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功率半导体器件行业介绍及竞争格局发展趋势面临的机遇挑战
发布日期:2022-07-04 14:14:00

功率半导体器件行业介绍及竞争格局发展趋势面临的机遇挑战

功率半导体分立器件行业市场容量巨大,行业内企业众多,市场集中度很低,呈现出结构性竞争的特点。随着充电桩数量的增加和普及率的提升,半导体分立器件也将迎来新的巨大市场空间,新能源汽车的推广将成为半导体分立器件的重大机遇。半导体分立器件在消费电子领域有着广阔的应用空间。随着智能家电的更新换代,半导体分立器件也将会迎来稳定的市场增长。未来长期发展前景良好,新增光伏装机量将保持持续上升,也将为功率半导体提供广阔的市场空间。

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1、功率半导体器件简介

功率半导体器件是电力电子产品的基础之一,也是构成电力电子变化装置的核心器件之一,主要用于电力电子设备的整流、稳压、开关、混频等,具有应用范围广、用量大等特点,在消费电子、汽车电子、电子仪器仪表、工业及自动控制、计算机及周边设备、网络通讯等众多国民经济领域应用广泛。从细分市场来看,保护器件受益于智能制造、电力改造、电子通讯升级、互联网普及等趋势,销售规模不断扩大,其市场也逐步向高端推进。近年来,受益于国际电子制造产业的转移,以及下游行业需求的拉动,我国功率半导体行业保持了较快的增长态势。

(1)晶闸管简介

晶闸管诞生于上世纪 50 年代,是一种基础型功率半导体分立器件,主要用于电力变换与控制,可以用微小的信号功率对大功率的电流进行控制和变换,

具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、效率高、控制灵敏、使用寿命长等优点。晶闸管的功能包括整流、无触点开关、快速接通、切断电流、交流调压、逆变变频等,实际应用中既可以用于单次开关,也可以通过调整开关的时间,控制电路的输出功率,从而改变电机的转速。晶闸管推动了半导体技术从弱电领域进入强电领域,成为工业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面广泛采用的电子元器件。晶闸管的设计技术与生产工艺至今仍在不断完善,产品性能日益提高。由于晶闸管具有技术成熟、电压电流容量较高、可靠性高、性价比高等优势,有利于提高终端产品的良品率、减少维修费用,在发电、输电、变电、配电、用电的各个应用场合占有重要地位,并被广泛应用于家用电器、汽车电子等领域,具有广泛性和不可替代性。

晶闸管根据电流的控制方向分类,可以分为单向晶闸管和双向晶闸管。单向晶闸管可以控制单一方向的电流,主要用于单一方向的保护,而双向晶闸管则可以控制两个方向的电流,在交流电路中有更广泛的应用。晶闸管根据电压高低分类,可以分为适用于民用电环境的 600V、800V 晶闸管,适用于工业用电环境的 1200V 晶闸管,以及适用于电力电子行业的 1700V、3300V 晶闸管。

此外,晶闸管根据适用电流大小分类,可以分为低于 55A 的中小电流晶闸管,以及大于 55A 的大电流晶闸管。高压大功率晶闸管产品主要应用于工业制造和汽车电子领域,对产品的稳定性和可靠性有更高的要求,产品的开发技术和制造难度进一步增加。

(2)保护器件简介

半导体保护类器件种类较多,主要有浪涌电流抑制器(TSS)、瞬态电压抑制器(TVS)、静电保护器件(ESD)、集成保护器件、Y 电容、压敏电阻等,可应用于汽车电子系统、楼宇监控及安防系统、通讯设备及通讯终端、电脑各种接口保护、电子消费品、便携式电子产品、仪器仪表、家用电器和工业电器控制等各类需要防浪涌冲击、防静电的电子产品内部,用以对电路提供保护,以免受到突发的过高电压或过大电流损害。半导体保护器件可使电子产品具有抗雷电浪涌(SURGE)、静电放电(ESD)、电瞬变(EFT)电感负载切换以及交流电源波动的能力,使产品更加耐用可靠,从而降低产品的修理、维护及更新费用。由于使用场合广泛,半导体保护器件市场规模较大,并不断外延。

随着节能环保和智能化时代的到来,家用电器和电子产品向着高端方向演进,高效节能、绿色环保、智能化、一体化等高新技术引领行业发展。在此背景下,一方面是下游产品的技术进步和功能增加使得总体数量上需要更多的半导体保护器件,另一方面智能化和高端化的下游产品更加精致和昂贵,更加需要高性能、高可靠性的保护器件进行雷击保护和静电保护。此外,在注重用户体验的市场营销战略下,基于用户体验和产品安全的考虑,高性能、高可靠性的保护器件也将受到更多下游生产商的重视,需求将进一步扩大。

(3)MOSFET 简介

MOSFET 全名即 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,指金属氧化物半导体场效应晶体管,主要分为以下几类:Planar(平面型)MOSFET,Trench(沟槽型)MOSFET,SGT(Shielded Gate Transistor,屏蔽栅沟槽型)MOSFET 和 SJ(Super Junction,超结型)MOSFET 等。MOSFET 问世于 1980年左右,是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路中的场效应晶体管,用于将输入电压的变化转化为输出电流的变化,起到开关或放大等作用。随着技术的发展,沟槽型MOSFET于1990年左右逐步研发成功。屏蔽栅沟槽型MOSFET和超结型 MOSFET于本世纪初由英飞凌(Infineon)率先推出。对国内市场而言,MOSFET 产品由于其技术及工艺的先进性,很大程度上仍依赖进口,国产化空间巨大。

近二十年来,消费电子领域对功率器件的电压和频率要求越来越严格,MOSFET 和 IGBT 逐渐成为主流,国内外 MOSFET 市场规模增长迅速,长期来看仍将保持重要地位。此外随着新能源汽车的崛起,将会对 MOSFET 产生巨大的需求,带来新一轮显著的市场需求增长。

2、行业竞争格局

经过多年的发展,国内厂商在中低端功率半导体器件领域的技术水平、生产工艺和产品品质上已有很大提升,但在部分高端产品领域仍与国外厂商有较大的差距。由于国外公司控制着核心技术、关键元器件、关键设备、品牌和销售渠道,国内销售的高端功率半导体器件仍旧依赖进口。面对广阔的市场前景,国内厂商在技术水平和市场份额的提升上仍有较大的发展空间。

从具体微观层面来看,行业内企业竞争主要围绕以下几个方面展开:(1)随着市场供需关系的不断变化及产品技术的不断升级迭代,拥有 IDM 垂直一体化生产经营能力的企业将会获得更强的竞争优势,具体表现为生产能力、市场反应程度等;(2)新产品方面主要围绕 MOSFET 和高端保护器件的量产展开激烈的竞争;(3)随着国内产品日益高端化,对半导体材料相关的高端人才需求也越来越大,国内各大半导体企业围绕人才储备展开了一定程度的竞争。

3、下游应用

(1)家用电器领域

家电行业的智能化和数字化转型将更加契合消费者的需求,从而迎来市场的进一步扩大。在家用电器行业自身发展壮大的同时,也将带动包括半导体分立器件在内的上游产业共同发展。另外,智能家电相比传统家电对于组成部件中的半导体分立器件的性能提出了更高要求的同时,也为半导体分分立器件厂商提供了更加广阔的市场空间。预计随着智能家电的更新换代,半导体分立器件也将会迎来稳定的市场增长。

(2)消费电子领域

在新一代信息技术应用及消费升级的背景下,我国消费电子产品的深度与广度持续扩展,需求逐渐迈向品质化、多元化和智能化。消费电子产品的功能和性能得到了大幅提升,也进一步推动了对半导体分立器件需求的增加。一方面,由于消费电子产品功能的不断丰富使得其内部结构日趋复杂,需要更多的TVS/ESD 保护器件对其电路进行保护;另一方面,产品内部模块数量的相应增加也需要更多的电源管理芯片对内部电路电源的升压、降压、充放电等进行管理。半导体分立器件在消费电子领域有着广阔的应用空间。

(3)汽车领域

与燃油汽车相比,纯电动汽车主要由电能驱动,其汽车电子产品对功电能变换和电路控制的需求也更高。半导体分立器件作为电子产品的核心组成部分,其用量得到显著提升。也使得新能源汽车及其相关配套设施也成为了功率半导体等半导体分立器件的主要市场推动力。

另外,随着充电桩数量的增加和普及率的提升,半导体分立器件也将迎来新的巨大市场空间,新能源汽车的推广将成为半导体分立器件的重大机遇。

(4)光伏领域

功率模块作为光伏逆变器提高光伏能力转化率的核心器件,可有效促进光伏逆变器运用功率变换及控制系统功能将直流电能转化为符合电网电能质量要求的交流电,实现“直交变换”,最大限度发挥太阳电池性能和系统保护功能,在光伏领域得到了广泛应用。未来长期发展前景良好,新增光伏装机量将保持持续上升,也将为功率半导体提供广阔的市场空间。

4、功率半导体行业未来发展趋势

(1)市场集中度进一步提升,进口替代空间广阔

目前全球半导体分立器件高端产品生产厂商主要集中在欧美、日本和中国台湾。全球前十大半导体分立器件厂商均为境外企业,其总体市场份额占全球市场份额的 50%以上且格局较为稳定。我国半导体分立器件行业的整体实力与国际领先地区仍有较大差距,仍需从境外进口大量的半导体分立器件产品特别是高端产品。但近几年来,国内半导体分立器件企业技术水平和供应能力逐步提升,半导体分立器件产业发展迅猛,为半导体分立器件产品替代进口同类产品创造了巨大的空间。随着少数具备竞争优势的企业通过持续技术积累和自主创新不断扩大产品知名度和市场占有率,国内半导体分立器件行业整体市场集中度将不断提升,进口替代空间非常广阔。

(2)IDM 经营模式优势显著

半导体产业链主要包含芯片设计、晶圆制造、封装测试三大工艺环节。根据所涉及工艺环节的不同,半导体企业采用的经营模式主要为 IDM 模式和Fabless 模式两种。IDM 模式指包含上述全部环节的经营模式,Fabless 模式专注于芯片设计。国际功率半导体龙头企业均采用 IDM 经营模式,国内头部厂商亦采用该模式。随着国际政治经济局势的变化以及持续不断的新冠疫情的影响,IDM 模式可以牢牢掌握完整核心制造工艺及资源,把控市场变化,具备 IDM 制造能力的成熟功率半导体企业更具独立性和稳定性,具有明显的竞争优势。

(3)保护器件发展空间广阔

随着下游应用链条的不断扩展,ESD 等保护器件在消费电子、汽车电子以及工业控制等领域的应用越来越广阔,尤其是近年来,市场对于保护器件的需求越来越高,上述领域的各种电子产品越来越趋向于小型化、集成化、高频化设计,保护器件的发展空间非常广阔。

(4)区位优势效应显著

位于国内重要集成电路聚集区的企业在上下游产业协作、原材料和用工成本以及销售拓展等方面具有更强的市场竞争力,而临近重要高校集聚区的企业则在校企合作、产学研结合、人才资源等方面具有更强的竞争优势,发展前景广阔。依托于国内重要集成电路聚集区以及重要高校集聚区,长三角地区在半导体领域具有显著的竞争优势。

5、面临的机遇

(1)功率半导体器件的下游应用领域广、发展空间大

近年来,功率半导体器件的国际市场需求持续走高,加之国内市场需求扩大的刺激作用,电子制造业呈现扩张迹象;计算机、通信等增量的释放和存量的升级,大大拉升了对上游功率半导体产品的需求。此外,随着互联网和网络应用的不断深化,我国的产业结构日益优化,5G、新能源、节能环保、智能电网、AR/VR 等新兴产业的发展也带动了功率半导体器件应用范围的扩大。上述因素的叠加,扩大了功率半导体器件的市场需求,给行业的发展带来了新机遇。

(2)供应链安全加速国内半导体产业自主可控进程

半导体行业是极度依赖全球化的产业,产业链分工明确,上下游的协同在半导体产业发展过程中起着至关重要的作用。2020 年新冠疫情的爆发对全球半导体供应链冲击较大,海外晶圆厂大面积停工,芯片库存不足叠加芯片供给紧张,全球缺芯危机凸显。本次芯片短缺让汽车、家电、消费电子等行业充分意识到国产芯片自主可控的重要性,下游客户愿意给予国内半导体厂商更多的验证和进入机会,为具备核心技术及自主创新能力的半导体厂商带来难得的发展机遇。

(3)国家产业政策的扶持

功率半导体行业是我国重点鼓励和支持的产业之一。为推动节能减排,促进电力电子技术和产业的发展,国家发改委等有关部门陆续出台资金补贴计划,支持新型电力电子器件产业化。2021 年,我国发布《国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》,提出加强原创性引领性科技攻关,瞄准集成电路等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。国家相关扶持政策的陆续出台为半导体行业快速、健康发展营造了良好的发展环境。

6、面临的挑战

(1)行业周期性挑战

虽然功率半导体行业总体呈现增长趋势,但是行业具有周期性,这会导致企业经营效益产生波动,考验企业经营管理能力。在周期底部和顶部切换的过程中,订单的波动对功率半导体器件企业生产能力、材料库存、研发投入、市场拓展、人才培养等方面产生影响。

(2)行业高端人才储备相对不足

功率半导体行业是典型的技术密集型行业,企业的技术研发实力源于对专业人才的储备和培养。近年来随着我国功率半导体行业的发展,功率半导体行业的从业人员逐步增多,但由于市场需求的不断变化,业内高端人才仍然较为缺乏。行业高端人才储备相对不足在一定程度上给企业快速发展带来挑战。

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