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功率半导体未来可期,或将成为“中国芯”的最好突破口!

功率半导体主要用作电子元件中的开关及整流器,同时是矽、砷化镓、氮化矽等半导体材料,是在经过电学属性调整等一系列工艺后,所得到的电学元件。功率半导体的应用十分广泛,从几十毫瓦的耳机放大系统,到上千兆瓦的高压直流传输过程;从储能、家电,到IT 产品、网络通讯,只要是涉及电的领域,都存在它的身影。

功率半导体器件分类

从发展历程看,功率半导体器件先后经历了:全盛于六七十年代的传统晶闸管、近二十年发展起来的功率MOSFET及其相关器件,以及由前两类器件发展起来的特大功率半导体器件,它们分别代表了不同时期功率半导体器件的技术发展进程。

概括来说,功率半导体器件主要有功率模组、功率集成电路和分立器件三大类。其中,功率模组是将多个分立功率半导体器件进行模块化封装;功率IC对应将分立功率半导体器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成;而分立功率半导体器件则是功率模块与功率IC的关键。

功率半导体器件又可根据对电路信号的可控程度分为全控型、半控型及不可控型;或按驱动电路信号性质分为电压驱动型、电流驱动型等划分类别。

常用到的功率半导体器件有Power Diode(功率二极管)、SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(大功率电力晶体管)、BJT(双极晶体管)、MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、SIT(静电感应晶体管)、BSIT(双极型静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、IEGT(电子注入增强栅晶体管)、IPEM(集成电力电子模块)、PEBB(电力电子积木)等。

功率半导体未来可期,或将成为“中国芯”的最好突破口

不同功率半导体器件,其承受电压、电流容量、阻抗能力、体积大小等特性也会不同。实际使用中,需要根据不同领域、不同需求来选用合适的器件。

随着技术的不断进步,功率半导体器件在不断演进。自上世纪80年代起,功率半导体器件MOSFET、IGBT和功率集成电路逐步成为了主流应用类型。

市场格局

功率半导体行业壁垒较高,在高端功率器件领域,以美、日、欧龙头厂商为主导。据统计,英飞凌、安森美、意法半导体、三菱电机、东芝半导体是全球前五的功率半导体供应商,前五大供应商市场占比达到42.6%,前十大供应商占比达到60.6%。

而功率半导体厂商大多采用IDM模式,有完整的晶圆厂、芯片制造厂和封装厂,垂直整合优势明显,对成本和质量控制能力很强,实力强劲。欧美日的功率半导体厂家大多是IDM模式,以高端产品为主;中国大陆的厂商大多也是IDM模式,产品以低端二极管和低压MOSFET为主,实力较弱;中国台湾以Fabless模式为主,主要负责芯片制造和封装。

功率半导体未来可期,或将成为“中国芯”的最好突破口

从供给端来看,全球功率半导体的主要产地集中在欧美日,占据全球功率半导体大部分的市场份额。其次是中国台湾,目前占据全球10%的市场份额。中国大陆以二极管、低压MOSFET、晶闸管等低端功率半导体为主,目前实力较弱,占据全球10%的市场份额。

从需求端来看,中国是全球最大的功率半导体消费国。据数据,中国功率半导体市场空间占全球比例39%,居第一位;如此看来,中国大陆功率半导体呈供需严重不匹配的格局,且国内以低端产品为主,国产替代缺口巨大。随着新领域的应用增加以及欧美产品升级产业转移到国内,国内市场将有很大的增长空间。

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