两会提案:功率半导体将成为“中国芯”的最好突破口

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特别时期,“两会”的声音加倍值得等候。


跟着中美科技角力短兵相接,两会上代表委员们关于中国半导体财富成长的提案和建议备受瞩目。个中民进中央拟提交“关于鞭策中国功率半导体财富科学成长的提案”。

提案透露,近年来,国度出台了一系列政策办法支撑和鞭策半导体财富成长,取得了较为凸起的成绩,已根基完成了财富链的结构,且在功率半导体范畴呈现多点开花的精巧形势。

然则,当前从全球功率半导体市场看,一方面传统的硅材料功率半导体仍然有伟大的成长空间,有研究显露全球市场的碳化硅及氮化镓等新材料功率半导体芯片市场应用量是约3亿多美金,硅材料功率半导体芯片市场应用量跨越200亿美金。国际市场的IGBT芯片主流是硅材料5代、6代及7代产物,国际功率半导体行业认为,硅材料功率半导体材料已经有30多年的大规模市场应用验证,不乱靠得住,价钱低,另有手艺成长空间等特点,在将来至少7至8年摆布仍是市场应用主流。另一方面以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料正蓬勃成长而我国碳化硅、氮化镓功率半导体器件研提议步晚,在手艺上仍有很大差距。可喜的是,在国度多项科研规划的搀扶下,这方面已经大幅缩小了与国际的手艺差距,并取得了不少成就。

跟着工业、汽车、无线通信和消费电子等范畴新应用的络续涌现以及节能减排需求日益急迫,我国功率半导体有宏大的市场需求,轻易催生新财富新手艺,在国度政策利好下,功率半导体将成为“中国芯”的最好冲破口。

为此,建议:

一、进一步完美功率半导体财富成长政策,鼎力搀扶硅材料功率半导体芯片手艺攻关,立项支撑硅材料功率半导体材料、芯片、器件等设计和制造工艺流程手艺。经由多年结构和成长,我国在硅材料IGBT芯片手艺方面有必然的手艺根蒂和沉淀,能够将集中冲破硅材料6代功率芯片产物设计及批量制造工艺手艺作为成长重点,接纳先易后难、解决“有无”问题的成长策略,尽快实现功率半导体芯片自立供给。

二、加大新材料科技攻关大数据传输、云较量、AI手艺、物联网,包罗下一步的能源传输,对收集传输速度及容量提出了越来越高的要求,大功率芯片的市场需求非常大。从财富成长趋势看,碳化硅、氮化镓等新材料应用于功率半导体优势显着,是下一代功率半导体的焦点手艺偏向。今朝碳化硅、氮化镓市场处于起步阶段,国内厂商与国外传统巨头之间差距较小,国内企业有望在本土市场应用中实现弯道超车。

  • 一是要把功率半导体新材料研发加入国度规划,周全布置,竭力抢占计谋制高点。

  • 二是指导企业积极知足将来的应用需求,进行前瞻性结构。鞭策功率半导体龙头企业出力霸占一批财富成长要害手艺、应用手艺难题,在国际竞争中抢占先机。

  • 三是要避免对新概念的过热炒作。新材料从发现潜力到财富化,需要竖立起高效的产学研系统,打造加倍开放包涵的投资情况。


三、郑重支撑收购国外功率半导体企业。经由收购很难实现完全学会和把握国际进步的功率半导体芯片设计及制造工艺手艺,同时国外工场制造的产物仍然存在着无法出口到中国的危险。

功率半导体概述



功率半导体是电子装配电能转换与电路掌握的焦点,素质上,是经由行使半导体的单领导电性实现电源开关和电力转换的功能,来实现变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开关等,被普遍应用于汽车、通信、消费电子和工业范畴。
 
功率半导体首要分为功率器件、功率IC个中功率器件首要包罗二极管、晶体管、晶闸管三大类别,个中晶体管是分立器件中市场份额最大的种类。常见晶体管首要有BJT、IGBT和MOSFETMOSFET和IGBT逐渐成为主流,而多个IGBT能够集成为IPM模块,用于大电流和大电压的情况。功率IC是由功率半导体与驱动电路、电源治理芯片等集成而来的模块,首要应用在小电流和低电压的情况。
 
图:功率半导体分类(中银证券)
 
凭据Yole数据,2017年功率IC占全球功率半导体市场规模的54%,是市场份额占比最大的功率半导体产物;MOSFET市场规模占比17%;功率二极管市场规模占比15%;因为IGBT的把持频率局限较广,可以笼盖较高的功率局限,市场规模占比12%。
 

图:功率半导体市场构造(新时代证券)


二极管:二极管是最简洁的功率器件,平日用于稳压电路、整流电路、检波电路等。整流器由二极管与一些金属堆叠而成,二者在功能上相似。凭据Yole的数据,2016年全球二极管及整流器市场规模为33.43亿美元,个中整流器市场规模为27.58亿美元,占比为82.50%。
 
MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)可普遍运用于数字电路和模拟电路,运用于开关电源、镇流器、高频感应加热等范畴。MOSFET在功率器件中占比最高,2018年全球MOSFET市场规模为59.61亿美元,占功率器件市场的39.78%。估计2020年全球市场规模可达68.81亿美元。

图:全球MOSFET市场规模(新时代证券)


IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是电机驱动的焦点,普遍应用于逆变器、变频器等,其应用范畴非常普遍,小抵家电、数码产物,大到航空航天、高铁等范畴,新能源汽车、智能电网等新兴应用也会大量使用IGBT。IGBT分为IGBT芯片和IGBT模块,IGBT模块常用于大电流和大电压情况。估计2022年全球IGBT芯片市场规模为14.07亿美元,IGBT模块市场规模为47.75亿美元
 

图:全球IGBT市场规模


功率IC:功率IC平日由功率器件、电源治理芯片和驱动电路集成而来,能承受的电流对照小,能承受大电流的模块一样是IGBT集成形成的IPM模块。功率IC能够分为以下五大类:线性稳压、开关稳压器、 电压基准、开关IC和其他功率IC。

功率半导体的应用范畴普遍,市场规模持续增进



凭据Yole数据,2017年全球功率半导体市场规模为327亿美元,估计到2022年达到426亿美元,复合增进率为5.43%。个中,工业、汽车、无线通信和消费电子是功率半导体的前四大终端市场。凭据中商财富研究院的数据,2017年工业应用市场占全球功率半导体市场的34%,汽车范畴占比为23%,消费电子占比为20%,无线通信占比为23%。跟着对节能减排的需求日益急迫,功率半导体的应用范畴从传统的工业范畴和4C范畴慢慢进入新能源、智能电网、轨道交通、变频家电等市场。

图:全球功率半导体市场规模 

图:功率半导体终端市场款式

受益于工业、电网、新能源汽车和消费电子范畴新兴应用络续显现,功率半导体器件市场规模络续增进。凭据Yole数据,2017年全球功率半导体器件市场规模为144.01亿美元,估计到2022年功率半导体器件市场规模将达到174.88亿美元,复合增进率为3.96%。

图:全球功率半导体器件市场规模

工业范畴:工业范畴是功率半导体最大的市场,数控机床、牵引机等电机对功率半导体需求很大,首要使用的功率半导体是IGBT。


凭据中商财富研究院的数据,2016年全球工业功率半导体的市场规模为90亿美元,受益于工业手艺的提高,2020年全球工业功率半导体的市场规模将达到125亿美元,复合增进率为8.56%。
 
汽车电子:与传统汽车比拟,电动汽车将新增大量与电池能源转换相关的功率半导体器件,功率半导体应用大幅上升。凭据麦肯锡统计数据,纯电动汽车的半导体成本比传统汽车凌驾近1倍。凭据中商财富研究院、英飞凌数据,2017年全球汽车功率半导体市场规模为58亿美元,估计到2020年达到70亿美元,复合增进率6.47%。
 
同时,与新能源汽车相配套的充电桩对功率半导体需求也很大,新能源汽车充电桩分为直流IGBT充电桩和交流MOSFET充电桩,估计2020 年直流充电桩需求为151万个,交流充电桩需求90.6万个,2020年全球充电桩市场对功率半导体的需求为15.22亿美元。
 
智能电网:智能电网发电过程中使用大量的逆变器和整流器,个中焦点的功率半导体是 IGBT。光伏电网还需要使用大量的光伏二极管,估计2020年全球光伏功率半导体市场规模27.54亿美元。
 
通信行业:5G将成为通信功率半导体市场的增进动力,5G通信带动基站等设备的扶植。通信设备市场规模络续提拔,功率半导体需求络续增加,凭据中商财富研究院数据,全球通信功率半导体市场规模将由2017年的57.45亿美元增进至2020年的65.96亿美元,复合增进率为4.71%,5G基站升级是通信功率半导体市场最主要的鞭策力。
 
消费电子:消费电子类型好多,电视、手机、冰箱、空调等产物都要使用功率半导体,一样是小电压的功率半导体,如MOSFET等。受益于Type-C接口普及以及电子产物升级换代,消费电子对功率半导体需求稳步增加。凭据中商财富研究院数据,2017年全球消费电子功率半导体的市场规模为19.6亿美元,估计到2020年市场规模将达到23亿美元,复合增进率为5.48%。

市场款式



功率半导体行业壁垒较高,在高端功率器件范畴,以美、日、欧龙头厂商为主导。凭据IHS统计,英飞凌、安森美、意法半导体、三菱电机、东芝半导体是全球前五的功率半导体供给商,前五大供给商市场占比达到42.6%,前十大供给商占比达到60.6%。
 
而功率半导体厂商大多采用IDM模式,有完整的晶圆厂、芯片制造厂和封装厂,垂直整合优势显着,对成本和质量掌握能力很强,实力强劲。欧美日的功率半导体厂家大多是IDM模式,以高端产物为主;中国大陆的厂商大多也是IDM模式,产物以低端二极管和低压MOSFET为主,实力较弱;中国台湾以Fabless模式为主,首要负责芯片制造和封装。

图:功率半导体竞争款式情形
 
从供给端来看,全球功率半导体的首要产地集中在欧美日,占有全球功率半导体大部门的市场份额。其次是中国台湾,今朝占有全球10%的市场份额。中国大陆以二极管、低压MOSFET、晶闸管等低端功率半导体为主,今朝实力较弱,占有全球10%的市场份额。


从需求端来看,中国是全球最大的功率半导体消费国。凭据Yole数据,中国功率半导体市场空间占全球比例39%,居第一位;


如斯看来,中国大陆功率半导体呈供需严重不成家的款式,且国内以低端产物为主,国产替代缺口伟大。跟着新范畴的应用增加以及欧美产物升级财富转移到国内,国内市场将有很大的增进空间

图:全球功率器件供给按照区域划分占比

图:全球功率器件需求按区域划分占比

全球功率半导体厂家




中国大陆生产企业:

杨杰科技:光伏二极管范畴龙头,国内功率器件市占率第二。
捷捷微电:消费电子范畴晶闸管龙头, 国内晶闸管市场占有率45%以上。
台基股份:工控范畴晶闸管龙头。
华微电子:中功率IGBT行业国内向导者。
士兰微:中高功率IGBT国内领军企业。
斯达半导:国内IGBT龙头,IGBT全球前十。
华润微:国内营业收入最大、产物系列最全的MOSFET厂商。
闻泰科技:安世半导体分立器件、逻辑器件、MOSFET器件的首要产物市占率均位于全球前三。
姑苏固锝:国内整流器件龙头、全球最大的二极管生产商之一。




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