功率半導體-現狀和展望

功率半導體的生產模式和現狀

功率半導體主要包括功率二極體、肖特基二極體、可控硅晶閘管、功率雙極晶體管、 POWER MOS IGBT（絕緣柵晶體管）。

生產模式：

IDM模式（集成-器件-製造）：包括設計-製造- 封測，甚至是下游電子終端產品；國內市場，士蘭微、華微、揚傑等主要是IDM模式；Foundry：晶元加工，像上海的華虹，中芯國際；fabless（垂直分工）：Fabless指的是沒有晶元生產能力，但是有晶元設計能力的廠商，直接面對用戶。

功率半導體大圓片的尺寸：主要包括6、8寸，以8英寸具備一定的競爭力，國際市場都是8英寸在做功率器件，少量的是6寸線，目前國內6寸的相對比較多。國外英飛凌有1條12英寸，日本東芝、三菱 ，韓國台灣企業，功率半導體方面主要還是8英寸；12英寸有難度，以IGBT為例，矽片減薄到70-120微米後還要有多步工藝加工，難度非常大；有比較優勢的是8英寸加工技術成熟。

應用市場

功率器件應用：汽車（電動汽車、混合電動汽車）UPS、軌道交通 、光伏 、風電（逆變轉換） 、馬達驅動 （直流交流）、工業領域（電焊機）、 醫療以及很大需求的消費類 （白色家電 、照明 、照相機camera) 。以Yole公布的IGBT在各個應用領域佔比的數據為例，14年和2020年的數據比較，14年IGBT汽車電子佔比24%，預計2020年上升至46%，接近50%；第二大應用是馬達，14年馬達驅動佔比是15%，2020年佔比預計是12%；14年光伏逆變器IGBT的佔比是10%，2020年佔比是9%；14年電焊機3%，2020年保持在3%左右；14年IGBT白色家電佔比5%，2020年預計是3%。最大的增量是電動汽車和混合電動汽車。IGBT晶元製造——模塊IPM——逆變器（裝置）三部分，以汽車為例，

（1）晶元端是英飛凌、國際整流器（IR）、日本的日立、三菱主要廠商；

（2）IGBT模塊有（電動汽車的驅動模塊），三菱，NISSAN，英飛凌 ，BOSCH和比亞迪等。

（3）新能源汽車逆變電源 ：三菱的逆變電源用在伏特汽車、NISSAN用在自己車上，英飛凌、BOSCH用於大眾，DAIMLER汽車上。

國內現狀

以白色家電使用的 IGBT模塊（IPM）為例，1年空調1.5億台，變頻的有9700萬台，9700萬台會用到IPM模塊1.9億塊（包括壓縮機、風扇等），6通道IPM（需要6對IGBT和二極體等）用到的晶元大約是4.5億顆，需要8英寸矽片49.3萬片。

汽車用IGBT 占所有應用領域比達到24% 到2020年 46%；(Yole)白電（空調 ，8英寸30-40萬片，佔比產能5%不到，IGBT用量非常大）；（數據來自國家統計局，中國家電研究院）除了三菱 、英飛凌等國外企業，國內有幾家廠商做IGBT（士蘭微、華微 、比亞迪等） ；功率二極體（華微 揚傑 捷捷微 蘇州固鍀）。

進口替代已經起步多年。現在開始逐步進入 「大家電」，「小家電」，小功率「逆變電源」，「馬達驅動」，「逆變焊機」領域。

功率器件在國內設計及應用配套相比國外差距很大。80-90年代國內，外同時起步，國內企業原地踏步，沒有國際視野思想跟不上。而國外企業卻是突飛猛進。

現在國內加工水平與國外企業一樣（華宏NEC每月給美國萬代加工3.5萬片功率MOSFET），但是，國產化比較難的原因主要還是品牌的認知度，需要時間去積澱。目前，國內的IGBT主要應用在家電領域，軌道交通、汽車都有較高的進入壁壘，有一定的行業保護，例如汽車領域的功率器件廠商必須具備汽車電子牌照才可以進入。目前難度係數較低的是光伏領域，國內市場很大，華為1年產值1000億，國內IGBT可以按照市場門檻的高低的優先次序選擇性切入。如切入每年幾百億產值的小家電企業。

未來價格趨勢

如美國Vishay的 mosfet大量應用於汽車，包括 雨刷 、馬達 、座椅移動等都靠模塊驅動；無論是進口還是國產逐步代替進口，功率器件的漲價主要還是由於矽片，金屬，光刻膠，特種氣體等材料漲價。由於生產商的設備折舊已經完成，器件的加工成本方面不會有太大的增加。所以，總趨勢是漲一點價。

第三代功率半導體研發現狀

第一代半導體材料主要是指硅、鍺元素半導體材料，

第二代半導體材料主要是指化合物半導體材料，如砷化鎵(GaAs)、銻化銦（InSb）；三元化合物半導體，如GaAsAl、GaAsP；還有一些固溶體半導體，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半導體(又稱非晶態半導體），如非晶硅、玻璃態氧化物半導體；

第三代半導體材料主要以碳化硅(SiC) 、氮化鎵( GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶半導體材料。

國家科技、工信部，1,2專項持續多年支持三代半導體的發展。國外，日本、美國、歐洲包括國內的企業均在積極地布局，近5年發展較快，應用領域覆蓋光伏逆變，電機驅動，新能源汽車等等。瓶頸主要是在於材料端，不管國外還是國內企業主要的瓶頸就在於材料的良率太低，價格高，材料取得突破之後會有大規模的應用，製造的工藝、技術、製造技術除少量變動，不會有太多的難點。

國產化

國家一直在推進國產化，從家電到光伏行業均給予一定的支持，光伏逆變器華為1家1年的銷售額是1000億，合肥陽光電源排名第二，幾百億的銷售額，用量非常大。進口替代存在的問題主要有以下幾點：1）國際大品牌應用客戶在更換產品廠商時，認證難度係數較大，國產品牌目前的品牌認知度相對較低；2）國外的企業多數採用8英寸線製造，成本已經控制的非常低，國內企業還需要一定的時間去加強。製造能力、技術等沒有壁壘，貿易摩擦對國內功率器件的生產企業影響有限，主要難度還是本土企業品牌市場認知度。

原材料瓶頸

1）對於第三代半導體，碳化硅原材料的價格很高是困擾了國內外公司的主要問題；

2）大矽片方面，不管是8英寸還是12英寸，國內企業都可以做，但是表面COP等缺陷控制水平低，產品成本率較低，良率低。雖然晚了些，但是現在8英寸，12英寸大矽片的製造國家也開始布局了。

Mosfet 各個功率水平的情況

功率Mosfet 範圍主要是 20v-300v以內，應用在手持的電器 、風扇驅動，馬達驅動，汽車電子（馬達驅動、玻璃門、雨刷、座椅等），國內有一些產能用在電動二輪車上，但沒有應用於汽車上，因為沒有汽車電子牌照。

國內有士蘭微、華微電子、蘇州固鍀、揚傑科技、富滿電子、韋爾股份、長電科技，和國外廠家比較規模相對較小。台灣也有功率器件製造如台灣大中、台灣尼克松、台灣富鼎先進、台灣茂達電子、台灣強茂、台灣友順 。