功率半導體行業(yè)特點趨勢及機遇挑戰(zhàn)

從產(chǎn)業(yè)競爭格局來看，全球功率半導體中高端產(chǎn)品生產(chǎn)廠商主要集中在美國、歐洲、日本和韓國。較于國際同行，中國功率半導體行業(yè)起步較晚，主要通過國外引進及國內(nèi)企業(yè)自主創(chuàng)新，逐步提升行業(yè)的國產(chǎn)化程度，滿足日益增長的下游需求。國際廠商在技術和工藝方面具有先發(fā)優(yōu)勢，產(chǎn)品門類更為齊全，形成規(guī)模經(jīng)濟，整體競爭力較國內(nèi)企業(yè)更具優(yōu)勢。目前，只有少數(shù)本土公司通過長期的技術積累和持續(xù)的自主創(chuàng)新，在功率半導體的細分產(chǎn)品領域具備芯片研發(fā)、設計、制造全方位的差異化競爭優(yōu)勢，通過產(chǎn)品改進和客戶積累，在某些特定下游應用領域具備國產(chǎn)替代優(yōu)勢，在國內(nèi)競爭主體眾多的環(huán)境中處于相對領先地位。

業(yè)界通常將國內(nèi)功率半導體市場的主要企業(yè)分為三個梯隊，相關梯隊及企業(yè)的構(gòu)成和特征如下表：

資料來源：普華有策整理

1、功率半導體產(chǎn)業(yè)的特點及發(fā)展趨勢

作為電子系統(tǒng)中的基本單元，功率半導體是電力電子設備正常運行不可或缺的部件，應用場景廣泛，且需求日益豐富。從行業(yè)技術和性能發(fā)展來看，功率半導體器件結(jié)構(gòu)朝復雜化演進，功率半導體的襯底材料朝大尺寸和新材料方向發(fā)展；由于不同結(jié)構(gòu)和不同襯底材料的功率半導體電學性能和成本各有差異，在不同應用場景各具優(yōu)勢，功率半導體市場呈現(xiàn)多器件結(jié)構(gòu)和多襯底材料共存的特點。

（1）功率半導體是電力電子的基礎，需求場景日益豐富

功率半導體是構(gòu)成電力電子轉(zhuǎn)換裝置的核心組件，幾乎進入國民經(jīng)濟各個工業(yè)部門和社會生活的各個方面，電子設備應用場景日益豐富，功率半導體的市場需求也與日俱增。隨著新應用場景的出現(xiàn)和發(fā)展，功率半導體的應用范圍已從傳統(tǒng)的消費電子、工業(yè)控制、電力傳輸、計算機、軌道交通、新能源等領域，擴展至物聯(lián)網(wǎng)、電動汽車、云計算和大數(shù)據(jù)等新興應用領域，相關領域的應用場景如下：

資料來源：普華有策整理

消費電子和工業(yè)控制仍是功率半導體的主要應用領域，2020 年消費電子和工業(yè)控制用功率半導體市場份額分別為23.8%和20.3%。

（2）從器件結(jié)構(gòu)來看，功率半導體呈現(xiàn)多世代并存的特點

功率半導體自20世紀50年代開始發(fā)展起來，至今形成以二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等為代表的多世代產(chǎn)品體系。新技術、新產(chǎn)品的誕生拓寬了原有產(chǎn)品和技術的應用范圍，適應更多終端產(chǎn)品的需求，但是，每類產(chǎn)品在功率、頻率、開關速度等參數(shù)上均具有不可替代的優(yōu)勢，功率半導體市場呈現(xiàn)多世代并存的特點。

二極管結(jié)構(gòu)簡單，有單向?qū)щ娦?，只允許電流由單一方向流過，由于無法對導通電流進行控制，屬于不可控型器件。二極管廣泛應用于各種電子產(chǎn)品中，主要用于整流、開關、穩(wěn)壓、限幅、續(xù)流、檢波等。

與二極管相比，晶閘管用微小的觸發(fā)電流即可控制主電路的開通，在實際應用中主要作為可控整流器件和可控電子開關使用，主要用于電機調(diào)速和溫度控制等場景。此外，與其他功率半導體相比，晶閘管具有更高電壓，更大電流的處理能力，在大功率應用領域具有獨特的優(yōu)勢，主要應用場景有工業(yè)控制的電源模塊、電力傳輸?shù)臒o功補償裝置、家用電器的控制板等領域。

MOSFET為電壓控制型器件，具有開關和功率調(diào)節(jié)功能。與二極管和晶閘管依靠電流驅(qū)動相比，電壓驅(qū)動器件電路結(jié)構(gòu)簡單；與其它功率半導體相比，MOSFET的開關速度快、開關損耗小，能耗低、熱穩(wěn)定性好、便于集成；MOSFET在節(jié)能以及便攜領域具有廣泛應用。例如，在消費電子、工業(yè)控制、不間斷電源、光伏逆變器、充電樁的電源模塊、新能源車的驅(qū)動控制系統(tǒng)等領域。

IGBT為電壓驅(qū)動型器件，耐壓高，工作頻率介于晶閘管和MOSFET之間，能耗低、散熱小，器件穩(wěn)定性高。在低壓下MOSFET相對IGBT在電性能和價格上具有優(yōu)勢；超過600V以上，IGBT的相對優(yōu)勢凸顯，電壓越高，IGBT優(yōu)勢越明顯。IGBT在軌道交通、汽車電子、風力和光伏發(fā)電等高電壓領域應用廣泛。

（3）從襯底材料來看，硅基材料的晶圓襯底為市場主流

目前，全球半導體襯底材料已經(jīng)發(fā)展到第三代，包括以硅（Si）、鍺（Ge）等為代表的第一代元素半導體材料，以砷化鎵（GaAs）等為代表的第二代化合物半導體材料，以及以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為代表的第三代寬禁帶半導體材料。新材料進一步改善功率半導體的性能，但整體來看，硅基材料的功率半導體產(chǎn)品仍是市場主流。

近年來，隨著第三代寬禁帶材料半導體迅速發(fā)展，SiC與GaN功率半導體器件的應用規(guī)模開始持續(xù)增長。相對于硅襯底，寬禁帶材料半導體具有更大的禁帶寬度，在單位尺寸上能獲得更高的器件耐壓，以寬禁帶材料為襯底制作的功率半導體器件尺寸更小，在特定應用場景具有優(yōu)勢。但由于生產(chǎn)規(guī)模還相對較小，生產(chǎn)技術有待成熟，產(chǎn)品價格相對較高，其應用場景受到了一定的限制。

硅材料因其具有單方向?qū)щ娞匦?、熱敏特性?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/2800/" target="_blank">光電特性、摻雜特性等優(yōu)良性能，可以生長為大尺寸高純度晶體，且儲量豐富、價格低廉，故而成為全球應用最廣泛、最重要的半導體襯底材料。在物理性能方面，硅氧化膜性能優(yōu)異，與其它襯底材料相比，與硅晶格適配性好，器件穩(wěn)定性好。目前全球半導體市場中，90%以上的芯片都是基于硅材料制造而成。

（4）從硅片尺寸來看，硅片朝大尺寸方向發(fā)展

半導體的生產(chǎn)效率和成本與硅片尺寸直接相關。一般來說，硅片尺寸越大，用于產(chǎn)出半導體芯片的效率越高，單位耗用原材料越少。但隨著尺寸增大，硅片的處理工藝難度越高。按照量產(chǎn)尺寸來看，半導體硅片主要有2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸等規(guī)格。

在半導體材料選擇上，晶圓制造廠商會綜合考慮生產(chǎn)效率、工藝難度及生產(chǎn)成本等多項因素，使用不同尺寸的硅片來匹配不同應用場景，以達到效益最大化。8英寸及12英寸硅片主要用于集成電路（IC），具體包括存儲芯片、圖像處理芯片、通用處理器芯片、高性能FPGA與ASIC芯片等；8英寸及以下半導體硅片的需求主要來源于功率半導體、電源管理器、非易失性存儲器、MEMS、顯示驅(qū)動芯片與指紋識別芯片等。

2、功率半導體行業(yè)面臨的機遇及挑戰(zhàn)

（1）機遇

A、產(chǎn)業(yè)政策的支持提供了良好的政策環(huán)境

功率半導體行業(yè)為國家政策支持的行業(yè)。《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄（2019 年版）》鼓勵電力電子器件及高性能覆銅板；《基礎電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2021-2023 年）》實施重點產(chǎn)品高端提升行動，重點發(fā)展高可靠半導體分立器件及模塊。2020 年 3 月，我國提出加快 5G 網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心等新型基礎設施建設（簡稱“新基建”）進度?！靶禄ā敝械拿總€行業(yè)均離不開電能，功率半導體作為電能處理的核心器件將隨著“新基建”的推進迎來不斷增長的市場空間。國家產(chǎn)業(yè)政策同時從供給和需求端為功率半導體行業(yè)的快速發(fā)展營造了良好的政策環(huán)境。

B、產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)移為國產(chǎn)化提供了機遇

根據(jù)市場發(fā)展規(guī)律，制造業(yè)鄰近下游需求的空間分布，能夠降低生產(chǎn)成本、促進產(chǎn)品開發(fā)合作、縮短供貨周期、及時響應客戶需求，下游需求的崛起為孕育上游本土化的功率半導體企業(yè)創(chuàng)造了優(yōu)沃土壤。相比國外廠商，國內(nèi)廠商與下游客戶的距離更近，客戶的溝通交流更加順暢，并且在客戶需求服務響應、降低成本等方面具有競爭優(yōu)勢，功率半導體國產(chǎn)替代率逐漸上升是大勢所趨。此外，功率半導體產(chǎn)品銷售從導入到驗證需要一定的周期，因此，在客戶拓展正式形成銷售后具有較強的客戶粘性。在半導體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和國產(chǎn)化政策的驅(qū)動下，中國功率半導體企業(yè)迎來了發(fā)展壯大的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。

C、下游需求發(fā)展提供了直接支撐

功率半導體的應用十分廣泛，幾乎覆蓋了所有的電子制造業(yè)，且隨著新應用場景的出現(xiàn)而發(fā)展。隨著“智能制造”和“新基建”等國家政策的深入推進，上述每個行業(yè)均離不開電能，功率半導體作為電能處理的核心器件將隨著“智能制造”和“新基建”的推進迎來不斷增長的市場空間。此外，“碳達峰、碳中和”雙碳戰(zhàn)略的落實，功率半導體作為新能源裝置的重要零部件之一，將迎來不斷增長的市場空間。需求端的發(fā)展為功率半導體行業(yè)提供了良好的市場環(huán)境。

（2）挑戰(zhàn)

A、技術壁壘

目前，在功率半導體市場，國外廠商占據(jù)了主導地位。由于國外半導體公司對其掌握的先進技術實行嚴格的技術封鎖，本土企業(yè)很難直接從大型半導體公司學習先進技術，必須依靠自主研發(fā)實現(xiàn)技術突破，在一定程度上延緩了我國高端功率半導體的發(fā)展速度。

B、市場下行

功率半導體由于其應用場景豐富，下游需求廣泛。目前，受益于下游市場需求增長，功率半導體行業(yè)整體景氣度較高，但不排除未來市場形勢發(fā)生變化，進入周期性調(diào)整階段，出現(xiàn)下游市場需求降低、產(chǎn)品供給過剩等情形，導致產(chǎn)品價格下跌，制造企業(yè)產(chǎn)能過剩、產(chǎn)能利用率不足，從而對公司的生產(chǎn)經(jīng)營形成挑戰(zhàn)。

來源：普華有策ph

審核編輯 ：李倩