家電、數(shù)碼產(chǎn)品，大到軌道交通、航空航天，以及清潔發(fā)電、新能源汽車、智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)都會(huì)用到 IGBT。

按電壓分布來(lái)看，消費(fèi)電子領(lǐng)域的所用的 IGBT 一般在 600V 以下;太陽(yáng)能逆變器和新能源汽車通常在 1200V 左右;軌道交通所使用的 IGBT 電壓在 3300V-6500V 之間。

根據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)，截至 2015 年，我國(guó) IGBT 市場(chǎng)規(guī)模 94.8 億元，2008-2015 年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到13.65%;但我國(guó) IGBT 起步晚，國(guó)產(chǎn)化率僅為 10%，其余 90%的 IGBT 仍依賴進(jìn)口。

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我國(guó)大功率 IGBT 在軌交領(lǐng)域的率先實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)生產(chǎn)和進(jìn)口替代，新能源汽車領(lǐng)域相對(duì)薄弱，進(jìn)口替代進(jìn)行時(shí)。在新能源汽車領(lǐng)域，IGBT 主要運(yùn)用于電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)和充電樁。

1. IGBT 主要用于電機(jī)控制器中，在電機(jī)控制器的成本占比約為 30%，IGBT 將動(dòng)力電池的直流電逆變成交流電提供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

2. 充電樁中，IGBT 主要運(yùn)用于直流快充電樁，直流電樁通過(guò)三相電網(wǎng)輸入交流電，經(jīng)過(guò)三相橋式不可控整流電路整流變成直流電，濾波后提供給高頻 DC-DC 功率變換器，進(jìn)而輸出需要的直流，為電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池充電。

3. 車載空調(diào)系統(tǒng)中也會(huì)用到 IGBT，實(shí)現(xiàn)小功率的 DC/AC 逆變，從而驅(qū)動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行。

根據(jù)行業(yè)研究數(shù)據(jù)，新能源汽車所用的 IGBT 一般約占電動(dòng)汽車總成本的 10%。

截至 2016 年年底，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)量達(dá)到 51.7 萬(wàn)輛;2016 年 11 月國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的通知》:到 2020 年，新能源汽車實(shí)現(xiàn)當(dāng)年產(chǎn)銷 200 萬(wàn)輛以上，累計(jì)產(chǎn)銷超過(guò) 500 萬(wàn)輛。

根據(jù)測(cè)算，2017-2020 年我國(guó)新能源汽車年均增速約為 40%，2017-2020 年新增新能源汽車產(chǎn)量約為 516 萬(wàn)輛，按照平均每輛車 10 萬(wàn)生產(chǎn)成本，IGBT 占比 10%計(jì)算，2017-2020 年，新能源汽車所帶動(dòng)的 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 516 億元。

IGBT 主要運(yùn)用于直流充電樁。2015 年 11 月，發(fā)改委、能源局、工信部、住建部四部委聯(lián)合印發(fā)《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020 年)》通知，明確到 2020 年，新增集中式充換電站超過(guò) 1.2 萬(wàn)座，分散式充電樁超過(guò) 480 萬(wàn)個(gè)，以滿足全國(guó) 500 萬(wàn)輛電動(dòng)汽車充電需求。

目前我國(guó)充電樁市場(chǎng)存量約為 20 萬(wàn)座，十三五期間仍有近 500 萬(wàn)充電樁的建設(shè)需求，假設(shè)其中直流充電樁100 萬(wàn)座，單位成本 10 萬(wàn)，IGBT 占總成本比例為 20%，則 2017-2020 年，充電樁所帶動(dòng)的 IGBT 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 200 億元。

綜上，整個(gè)新能源汽車領(lǐng)域(汽車+充電樁)的快速布局和發(fā)展，將有力拉動(dòng) IGBT 市場(chǎng)需求，十三五剩余期間(2017-2020)，IGBT 在新能源汽車產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò) 700 億元。

IGBT 方面全球 IGBT 市場(chǎng)中最主要的供應(yīng)廠商包括英飛凌(Infineon)、三菱(Mitsubishi)、富士電機(jī)(FujiElectric)、東芝(Toshiba)、ABB、仙童(Fairchild)。

其中，西門康、仙童 (Fairchild)等企業(yè)在消費(fèi)級(jí) IGBT 領(lǐng)域處于優(yōu)勢(shì)地位;ABB、英飛凌、三菱電機(jī)在中等電壓的工業(yè)級(jí) IGBT 領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì);在 3300V 以上高電壓等級(jí)的領(lǐng)域，英飛凌、ABB、三菱三家公司占據(jù)壟斷地位，代表著國(guó)際 IGBT 技術(shù)的最高水平。

根據(jù)英飛凌年報(bào)，2015 年英飛凌以 27.6%的市占率穩(wěn)坐全球 IGBT 市場(chǎng)頭把交椅，其次為三菱電機(jī)和 Fuji，分別 20.6%和 12.5%的市場(chǎng)份額;全球 CR5 達(dá)到 73.2%，集中度較高。

國(guó)內(nèi) IGBT 產(chǎn)業(yè)起步較晚，產(chǎn)業(yè)鏈中主要有 26 家企業(yè)，其中 IDM 模式企業(yè)有 7 家，封裝模塊企業(yè) 6 家，芯片設(shè)計(jì) 10 家，芯片制造 5 家。

國(guó)內(nèi)的企業(yè)也在積極追趕，并取得了不錯(cuò)的成果。如捷捷微電已經(jīng)具備自主設(shè)計(jì)和制造晶閘管的能力，研發(fā)并生產(chǎn) 200 多種型號(hào)和規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

揚(yáng)杰科技的產(chǎn)品涵蓋了整流橋、二極管、MOSFET 模塊等產(chǎn)品，并積極布局 SiC 寬禁帶半導(dǎo)體。士蘭微的產(chǎn)品在全球中等尺寸(芯片尺寸小于等于 150mm)的芯片生產(chǎn)企業(yè)中位居第五位，8 英寸芯片生產(chǎn)線也在 2017 年上半年已經(jīng)進(jìn)入試生產(chǎn)階段。

華微電子已經(jīng)成功研發(fā)第六代 IGBT 產(chǎn)品，并且在新能源汽車、充電樁、變頻家電等領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用反饋。獲取本文完整報(bào)告請(qǐng)百度搜索“樂(lè)晴智庫(kù)”。

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