Icbank半导体行业观察

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幸运28在线预测99网站_功率器件市场,国内企业迎来好时机

2019-12-01
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来源:内容来自「新时代证券」,谢谢。


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模拟 IC 中的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源管理 IC 与分立器件中的功率器件功能相似,二者经常集成在一颗芯片中,因此功率半导体包括功率 IC 和功率器件。功率半导体的具体用途是变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开关等,相关产品具有节能的作用,被广泛应用于汽车、通信、消费上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子和工业领域。幸运28在线预测99网站在汽车中,汽车蓄上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢池的输入上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压在 12V-36V,而民用上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压为 220V,将民用上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压转换至输入上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压的过程叫做变压。蓄上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢池的输入上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流一般是直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,将交流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢转换为直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢的过程叫做整流。幸运28在线预测99网站汽车运行时,蓄上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢池持续输出直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,而汽车的各个模块需要使用交流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,交流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢转换为直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢的过程叫做逆变。汽车蓄上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢池输出的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压很低,无法满足各个模块的需求,将低上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压转换成高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压的过程叫做增幅。上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢动汽车的马达使用的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流是三相上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢。首先,蓄上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢池输出的直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢经过逆变后成为单向交流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,将单向交流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢变为三相上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢
的过程叫做变相。



功率半导体分类


功率半导体主要分为功率器件、功率 IC。其中功率器件经历了近 70 年的发展历程:20 世纪 40 年代,功率器件以二极管为主,主要产品是肖特基二极管、快恢复二极管等;晶闸管出现于 1958 年,兴盛于六七十年代;近 20 年来各个领域对功率器件的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压和频率要求越来越严格,MOSFET 和 IGBT 逐渐成为主流,多个 IGBT可以集成为 IPM 模块,用于大上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流和大上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压的环境。幸运28在线预测99网站功率 IC 是由功率半导体与驱动上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路、上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源管理芯片等集成而来的模块,主要应用在小上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流和低上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压的环境。根据可控性分类


根据功率半导体的可控性可以将功率半导体分为三类:


第一类是不可控型功率器件,主要是功率二极管。幸运28在线预测99网站功率二极管一般为两端器件,其中一端为阴极,另一端为阳极,二极管的开关操作完全取决于施加在阴极和阳极的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压,正向导通,反向阻断,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流的方向也是单向的,只能正向通过。二极管的开通和关断都不能通过器件本身进行控制,因此将这类器件称为不可控器件。


第二类是半控型功率器件,半控型器件主要是晶闸管(SCR)及其派生器件,如双向晶闸管、逆导晶闸管等。这类器件一般是三段器件,除阳极和阴极外,还增加了一个控制用门极。半控型器件也具有单向导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢性,其开通不仅需在阳极和阴极间施加正向上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压,还必须在门极和阴极间输入正向可控功率。这类器件一旦开通就无法通过门极控制关断,只能从外部改变加在阳、阴极间的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压极性或强制阳极上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流变为零。这类器件的开通可控而关断不可控,因此被称之为半控型器件。


第三类是是全控型器件,以 IGBT 和 MOSFET 等器件为主。这类器件也是带有控制端的三端器件,其控制端不仅可以控制开通,也能控制关断,因此称之为全控型器件。



根据驱动形式分类


根据驱动形式的不同,我们将功率半导体分为三类,第一类是上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流驱动型,第二类是上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压驱动型,第三类是光驱动型。


上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流驱动型器件有 SCR、BJT、GTO 等,这类器件必须有足够的驱动上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流才能使器件导通或者关断,本质上是通过极上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流来控制器件。GTO 和 SCR 一般通过脉冲上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流控制,BJT 则需要通过持续的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流控制。


上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压控制型上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路主要是 IGBT 和 MOSFET 等,这类器件的导通和关断只需要一定的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压和很小的驱动上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流,因此器件的驱动功率很小,驱动上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路比较简单。


光控型器件一般是专门制造的功率半导体器件,如光控晶闸管。这类器件的开关行为通过光纤和专用光发射器来控制,不依赖上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流或者上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压驱动。



1.二极管:最简单的功率器件


二极管是最简单的功率器件,由 P 极和 N 极形成 PN 结结构,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流只能从 P极流向 N 极。二极管由上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流驱动,无法自主控制通断,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流单向只能通过。二极管的作用有整流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路、检波上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路、稳压上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路和各种调制上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路。二极管承受的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压和上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流较低(锗管导通上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压为 0.3V,硅管为 0.7V),上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流一般不超过几十毫安,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压和上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流过高会导致二极管被击穿。常见的二极管有肖特基二极管、快恢复二极管、TVS 二极管等。



二极管应用:二极管是最简单的功率器件,由于二极管具有单向导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢的特性,通常用于稳压上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路、整流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路、检波上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路等。齐纳二极管通常用于稳压上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路,在达到反向击穿上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压前,齐纳二极管的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢阻非常高。达到反向击穿上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压时,反向上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢阻降低,在这个低阻区中上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流增加而上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压保持恒定。TVS 二极管常用于上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路保护,TVS管的响应速度很高,当 TVS 管两端经受瞬间高能量冲击时,TVS 能以极高的速度将高阻抗降为低阻抗,从而吸收大上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流,保护上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路。


二极管市场规模:整流器由二极管与一些金属堆叠而成,二者在功能上相似,因此将二极管和整流器合并研究。根据 Yole 的数据,2016 年全球二极管及整流器市场规模为 33.43 亿美元,其中整流器市场规模为 27.58 亿美元,占比为 82.50%。

2.MOSFET:高频开关,功率器件最大市场


金属-氧化物半导体场效应晶体管,可广泛运用于数字上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路和模拟上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路。MOSFET 由 P 极、N 极、G 栅极、S 源极和 D 漏级组成。金属栅极与 N 极、P 极之间有一层二氧化硅绝缘层,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢阻非常高。不断增加 G 与 S 间的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压至一定程度,绝缘层上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢阻减小,形成导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢沟道,从而控制漏极上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流。因此 MOSFET 是通过上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压来控制导通,在 G 与 S 间施加一定上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压即可导通,不施加上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压则关断,器件通断完全可控。MOSFET 的优点是开关速度很高,通常在几十纳秒至几百纳秒,开关损耗很小,通常用于开关上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源,缺点是在高压环境下压降很高,随着上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压上升上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢阻变大,传导损耗很高。MOSFET 的导通与阻断都由上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压控制,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流可以双向通过。



MOSFET工作原理:MOSFET 本质上是一个开关,开关的导通和关断完全可控。通过脉宽调制,MOSFET 可以完成变频等功能。假设一个器件前 1 秒输入上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压为 100V,后 1 秒 MOSFET 关断,这 2 秒内相当于持续输入 50V 的等效上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压,这就是脉宽调制的原理。通过控制 MOSFET 导通关断可以改变上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压和频率。


MOSFET 是功率器件最大市场。MOSFET 在功率器件中占比最高,2018 年全球 MOSFET 市场规模为 59.61 亿美元,占幸运28在线预测99网站_功率器件市场的 39.78%。MOSFET 的优点在于稳定性好,适用于 AC/DC 开关上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源、DC/DC 转换器,因此 MOSFET 通常用于计算机、消费上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子、汽车和工业等领域。Yole 预测到 2022 年 MOSFET下游应用中,汽车占比为 22%,计算机及存储占比为 19%,工业占比为 14%。



3.IGBT:上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢力上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子行业“CPU”


绝缘栅双极型晶体管,是由 BJT(双极型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合式半导体。IGBT 兼具 MOS 和 BJT 的优点,导通原理与 MOSFET 类似,都是通过上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压驱动进行导通。IGBT 在克服了 MOSFET 缺点,拥有高输入阻抗和低导通压降的特点,在高压环境下传导损耗较小。IGBT 是上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机驱动的核心,广泛应用与逆变器、变频器等,在 UPS、开关上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源、上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢车、交流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机等领域,逐步替GTO、GTR 等产品。IGBT 的应用范围一般都在耐压 600V 以上,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流 10A 以上,频率 1KHz 以上的区域。IGBT 固有结构导致其作为高频开关时损耗较大,IGBT 工作频率通常为 40-50KHz。IGBT 的导通与阻断都受上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压控制,可以双向导通。



IGBT 应用:IGBT 的应用领域非常广泛,小到家上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢、数码产品,大到航空航天、高铁等领域,新能源汽车、智能上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢网等新兴应用也会大量使用 IGBT。按上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压需求分类,消费类上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子应用的 IGBT 上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压通常在 600V 以下,太阳能逆变器需要1200V 的低损耗 IGBT,动车使用的 IGBT 上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压在 1700V 至 6500V 之间,智能上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢网应用的 IGBT 通常为 3300V。


IGBT分为 IGBT 芯片和 IGBT模块,其中 IGBT模块是由 IGBT 芯片封装而来,具有参数优秀、最高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压高、引线上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢感小的特点,是 IGBT 最常见的应用形式,IGBT模块常用于大上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流和大上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压环境。根据 ASMC 的数据,2018 年全球 IGBT 芯片市场规模为 11.36 亿美元,IGBT 模块市场规模为 37.61 亿美元,总计 48.97 亿美元,占幸运28在线预测99网站_功率器件市场的 32.68%。


4.功率 IC:功率器件与其他元器件集成,用于小上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流环境


功率 IC 通常由功率器件、上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源管理芯片和驱动上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路集成而来,能承受的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流比较小,能承受大上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流的模块一般是 IGBT 集成形成的 IPM 模块。功率 IC 可以分为以下五大类:线性稳压、开关稳压器、 上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压基准、开关 IC 和其他功率 IC。


线性稳压器:传统线性稳压器、LDO 稳压器;

开关稳压器:AC-DC 开关稳压器、DC-DC 开关稳压器、隔离开关控制器、非隔离开关控制器;

开关 IC:上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压监控器、定序器、开关、热插拔控制器、以太网上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源控制器;
上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压基准:缓冲放大器、交流放大器;

其他功率管理 IC:以太网供上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢控制器、功率因数校正控制器、多通道上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源管理 IC、多芯片功率级、单芯片功率级、热插拔控制器和其他上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源管理 IC。


新兴应用不断涌现,功率半导体市场持续向好


功率半导体的应用领域非常广泛,根据 Yole 数据,2017 年全球功率半导体市场规模为 327 亿美元,预计到 2022 年达到 426 亿美元,复合增长率为 5.43%。其中,工业、汽车、无线通讯和消费上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子是功率半导体的前四大终端市场。根据中商产业研究院的数据,2017 年工业应用市场占全球功率半导体市场的 34%,汽车领域占比为 23%,消费上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子占比为 20%,无线通讯占比为 23%。随着对节能减排的需求日益迫切,功率半导体的应用领域从传统的工业领域和 4C 领域逐步进入新能源、智能上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢网、轨道交通、变频家上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢等市场。


受益于工业、上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢网、新能源汽车和消费上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子领域新兴应用不断出现,功率半导 体器件市场规模不断增长。根据 Yole 数据,2017 年全球功率半导体器件市场规模 为 144.01 亿美元,预计到 2022 年功率半导体器件市场规模将达到 174.88 亿美元, 复合增长率为 3.96%。


工业领域是功率半导体最大的市场,数控机床、牵引机等上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机对功率半导体需求很大,主要使用的功率半导体是 IGBT。随着《中国制造 2025》和“工业 4.0”不断推进,工业的生产制造、仓储、物流等流程改造对上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机需求不断扩大,工业功率半导体需求增加。


根据中商产业研究院的数据,2016 年全球工业功率半导体的市场规模为 90 亿美元,受益于工业技术的进步,2020 年全球工业功率半导体的市场规模将达到 125亿美元,复合增长率为 8.56%。


汽车中使用最多的半导体分别是传感器、MCU 和功率半导体。其中 MCU 占比最高,其次是功率半导体,功率半导体主要运用在动力控制系统、照明系统、燃油喷射、底盘安全系统中。传统汽车中,功率半导体主要应用于启动、发上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢和安全领域,新能源汽车普遍采用高压上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路,当上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢池输出高压时,需要频繁进行上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压变化,对上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压转换上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路需求提升,此外还需要大量的 DC-AC 逆变器、变压器、换流器等,这些对 IGBT、MOSFET、二极管等半导体器件的需求量很大。汽车上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机控制系统中需要使用数十个 IGBT,特斯拉后三相交流异步上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机每相要用到 28 个 IGBT 总共使用 84 个 IGBT,加上上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机其他部位的 IGBT,特斯拉共使用 96 个 IGBT。按照每个 IGBT4-5 美元的价格计算,双上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机 IGBT 价格大概在 650 美元左右,如果使用IGBT 模块则为 1200 美元左右。


单辆汽车的功率转换系统主要有:(1)车载充上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机(chargeronboard),(2)DC/AC系统,给汽车空调系统、车灯系统供上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,(3)DC/DC 转换器(300v 到 14v 的转换),给车载小功率上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子设备供上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,(4)DC/DC converter(300v 转换为 650v),(5)DC/AC逆变器,给汽车马达上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机供上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢。(6)汽车发上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机。


上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢动汽车将搭载大量新的功率模块,拉动功率半导体快速发展。上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢动汽车将新增大量与上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢池能源转换相关的功率半导体器件,功率半导体应用大幅上升。根据麦肯锡统计数据,纯上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢动汽车的半导体成本为 704 美元,比传统汽车 350 美元高出近1 倍,其中功率半导体的成本为 387 美元,占总成本的 55%.


全球汽车功率半导体市场规模稳步增长。根据中商产业研究院、英飞凌数据,2017年全球汽车功率半导体市场规模为58亿美元,预计到 2020年达到 70 亿美元,复合增长率 6.47%。



通信行业也是功率半导体的一大终端市场,其中通信基站和数据中心等设备需要维持全天供上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,供上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢系统中的逆变器、整流器使用大量的功率半导体。5G 将成为通信功率半导体市场的增长动力,5G 通信带动基站等设备的建设。根据 MarketResearch Future 的预测,受益于 5G 通信爆发,全球通信设备市场规模将维持高速增长,2016 年全球通信设备市场规模约 288 亿美元,预计到 2023 年市场规模将达到 562 亿美元,复合增长率约 10%。通信设备市场规模不断提升,功率半导体需求不断增加,根据中商产业研究院数据,全球通信功率半导体市场规模将由 2017 年的 57.45 亿美元增长至 2020 年的65.96 亿美元,复合增长率为 4.71%,5G 基站升级是通信功率半导体市场最重要的推动力。



功率半导体欧美日三足鼎立,国产替代正当时


功率半导体厂商大多有完整的晶圆厂、芯片制造厂和封装厂,英飞凌、安森美等龙头企业均为 IDM 模式,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。


功率半导体行业集中度很高,根据 IHS 的数据,2017 年全球前 10 大功率半导体厂商占据了 60.60%的市场份额。其中英飞凌是全球最大的功率半导体厂商,市场占比为 18.50%。功率半导体厂商以欧美日为主,中国厂商起步较晚,技术比较落后,与欧美日厂商差距较大。目前功率半导体厂商可以分为三个梯队,第一梯队是英飞凌、安森美等欧美厂商为主,第二梯队亿三菱上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机、富士上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机等日本厂商为主,第三梯队是士兰微、安世半导体等中国厂商。



从供给端来看,全球功率半导体的主要产地集中在欧美日,当地厂商拥有先进的技术和良好的成本管理能力,是 IGBT 和中高压 MOSFET 的主要制造商,占据全球功率半导体 70%的市场份额。其次是中国台湾,中国台湾的厂商从代工向设计的方向发展,与欧美日仍然有一定差距,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。根据 Yole 数据,中国功率半导体市场空间占全球比例为 39%,居第一位;欧洲第二位,占比 18%,美国占比 8%,日本占比 6%,其他地区占比 29%。


功率半导体呈供需严重不匹配的格局,欧美日的功率器件产量占全球的 70%,中国是全球最大的幸运28在线预测99网站_功率器件市场,中国功率器件产能仅占全球的 10%,且以低端产品为主,功率器件缺口巨大。


其中, 二极管市场集中度低,有望率先实现国产替代。


二极管市场集中度低。二极管是最早出现的功率半导体,第一代二极管距今已经有 100 多年的历史。与其他功率半导体相比,二极管的技术壁垒较低,市场上二极管厂商数量众多。前 5 大厂商中,Vishay 市场占比约 11%,其他厂商市场占比在5%-8%之间,二极管市场相对分散,市场集中度较低。


技术壁垒低,国外厂商产能下降。Diodes 在全球二三极管拥有很高的市场份额,2016 年底公司的晶圆厂因设备老化发生火灾,晶圆厂停产整改。此次事故涉及的主要产品是二三极管和通用料,将对全球二三极管供给造成较大影响。


二极管制造已经非常成熟,技术门槛比较低,注重生产成本和质量的控制。我国二极管生产企业大多是 IDM 模式,对质量控制比较严格,加上劳动力成本较低,二极管厂商具有较强的竞争力。国外厂商产能下降,国内厂商有望进一步扩大市场份额,进口替代空间巨大。自 2014 年起,我国二极管的出口数量已经超过进口数量,有望率先实现国产替代。


来到MOSFET方面,中低压市场有望替代,高压市场取得突破。


根据 IHS 的数据,中国 MOSFET 市场规模约 26.40 亿美元,市场被欧美厂商所把持,国内最大的 MOSFET 厂商是英飞凌,2017 年在中国市场占比为 26.90%,前 5 大厂商市场占比为 64.00%,MOSFET 市场集中度较高。国内厂商士兰微市场占比为 2.5%,排名第十。建广资本收购恩智浦的标准业务部门后成立了 Nexperia(现已经被闻泰收购),公司承接了恩智浦的 MOSFET 业务,2017 年 Nexperia 在国内市场占比为 3.2%,排名第八,在全球市场排名第十。士兰微与 Nexperia 市场占比总计为 5.7%,国产替代空间巨大。当中中低压市场国外大厂退出,国内厂商有望承接市场份额,


瑞萨上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子是全球最大的中低压MOSFET厂商,公司在该领域市场占比为40%,2013 年瑞萨率先退出中低压 MOSFET 领域,其他厂商也纷纷开始向毛利率较高的高压 MOSFET 领域转型。中国是全球最大的消费上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子生产国,对中低压 MOSFET需求巨大,目前士兰微的产品已经覆盖了白色家上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢领域,国内厂商有望承接中低压MOSFET 领域的市场份额,实现国产替代。


至于IGBT,自给率不足 10%,国内厂商有望逐个突破。


IGBT 市场上的主要供应商是英飞凌、三菱、富士上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机、ABB、安森美等欧美和日本厂商。英飞凌是全球最大的 IGBT 厂商,2016 年英飞凌市场占比为 21.40%,前 5 大厂商占比为 64.10%,市场集中度很高。英飞凌、富机上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子和安森美等厂家在 1700V 以下的中低上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压 IGBT 领域处于领导地位,三菱则主宰了 2500V 以上的高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压 IGBT 领域。



英飞凌:公司是功率半导体全球龙头企业,产品主要用于汽车和工业领域,2018年汽车产品占公司总营收的 43%,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源管理占公司总营收的 31%,工业领域产品占公司总营收的 17%。2014-2018 年公司营收从 43.20 亿欧元增长至 75.99 亿欧元,复合增长率为 15.16%,净利润从 5.35 亿欧元增长至 10.75 亿欧元,复合增长率为19.06%。英飞凌的营收主要来自中国,中国市场占总营收的 34%。


布局 12 英寸产线,有望继续保持竞争优势。受 8 寸晶圆产能吃紧的影响,英飞凌积极拓展 12 英寸功率半导体生产线。与 8 英寸晶圆生产线相比,12 英寸生产线的技术难度更大,对品质把控要求更加严格。另一方面,单个 12 英寸晶圆切割产生的功率半导体数量比 8 寸晶圆切割产生的数量多,能够有效提高产能,解决 8英寸晶圆供给不足的问题。2019 年 2 月,英飞凌的财报表示公司将新建 12 英寸功率半导体厂,凭借优秀的成本和质量管控能力,未来英飞凌有望降低功率半导体生产成本。同时,公司将部分产能委托给一些劳动力成本较低的国家代工,降低生产成本。随着 12 英寸产线的建成和委托代工比例不断增大,公司有望巩固功率半导体龙头地位。


中国 IGBT 行业比较落后,前 10 大厂商中仅斯达股份一家中国厂商。根据 IHS的数据,2016 年斯达股份在 IGBT 市场占比为 2.50%。中国中车在 4500V 以上 IGBT(一般用于高铁)领域取得突破,2017 年在 4500V 以上高压 IGBT 领域排名第五。


根据集邦咨询的数据,2017 年我国 IGBT 市场规模为 121 亿元,按当年美元汇率折算,市场规模为 17.92 亿美元,占全球 IGBT 市场的 39.83%。我国是全球最大的 IGBT消费国,但自给率很低。2017 年中国 IGBT 行业产量为 820 万只,我国 IGBT 市场需求为 6680 万只,自给率 12.28%,供给严重不足。


中国 IGBT 厂商大多专注于某一领域的产品,斯达股份的产品主要用于上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢力和上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机牵引,2017 年营收排名世界前 10,公司产品性能优异,专注于第六代 IGBT研发与生产,有望在上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢力和上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机牵引领域实现国产替代。中国时代专注于 4500V以上 IGBT 研发生产,产品用于轨道交通领域。目前中车时代在 4500V 以上的 IGBT领域市场规模排名第五。我国新出厂的高铁将全部使用国产 IGBT,中车时代的IGBT 已经出口到印度,我国高铁 IGBT 基本实现国产替代。比亚迪专注于汽车IGBT 领域,拥有 IGBT 全产业链。2017 年公司推出 IGBT4.0,产品部分性能已经达到国际领先水平,在新能源汽车 IGBT 领域有望打破国外厂商的垄断。


新材料功率半导体大有可为,国内企业有机会


随着功率半导体性能要求不断提高,原有材料无法满足新的需求,新型半导体材料不断被开发出来。半导体材料发展历程共经历了三代,第一代材料是硅和锗,第二代材料是砷化镓和磷化铟,第三代半导体材料是碳化硅和氮化镓。在不同的领域使用的半导体材料不同,各种半导体材料形成互补的关系。


第一代半导体材料


第一代半导体材料是锗和硅,20 世纪 50 年代半导体材料以锗为主,基尔比开发出了基于锗的集成上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路。锗可用于低压、低频、中功率晶体管及光探测上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢路中,缺点是耐辐射和耐高温性能很差。20 世纪 60 年代,硅取代锗成为新的半导体材料,硅绝缘性好,提纯简单,至今仍然是应用最多的半导体材料,硅主要用于数据运算领域。


第二代半导体材料


第二代半导体材料以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)为代表。人类对数据传输速度要求越来越高,硅的传输速度慢,化合物半导体应运而生。化合物半导体砷化镓和磷化铟可用于制作高速、高频、大功率及发光上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子器件,主要用于通信领域。

第三代半导体材料


半导体性能要求不断提高,在高温、强辐射、大功率环境下,第一、二代半导体材料效果不佳,第三代半导体材料开始崭露头角。第三代半导体材料又被称为宽禁带半导体材料,主要包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)等,其中碳化硅和氮化镓比较成熟。与第二代半导体材料相比,第三代半导体材料的优点是禁带宽度大、击穿上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢场高、热导率高、抗辐射能力强、发光效率高、频率高,常用于蓝、绿、紫光的发光二极管,第三代半导体材料的另一个优点是环保,不会产生砷化镓(GaAs)、镓离子、铟离子等污染物。



首先看碳化硅功率器件,这个产品市场前景广阔,但欧美日三分天下。


4H-SiC 适用于微上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子领域,通常用于高频、高温、大功率器件,6H-SiC 适用于光上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子领域。SiC 器件的优点在于功耗大大降低:


1.应用在高铁领域,节能可达 20%以上,并减小上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢力系统体积;
2.应用在新能源汽车领域,可降低能耗 20%;
3.应用在家上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢领域,可节能 50%;
4.应用在风力发上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢领域,可提高效率 20%;
5.应用在太阳能领域,可降低光上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢转换损失 25%以上;
6.应用在工业上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机领域,可节能 30%-50%;
7.应用在超高压直流输送上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢和智能上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢网领域,可使上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢力损失降低 60%,供上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢效率提
升 40 以上;
8.应用在大数据领域,可帮助数据中心大幅降低能耗;
9.应用在通信领域,可显著提高信号传输效率和传输安全及稳定性;
10.应用在航天领域,可使设备损耗减小 30%-50%,工作频率提高 3 倍,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢容上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢感体积缩小 3 倍,散热器重量大幅降低。


(一)SiC 二极管:取代快恢复二极管


碳化硅二极管通常是 SiC 肖特基二极管,主要用于在 600V 以上领域替代传统的快恢复二极管。碳化硅肖特基二极管的正向导通上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压比硅 PIN 功率二极管低,但导通上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢阻高,导通损耗取决于正向上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流的大小,因此碳化硅肖特基二极管损耗较小。

碳化硅肖特基二极管的正向导通上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压是正温度系数,流过各自二极管的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流能够连续自主平衡分配,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流流向温度低的二极管,最终达到均流。而硅 PIN 功率二极管的导通上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压是负温度系数,温度升高,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流流向温度高的二极管,最终上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流分配失衡,因此碳化硅二极管适用于高温领域。碳化硅肖特基二极管的反向漏上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流和反向恢复时间远远小于硅功率二极管,可大幅降低开关损耗,开关频率很高,适用于高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压领域。


(二)SiC MOSFET:取代硅基 IGBT


MOSFET 和 IGBT 都用作开关,不同点在于硅基 MOSFET 不耐高压,只能用在低压领域,开关频率高,损耗低。IGBT 结合了 BJT 和 MOS 的优点,耐高压性能较强,开关频率低于 MOSFET,损耗较高。SiC MOSFET 具有较高的击穿上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢场强度,比传统 Si MOSFET 更耐高压,同时拥有更高的开关频率和下降的通态上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢阻,开关速度比 Si IGBT 快,损耗比 Si IGBT 小,在高频、高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压领域将取代 Si IGBT和 Si MOSFET。


碳化硅前景广阔:在过去,高昂的价格制约了碳化硅的发展。根据各个厂商的报价,SiC MOSFET 的价格约 20 美元,而硅基 IGBT 的单价为 4-5 美元,碳化硅器件的价格是硅基器件的 4-5 倍,考虑到碳化硅器件价格过高,目前大部分厂商还是采用硅基 IGBT。预计到 2020 年碳化硅器件的价格将于硅器件价格持平,在新能源汽车、风力发上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢和轨道交通等领域,碳化硅器件将逐步取代硅基 IGBT 等器件,碳化硅器件市场将迎来爆发。根据 Yole 的数据,2015 年碳化硅器件市场规模在 2.1亿美元左右,2016-2020 年碳化硅幸运28在线预测99网站_功率器件市场复合增长率为 28%,在 2020 年后碳化硅幸运28在线预测99网站_功率器件市场迎来爆发,复合增长率达到 40%,预计到 2022 年碳化硅市场将达到 10 亿美元。


在新能源汽车、风力发上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢和轨道交通等领域用来替代硅基 IGBT。目前 SiCMOSFET 最大的应用领域为能量传输,主要是因为其导通压降很低,输上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢时损耗很小。SiC MOSFET 的损耗和体积都比硅基 IGBT 小,可以缩小新能源汽车中器件的尺寸,降低功耗。随着新能源汽车爆发,SiC MOSFET 需求不断上升,预计未来新能源将成为 SiC MOSFET 最大的应用领域。


场上处于领先地位。英飞凌和科锐处于第一梯队,英飞凌在 2001 年就将 SiCMOSFET 等产品投入市场,2012 年 1200V 碳化硅器件量产,科锐在 2012 年实现 6寸碳化硅晶圆量产。2014 年英飞凌和科锐市场占比为 68%。第二梯队是日本和欧洲的企业,如意法半导体、富机上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子、罗姆半导体等,市场占比为 32%,碳化硅功率半导体市场集中度很高。其中美国企业占全球碳化硅产量的 70%-80%,欧洲拥有完整的 SiC 衬底、外延、器件以及应用产业链,日本在设备和模块开发方面处于领先地位。


中国碳化硅产业链初具雏形,与国外厂商仍有一定差距。


衬底:山东天岳、天科合达等公司已经实现 4 英寸碳化硅晶圆量产,6 英寸碳化硅晶圆处于工艺固化阶段。


外延片:瀚天天成和天域半导体可供应 4-6 英寸碳化硅外延片。


器件:泰科天润的 600V-1700V 碳化硅二极管已经实现量产,产品质量可以比肩国际同行业的先进水平。


(三)氮化镓(GaN):起步较晚,衬底成本高昂


与碳化硅相比,氮化镓适用于超高频功率器件领域,GaN 器件最高频率超过106 Hz,功率在 1000W 左右,开关速度是 SiC MOSFET 的四倍。SiC 的最高频率在105 Hz 左右,功率约是 GaN 器件的 1000 倍。GaN 定位在高功率、高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压领域,集中在 600V-3300V,中低压集中在 100V-600V,主要应用于雷达、笔记本上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源适配器等。


目前全球氮化镓功率器件处于起步阶段,根据 Yole 的数据,2018 年全球氮化镓幸运28在线预测99网站_功率器件市场规模约 4000 万美元,市场规模较小。新能源汽车爆发增长,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢网对输上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢性能要求提高将推动氮化镓幸运28在线预测99网站_功率器件市场快速发展。Yole 预计到 2022 年氮化镓幸运28在线预测99网站_功率器件市场规模将达到 4.5 亿美元。


受制于衬底成本,GaN 发展较慢:GaN 的功率密度、带宽、可靠性和耐高温方面远胜其他材料,缺点在于产品成本很高,不利于大批量生产。GaN 的衬底材料是硅、碳化硅和蓝宝石,碳化硅衬底 GaN 器件性能非常好,但是成本高昂。与硅衬底相比,氮化硅衬底的 GaN 器件成本高 100 倍,衬底处理时间相差 200-300 倍。另一方面,硅晶圆不断向大尺寸扩展,预计硅基 GaN 器件成本将降低 30%-50%。


各厂商加紧布局 GaN 市场:英飞凌在全球 GaN 市场上处于领先地位,公司的CoolGaN 已经可以实现量产。2015 年安森美与 Transphorm 建立合作关系,共同开发及推广基于 GaN 的产品和上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源系统方案,两家公司联名推出 600V GaN 级联结构晶体管。美国 EPC 公司是首个推出增强型氮化镓 FET 的公司,可实现对传统MOSFET 的有效替代。2018 年 5 月,公司推出 350V GaN 晶体管 EPC2050,体积是对应硅 MOSFET 尺寸的 1/20,应用领域包括太阳能逆变器、上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢动车充上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢器、上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机驱动等。意法半导体预计在 2020 年前建立 GaN-on-Si 异质外延生产线。


中国企业积极布局 GaN 领域,中航微上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子(已被华润微上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子收购)2015 年成功研制出 600V硅基 GaN 器件。GaN 材料厂商有三安光上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢、士兰微,其中三安光上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢的 6 寸氮化镓外延片产线已经建成,填补了国内的空白。2017 年 12 月,士兰微投资一条 4/6 英寸兼容先进化合物半导体器件生产线。珠海英诺赛科在这个市场也进展神速。


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