【收錄專題 | 半導體行業現狀、市場分析及發展前景】

　　小體積，大功效

　　功率半導體是實現電能轉換的核心器件，能夠對電壓電流的運用進行有效控制，通過開關狀態的變化，實現逆變、整流、變頻等多種功能，控制對電子電力系統的能量輸出，將整個電子電力系統的能耗控制在最低范圍內，從而達到對能量的合理管理，降低能耗，減少碳排放。

　　功率半導體器件的不同結構決定著其不同的開關頻率、功率水平和擊穿場強，因此也決定著不同類型功率半導體的使用場景。晶閘管、IGBT、MOSFET是當前市面上最常見的三類功率半導體器件。由于所需驅動功率小、開關速度快，硅基的MOSFET在600V以下的應用中占據主流，由于導通損耗低、開關速度較快、耐壓等級高、工作結溫高、驅動方便，硅基的IGBT占據了600V~6500V高壓應用市場。

　　基于其具備的結構和功能，功率半導體已經成為發電、輸配電、用電等多個領域的核心器件。例如用于發電的光伏逆變器、風電變流器等設備，用于輸配電領域的直流換流閥、交直流斷路器、統一潮流控制器設備，用電領域的電動汽車電驅、電力機車電驅設備、充電樁、儲能換流器、工業變頻器或變流器等設備中，均是功率半導體發揮著突出作用。作為用以控制功率的器件，降低能耗、提升能源轉化效率本身即為功率半導體器件發展的主要方向。

　　此外，功率半導體還為節能降碳帶來了新的發展空間。賽晶科技集團有限公司董事長項頡在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“功率半導體能夠創造新的電能生產和應用方式，比如電動汽車、風力發電、光伏發電、工業和民用領域電氣化，從而減少化石能源的使用;功率半導體的使用可以提高能源效率，比如變頻節能、直流輸電，從而節約能源損耗。”

　　IGBT成主流，國內廠商奮起直追

　　IGBT具備包括輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關速度快、通態電流大、導通壓降低、損耗小等諸多優點，因此在當前市場環境中具有絕對優勢。IGBT 是一個非通即斷的開關器件，通過柵源極電壓的變化控制其關斷狀態，能夠根據信號指令來調節電壓、 電流、頻率、相位等，以實現精準調控的目的，

　　因此，IGBT成為當前功率半導體市場最主流的器件，在新能源發電、電動汽車及充電樁、電氣化船舶、直流輸電、儲能、工業電控和節能等眾多領域均有廣泛應用。

　　然而，掌握著全球IGBT份額的，仍主要為海外頭部廠商。英飛凌、三菱和富士，三家巨頭蠶食掉IGBT市面上70%的份額。國內IGBT廠商已有布局，但要實現技術與市場的進一步躍遷，還存在較大的挑戰。賽迪顧問集成電路中心負責人滕冉博士在接受《中國電子報》記者采訪時表示，IGBT的技術路線一直由英飛凌引導，當前英飛凌的產品已發展到第七代，而國內的IGBT技術現在僅能達到英飛凌四代、五代水平。

　　為盡快縮短與海外先進水平之間的差距，國內的功率半導體廠商加緊布局IGBT賽道，正努力提升其產品性能、拓展其市場空間。在國內的功率半導體企業中，比亞迪半導體、華潤微電子、士蘭微電子、斯達半島等企業的表現較為突出。

　　比亞迪半導體已布局IGBT的全產業鏈產品，在汽車領域的表現出色，占到國內新能源汽車市場份額的18%~20%。嘉興斯達半導起步較早，2008年開始起步，技術起點比較高，當前已具備600V/650V/1200V/1700V/3300V等多種規格IGBT模塊產品，又有MOSFET、IPM、FRD/整流模塊、晶閘管等多種類型產品，產品類型較為豐富。此外，株洲中車時代在智能電網、汽車、新能源電控等領域做了規劃，其市場約占整個汽車市場的1%左右，具備很大的發展空間。此外，華潤微和士蘭微也將IGBT作為產品線中的一支布局。

　　雙輪驅動：優化封裝與應用寬禁帶半導體

數據來源：英飛凌中國IGBT慕課

　　我國擁有全球最大的功率半導體市場，在約500億美元的全球功率半導體市場中，國內市場貢獻了35%~40的份額。“十四五”期間，以云計算、移動互聯、大數據、人工智能為代表的新一代信息技術演進，將對電源管理產品產生更大量的需求。“碳達峰”、“碳中和”目標的提出，新能源發電、電動汽車及充電樁、工業電控等眾多領域進入快速發展，將帶動IGBT 、MOSFET 產業的增長。

　　對于國內企業而言，日益擴大的國內市場，無疑為其發展提供了更為廣闊的發展空間。而關于如何抓住市場增長機會、如何借勢實現產業突破、如何實現產品性能提升，滕冉認為可以借助器件結構優化與襯底材料的創新的雙輪驅動方式，這是國內企業的發展機會。

　　比亞迪半導體股份有限公司副總經理楊欽耀在接受中國電子報記者采訪時表示：“更高的功率密度、開關頻率、更小的導通壓降、開關損耗、芯片尺寸、模塊體積是未來IGBT 的技術發展方向。”而在提升功率半導體產品性能的道路上，硅基器件則面臨著上升極限。硅基材料本身的限制，使得半導體器件的功率水平和開關頻率無法進一步提升。此時，SiC、GaN等寬禁帶半導體材料便成為進一步提升的功率半導體性能的新賽道。

　　由于現階段寬禁帶半導體制備難度大、產能低、價格高，將主要用在車輛等對可靠性要求高的高附加值產品中，這些產品與“雙碳”目標帶來的新能源發電、電動汽車及充電樁、工業電控等眾多領域的發展高度契合。此類行業對電源管理穩定性要求高、對功率半導體頻率要求高，成為寬禁帶半導體布局的核心方向。借助雙碳目標帶來的新能源電力、電動汽車、工業電氣化等降低碳排放產業的極大的促進，國內IGBT行業將有機會借助寬禁帶半導體實現“變道超車”。

　　寬禁帶半導體當前制備難度大、良率低、價格高。對于那些對產品價格浮動敏感、附加值較低的產品，功率半導體性能的提升則可以從優化封裝方式著手。采用更加先進的模塊化封裝，通過優化散熱性能、提高結溫等方式優化封裝，從而提高模塊的使用效率。

　　TrendForce集邦咨詢分析師龔瑞驕在接受《中國電子報》記者采訪時同樣認為國內企業具備在先進封裝、寬禁帶半導體等新材料方面實現超車的可能，他表示：“從產業特性來看，功率半導體屬于特色工藝產品，更側重于制程工藝、封裝設計和新材料迭代，而不需要追趕摩爾定律，因此國內企業非常有機會后來居上。”

　　來源：中國電子報、電子信息產業網   作者：姬曉婷