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中国功率半导体,开启黄金十年

2023/03/13
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随着国内功率半导体厂商对相关产品的持续研发,以及国外巨头的产能不断扩张,功率半导体如今已成为竞争激烈的“红海市场”。

功率半导体的功能主要是对电能进行转换,对电路进行控制,改变电子装置中的电压和频率,直流或交流等,具有处理高电压,大电流的能力。

在过去相当长的一段时间里,功率半导体市场一直由欧、美、日等外资巨头牢牢占据着主导地位,随着近年来新能源汽车的发展,许多本土企业也纷纷入局。放眼市场,不论是传统Si功率器件IGBTMOSFET,还是以SiCGaN等为代表的第三代半导体,国内都有企业布局。

IGBT市场爆发

2022年中国IGBT产业进入爆发期。

根据中国汽车工业协会最新统计显示,2022年中国新能源汽车持续爆发式增长,产销分别完成705.8万辆和688.7万辆,同比分别增长96.9%和93.4%,连续8年保持全球第一。

IGBT作为新能源汽车核心零部件,需求量持续高涨。IGBT芯片厂商包括英飞凌和安森美等,这些大厂的交期平均都在一年以上,同时海外如欧洲和美国的电动车市场也开始进入高速增长期,他们会优先保障本土供应。因此,在供需偏紧的情况下,国产IGBT厂商在车载IGBT领域的替代进程加速。

2021年底,时代电气、士兰微和华虹半导体等厂商的IGBT产能相继投产,相关企业利润也迅速增厚。比如:斯达半导、士兰微、比亚迪半导体、时代电气、宏微科技、华润微、新洁能等半导体企业IGBT业务均实现了极大提升,车规级IGBT产品在市场上也实现了极大突破。

根据DIGITIMES Research统计与分析,2022年IGBT因电动车与光伏发电市场的强劲需求,在供应端产能有限的情况下,整体供需缺口达13.6%。对于中国市场来说,IGBT是近年来半导体和电动汽车的布局热点,不过至今车规级IGBT产品国产化率仍然较低。

MOSFET营收超亿

MOSFET器件具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等特点,广泛应用于低中高压的电路中,是覆盖电压范围最广,下游应用最多的功率器件之一。

随着新能源汽车加速发展,汽车功率器件供应缺口拉大,以及以瑞萨为代表的大厂逐步退出中低压 MOSFET 部分市场。在供给优化与需求增加的双重驱动下,国产车规级功率器件厂商开始加速进入汽车供应链。

目前士兰微、安世半导体在 MOSFET 市场份额上位列国内厂商前列。此外,华润微、扬杰科技、苏州固锝、华微电子、新洁能、东微半导、捷捷微电等国内厂商近年来在车规级 MOSFET 领域持续发展。

以士兰微、华润微、扬杰科技为代表的 IDM 公司已覆盖高压超级结产品,并逐步扩大产品占有率:士兰微已完成 12 英寸高压超结 MOS 工艺平台开发;华润微2022年Q1高压超结产品收入超亿元;扬杰科技2022年Q1汽车 MOS 订单实现大幅增长。

在设计公司端,东微半导、新洁能为代表的 MOSFET 厂商发展迅速:东微半导 2022年Q1高压超结 MOS 产品收入占比达 78.1%,车载充电机收入占比超14%;新洁能2022年Q1 超结MOS 收入近亿元(占11.5%),汽车电子收入占比达 13%。

SiC持续加码

SiC作为第三代半导体材料,具有比硅更优越的性能。不仅禁带宽度较大,还兼具热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射性能强、热稳定性和化学稳定性好等优良特性。

SiC器件广泛用于光伏逆变器工业电源充电桩市场,已成为中国功率半导体厂商的必争之地。目前斯达半导车规级 SiC MOSFET 模块开始大批量装车应用,并新增多个使用车规级 SiC MOSFET 模块的主电机控制器项目定点;三安光电、华润微等企业在 SiC 二极管、SiC MOSFET 等器件领域已逐步实现产品系列化;士兰微、闻泰科技等企业也积极布局 SiC 器件研发,并已取得阶段性进展。

面对市场需求转变,功率半导体被认为是中国半导体产业崛起的可能突破口之一,中国厂商也投入了大量资金进行布局,相关计划也陆续传出进度更新的消息。

豪掷千金“下注”

去年12月,华润微电子重庆12英寸晶圆制造生产线以及先进功率封测基地实现通线。其12英寸晶圆制造生产线项目总投资75.5亿元,功率半导体封测基地项目总投资42亿元,成功通线标志着华润微车用功率装置产业基地已初步成形,将持续支持产品应用升级,进一步完善在车用功率半导体领域的布局。

去年10月,中车时代功率半导体器件核心制造产业园项目开工。该项目计划总投资逾52亿元。项目建成达产后,可新增年产36万片8英寸中低压组件基材的生产能力,产品主要面向新能源发电及工控家电领域。

去年6月,士兰微投资建设“年产720万块汽车级功率模块封装项目”该项目总投资30亿元。随后在10月,又投资65亿元,用于年产36万片12英寸芯片生产线项目(39亿元)、SiC功率器件生产线建设项目(15亿元)、汽车半导体封装项目(一期)(30亿元)等。

当下困局

可以看到,中国功率半导体的发展如火如荼,各大厂商正在大举进军,然而功率半导体行业仍存在着诸多难题需要克服。

整体国产率依旧较低。中国的功率半导体产业规模增速快于全球,但总的来说,本土功率半导体器件自给率依旧较低,在器件的生产制造和自身消费之间存在巨大供需缺口。据中商产业研究院数据显示,2020年国内功率半导体市场需求规模达到56亿美元,占全球需求比例约为39%。中国是全球最大的功率器件消费国,但国内功率器件整体自给率不足10%,自给率很低,超过90%的需求还依靠进口。

缺乏行业龙头。根据Omdia公布的2021年功率半导体市场前十大厂商销售额排名,英飞凌排名第一,安森美排名第二,意法半导体排名第三,中国则只有闻泰科技旗下安世半导体上榜,排名第八。可以看到,相比美日欧强势的市占率,中国还与之存在较大差距。

产品处于劣势。功率半导体器件真正实现“上车”需要经过多重验证。目前意法半导体、英飞凌等设计生产的SiC MOSFET已经大规模上车。中国厂商的斯达半导、比亚迪半导体等,尚处于少量供应阶段。不过随着技术逐步突破,国内功率半导体产品正在陆续完成车规认证。

何时能跑出中国的英飞凌?

近日,士兰微发布了向特定对象融资65亿元,以发展包括SiC和IGBT等功率器件在内的多项产品的报告。在报道中,士兰微分享了他们对功率半导体,特别是中国功率半导体行业的看法。

士兰微在报告中指出:

近年来,功率半导体行业呈现稳健增长的态势,根据 IHS Markit 的统计,2021 年全球功率半导体市场规模约为 462 亿美元。随着下游应用领域的不断拓展延伸 以及物联网通信和新能源汽车等新兴应用领域的蓬勃发展,未来功率半导体市场仍将保持增长态势。根据 IHS Markit 预测,到 2024 年全球功率半导体市场规模将达到 522 亿美元。

中国作为全球最大的新能源汽车市场,在车规级功率半导体市场领域一直被国际巨头占据,国内自给率不足 10%,存在巨大的供需缺口。但功率半导体器件技术迭代速度较慢,使用周期较长,国内厂商拥有充足的发展和追赶时间。

正如士兰微所言,功率半导体采用非尺寸依赖的特色工艺,不追求7nm、5nm等先进制程,因此功率半导体相对逻辑IC工艺技术难度低,同时不需要动辄百亿美金的产线投入,国产厂商更容易实现技术追赶。

根据中国半导体行业协会的数据,2021年中国功率半导体前十大企业为安世半导体、华润微、扬杰科技、士兰微、华微电子、捷捷微电、斯达半导、新洁能、比亚迪半导体、时代电气。前十大企业中,安世半导体产品覆盖最为全面,基本上涵盖了二极管、MOS、IGBT、SiC等主要产品线;此外,士兰微、华润微、扬杰科技等老牌功率器件厂商产品也基本上覆盖了市场主流的MOS和IGBT产品;而比亚迪半导体和时代电气,背靠母公司拥有强大的终端市场,相关功率器件产品除了自用外,也走向市场开始向其他大客户实现了批量出货。

中国拥有功率半导体应用增长最快、潜力最大的特色市场,市场的比重也在继续提升,未来,随着技术水平的提升以及管理经验的积累,国内相关企业有望进一步对国外企业形成竞争优势,占据更大的市场空间。

作者:丰宁

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士兰微电子

士兰微电子

杭州士兰微电子股份有限公司(600460)坐落于杭州高新技术产业开发区,是专业从事集成电路芯片设计以及半导体微电子相关产品生产的高新技术企业。公司成立于1997年9月,总部在中国杭州。2003年3月公司股票在上海证券交易所挂牌交易,是第一家在中国境内上市的集成电路芯片设计企业。得益于中国电子信息产业的飞速发展,士兰微电子已成为国内规模最大的集成电路芯片设计与制造一体(IDM)的企业之一,其技术水平、营业规模、盈利能力等各项指标在国内同行中均名列前茅。

杭州士兰微电子股份有限公司(600460)坐落于杭州高新技术产业开发区,是专业从事集成电路芯片设计以及半导体微电子相关产品生产的高新技术企业。公司成立于1997年9月,总部在中国杭州。2003年3月公司股票在上海证券交易所挂牌交易,是第一家在中国境内上市的集成电路芯片设计企业。得益于中国电子信息产业的飞速发展,士兰微电子已成为国内规模最大的集成电路芯片设计与制造一体(IDM)的企业之一,其技术水平、营业规模、盈利能力等各项指标在国内同行中均名列前茅。收起

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