6月29日，臺基股份表示將募資5.02億元，投建新型高功率半導體器件升級項目等;投資60億元的富能功率半導體器件項目6月建成，預計年底投片;華微電子8英寸功率半導體器件晶圓生產(chǎn)線(xiàn)項目第一期6月通線(xiàn)……在半導體領(lǐng)域，功率器件的總體表現一向以平穩著(zhù)稱(chēng)，然而近段時(shí)期產(chǎn)業(yè)熱度卻在迅速提高，相關(guān)投資擴建的消息不斷涌現。這種情況無(wú)疑與市場(chǎng)需求的增長(cháng)密切相關(guān)。

在新基建的激勵之下，市場(chǎng)對電力電子設備的需求越來(lái)越強烈。這為功率半導體器件行業(yè)的發(fā)展添了一把火。在此情況下，功率半導體器件將呈何種發(fā)展趨勢?

新基建利好功率半導體器件

功率半導體器件有電力電子的“CPU”之稱(chēng)。本質(zhì)上，它是利用半導體的單向導電性能，在電力電子設備中實(shí)現變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開(kāi)關(guān)等電能轉換，達到對電能(功率) 的傳輸、處理、存儲和控制。

隨著(zhù)電力電子設備越來(lái)越普及，電器化、信息化、數字化越來(lái)越深入地影響著(zhù)社會(huì )的發(fā)展。在此背景下，功率半導體器件所發(fā)揮的作用也就越來(lái)越巨大，特別是今年年初以來(lái)，我國大力推動(dòng)新基建，這為功率半導體器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又添了一把火。

新基建本質(zhì)上是信息數字化的基礎設施建設，這些設施都繞不開(kāi)電力和電子設備的應用。根據中國工程院院士丁榮軍介紹，新基建主要包含信息、融合、創(chuàng )新三個(gè)方面的基礎設施建設。以5G、物聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò )基礎設施，以云計算、區塊鏈、數據中心為代表的數據基礎設施等，這些設施均為用電大戶(hù)，對用電的需求量和質(zhì)量(供電電源穩定性、功率放大和能源利用效率)都有更高要求。這必然要依托于功率半導體器件作為底層技術(shù)。而在新基建關(guān)注的融合基礎設施涵蓋智能交通、智慧能源等領(lǐng)域，比如高速列車(chē)、城際列車(chē)和城市軌道交通等，功率半導體器件作為電能轉換的關(guān)鍵核心部件，能夠大幅度提升電能轉換和傳輸過(guò)程效率，降低能源的消耗。在重大科技基礎設施、科教基礎設施、產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新基礎設施等，功率半導體器件技術(shù)支撐著(zhù)眾多產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎與共性核心技術(shù)?？梢哉f(shuō)，功率半導體器件是新基建部署和實(shí)施的底層保障和基礎支撐。

比亞迪功率器件總經(jīng)理楊欽耀也指出，功率半導體器件廣泛應用于新基建的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在特高壓、新能源汽車(chē)充電樁、軌道交通及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面起到核心支撐作用，在5G基建和大數據中心建設的電源模塊中是非常關(guān)鍵的元器件。

正是由于功率半導體器件在5G基建、特高壓、新能源汽車(chē)充電樁、大數據中心等當中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，功率半導體器件在這些領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。隨著(zhù)新基建的快速實(shí)施，功率半導體器件廠(chǎng)商將迎來(lái)巨大的成長(cháng)機遇。

根據IHS數據，2018年我國功率半導體器件市場(chǎng)規模138億美元。2021年我國功率半導體器件市場(chǎng)規模有望達到159億美元，年復合增長(cháng)率4.83%，超過(guò)全球功率半導體器件的增長(cháng)速度。中金公司研究部認為，在“新基建”以及進(jìn)口替代推動(dòng)下，預計2025年中國僅通信基站用電源類(lèi)功率半導體器件市場(chǎng)將達到126億元。

明星產(chǎn)品IGBT與MOSFET占比快速提升

功率半導體器件經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，產(chǎn)品種類(lèi)繁多，主要包括功率二極管、功率三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等。其中，MOSFET和IGBT由于產(chǎn)品性能優(yōu)越，近年來(lái)市場(chǎng)規模增長(cháng)迅速，占比不斷提升。IC Insights報告中指出，在各類(lèi)功率半導體器件中，未來(lái)最看好的產(chǎn)品是MOSFET與IGBT模組。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，MOSFET是一種可以廣泛使用在模擬與數字電路的場(chǎng)效應晶體管。MOSFET具有導通電阻小、損耗低、驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單、熱阻特性佳等優(yōu)點(diǎn)，適合用于PC、手機、移動(dòng)電源、車(chē)載導航、電動(dòng)交通工具、UPS電源等電源控制領(lǐng)域。IHS預估，2022年全球MOSFET市場(chǎng)規模接近75億美元。

IGBT是由雙極型三極管(BJT)和MOSFET組成的復合式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT 的低導通電阻的優(yōu)點(diǎn)。IGBT驅動(dòng)功率小，非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統，如新能源汽車(chē)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、交流電機等，預估2020年全球IGBT市場(chǎng)空間達到60億美元左右。

新基建的實(shí)施無(wú)疑將進(jìn)一步強化MOSFET和IGBT的市場(chǎng)領(lǐng)先優(yōu)勢。楊欽耀指出，新能源汽車(chē)、軌道交通等多個(gè)領(lǐng)域加速崛起，將帶動(dòng)功率半導體器件產(chǎn)業(yè)迎來(lái)發(fā)展機遇。以新能源汽車(chē)為例，新能源汽車(chē)工作時(shí)電流范圍在-100A到+150A之間，如此巨大的電流需要被電控單元精準控制，以實(shí)現汽車(chē)的制動(dòng)，而當中最核心的零部件就是IGBT。有數據顯示，新能源中汽車(chē)功率半導體器件的價(jià)值量約為傳統燃油車(chē)的5倍以上，IGBT約占新能源汽車(chē)電控系統成本的37%。未來(lái)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(cháng)，有望帶動(dòng)IGBT使用量的顯著(zhù)提升，從而有力推動(dòng)IGBT市場(chǎng)的發(fā)展。

通信行業(yè)是功率半導體器件應用的另一大領(lǐng)域。華潤微電子功率器件事業(yè)群總經(jīng)理李虹指出，5G是新基建的核心，AI在5G基礎上將得到快速發(fā)展，兩者相輔相成，是未來(lái)最具潛力的增長(cháng)領(lǐng)域。半導體產(chǎn)業(yè)尤其是功率半導體器件產(chǎn)業(yè)，既是技術(shù)驅動(dòng)的產(chǎn)業(yè)，也是應用需求拉動(dòng)的產(chǎn)業(yè)。5G建設所需的基站設備及其普及后帶來(lái)物聯(lián)網(wǎng)、云計算的快速發(fā)展，將對功率半導體器件產(chǎn)生長(cháng)期大量需求。以5G的核心技術(shù)MassiveMIMO為例，它的廣泛布署將大大提升對于MOSFET構成的射頻器件需求。

第三代半導體具備發(fā)展潛力

從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，隨著(zhù)硅基器件的趨近成本效益臨界點(diǎn)，近年來(lái)主流功率半導體器件廠(chǎng)商紛紛圍繞碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等第三代半導體材料進(jìn)行探索。第三代半導體材料具備寬禁帶、低功率損耗等特性，迅速在高壓高頻率等新場(chǎng)景下發(fā)展壯大，成為功率半導體器件領(lǐng)域未來(lái)的重要發(fā)展趨勢之一。

不過(guò)，第三代半導體也存在著(zhù)制造成本較高以及長(cháng)期可靠性疑慮等問(wèn)題，因此還需要更加廣泛的推廣應用，以降低成本、提高性能。而新基建的實(shí)施無(wú)疑對第三代半導體材料在功率器件當中擴大滲透率有著(zhù)極大的幫助。對此，意法半導體亞太區功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區域營(yíng)銷(xiāo)和應用副總裁沐杰勵就指出，新基建對于SiC和GaN器件而言，是一個(gè)巨大的機會(huì )。SiC器件相對于Si器件的優(yōu)勢之處在于可以降低能量損耗、更易實(shí)現小型化和更耐高溫。SiC器件在直流充電樁及智能電網(wǎng)、工業(yè)用電等領(lǐng)域使用，可以帶來(lái)高效率、大功率、高頻率的優(yōu)勢。GaN器件也有其市場(chǎng)空間。GaN的優(yōu)勢在于其開(kāi)關(guān)頻率非常高。高開(kāi)關(guān)頻率意味著(zhù)可以使用尺寸更小的無(wú)源元件。如果需要減小器件的外形尺寸，這時(shí)GaN將發(fā)揮重要作用。

以新能源汽車(chē)充電樁為例，沐杰勵指出，充電樁建設已經(jīng)成為新基建的一部分，車(chē)樁比及充電樁的有效分布會(huì )直接影響新能源汽車(chē)消費者的使用體驗。隨著(zhù)新能源汽車(chē)使用率提高，消費者對方便、快速充電的需求也越來(lái)越高，因此需要擴大基礎設施建設，增加充電站數量并提供更快的充電服務(wù)。先進(jìn)的功率技術(shù)和新材料如SiC在新能源汽車(chē)中起著(zhù)重要作用。車(chē)載充電器和逆變器正在推動(dòng)半導體公司投資新的寬禁帶半導體技術(shù)和新型IGBT，并研發(fā)新的功率封裝解決方案，以最大限度地利用這種高端硅技術(shù)的優(yōu)勢。數據顯示，2018-2025年SiC MOSFET在充電樁等工業(yè)領(lǐng)域預計將保持12%的平均增長(cháng)速度。

來(lái)源：中國電子報