新基建來了，功率半導(dǎo)體火了

陳炳欣

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(dǎo)體器件升級項目等;投資60億元的富能功率半導(dǎo)體器件項目6月建成，預(yù)計年底投片;華微電子8英寸功率半導(dǎo)體器件晶圓生產(chǎn)線項目第一期6月通線……在半導(dǎo)體領(lǐng)域，功率器件的總體表現(xiàn)一向以平穩(wěn)著稱，然而近段時期產(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(xiàn)。這種情況無疑與市場需求的增長密切相關(guān)。

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

新基建

利好功率半導(dǎo)體器件

功率半導(dǎo)體器件有電力電子的“CPU”之稱。本質(zhì)上，它是利用半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦阅?，在電力電子設(shè)備中實現(xiàn)變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開關(guān)等電能轉(zhuǎn)換，達到對電能（功率）的傳輸、處理、存儲和控制。

隨著電力電子設(shè)備越來越普及，電器化、信息化、數(shù)字化越來越深入地影響著社會的發(fā)展。在此背景下，功率半導(dǎo)體器件所發(fā)揮的作用也就越來越巨大，特別是今年年初以來，我國大力推動新基建，這為功率半導(dǎo)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(shù)字化的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，這些設(shè)施都繞不開電力和電子設(shè)備的應(yīng)用。根據(jù)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)新三個方面的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。以5G、物聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以云計算、區(qū)塊鏈、數(shù)據(jù)中心為代表的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施等，這些設(shè)施均為用電大戶，對用電的需求量和質(zhì)量（供電電源穩(wěn)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(dǎo)體器件作為底層技術(shù)，而在新基建關(guān)注的融合基礎(chǔ)設(shè)施涵蓋智能交通、智慧能源等領(lǐng)域，比如高速列車、城際列車和城市軌道交通等，功率半導(dǎo)體器件作為電能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵核心部件，能夠大幅度提升電能轉(zhuǎn)換和傳輸過程效率，降低能源的消耗。在重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、科教基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施等方面，功率半導(dǎo)體器件技術(shù)支撐著眾多產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)與共性核心技術(shù)?？梢哉f，功率半導(dǎo)體器件是新基建部署和實施的底層保障和基礎(chǔ)支撐。

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

正是由于功率半導(dǎo)體器件在5G基建、特高壓、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心等當中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，功率半導(dǎo)體器件在這些領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著新基建的快速實施，功率半導(dǎo)體器件廠商將迎來巨大的成長機遇。

根據(jù)IHS數(shù)據(jù)，2018年我國功率半導(dǎo)體器件市場規(guī)模138億美元。2021年我國功率半導(dǎo)體器件市場規(guī)模有望達到159億美元，年復(fù)合增長率4.83%，超過壘球功率半導(dǎo)體器件的增長速度。中金公司研究部認為，在新基建以及進口替代推動下，預(yù)計2025年中國僅通信基站用電源類功率半導(dǎo)體器件市場就將達到126億元。

明星產(chǎn)品IGBT -5 MOSFET

占比快速提升

功率半導(dǎo)體器件經(jīng)過60多年的發(fā)展，產(chǎn)品種類繁多，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，近年來市場規(guī)模增長迅速，占比不斷提升。IC Insights報告中指出，在各糞功率半導(dǎo)體器件中，未來最看好的產(chǎn)品是MOSFET與IGBT模組。

簡單來說，MOSFET是一種可以廣泛使用在模擬與數(shù)字電路的場效應(yīng)晶體管。MOSFET具有導(dǎo)通電阻小、損耗低、驅(qū)動電路簡單、熱阻特性佳等優(yōu)點，適合用于PC、手機、移動電源、車載導(dǎo)航、電動交通工具、UPS電源等電源控制領(lǐng)域。IHS預(yù)估，2022年全球MOS-FET市場規(guī)模接近75億美元。

IGBT是由雙極型三極管（BJT）和MOSFET組成的復(fù)合式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導(dǎo)通電阻的優(yōu)點。IGBT驅(qū)動功率小，非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)，如新能源汽車、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、交流電機等，預(yù)估2020年全球IGBT市場空間將達到60億美元左右。

新基建的實施無疑將進一步強化MOSFET和IGBT的市場領(lǐng)先優(yōu)勢。楊欽耀指出，新能源汽車、軌道交通等多個領(lǐng)域加速崛起，將帶動功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展機遇。以新能源汽車為例，新能源汽車工作時電流范圍在-100A到+150A之間，如此巨大的電流需要被電控單元精準控制，以實現(xiàn)汽車的制動，而當中最核心的零部件就是IGBT。有數(shù)據(jù)顯示，新能源中汽車功率半導(dǎo)體器件的價值量約為傳統(tǒng)燃油車的5倍以上，IGBT約占新能源汽車電控系統(tǒng)成本的37%。未來，新能源汽車市場的快速增長，有望帶動IGBT使用量的顯著提升，從而有力推動IGBT市場的發(fā)展。

通信行業(yè)是功率半導(dǎo)體器件應(yīng)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(chǔ)上將得到快速發(fā)展，兩者相輔相成，是未來最具潛力的增長領(lǐng)域。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)尤其是功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)，既是技術(shù)驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)，也是應(yīng)用需求拉動的產(chǎn)業(yè)。5G建設(shè)所需的基站設(shè)備及其普及后帶來物聯(lián)網(wǎng)、云計算的快速發(fā)展，將對功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)生長期大量需求。以5G的核心技術(shù)MassiveMI-MO為例，它的廣泛布署將大大提升對于MOSFET構(gòu)成的射頻器件需求。

第三代半導(dǎo)體

具備發(fā)展?jié)摿?/p>

從技術(shù)發(fā)展來看，隨著硅基器件的趨近成本效益臨界點，近年來主流功率半導(dǎo)體器件廠商紛紛圍繞碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等第三代半導(dǎo)體材料進行探索。第三代半導(dǎo)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景下發(fā)展壯大，成為功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域未來的重要發(fā)展趨勢之一。

不過，第三代半導(dǎo)體也存在著制造成本較高以及長期可靠性疑慮等問題，因此還需要更加廣泛的推廣應(yīng)用，以降低成本、提高性能。而新基建的實施無疑對第三代半導(dǎo)體材料在功率器件當中擴大滲透率有著極大的幫助。對此，意法半導(dǎo)體亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域營銷和應(yīng)用副總裁沐杰勵指出，新基建對于SiC和GaN器件而言，是一個巨大的機會。SiC器件相對于Si器件的優(yōu)勢在于可以降低能量損耗、更易實現(xiàn)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，可以帶來高效率、大功率、高頻率的優(yōu)勢。GaN器件也有其市場空間。GaN的優(yōu)勢在于其開關(guān)頻率非常高。高開關(guān)頻率意味著可以使用尺寸更小的無源元件。如果需要減小器件的外形尺寸，這時GaN將發(fā)揮重要作用。

以新能源汽車充電樁為例，沐杰勵指出，充電樁建設(shè)已經(jīng)成為新基建的一部分，車樁比及充電樁的有效分布會直接影響新能源汽車消費者的使用體驗。隨著新能源汽車使用率提高，消費者對方便、快速充電的需求也越來越高，因此需要擴大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增加充電站數(shù)量并提供更快的充電服務(wù)。先進的功率技術(shù)和新材料如SiC在新能源汽車中起著重要作用。車載充電器和逆變器正在推動半導(dǎo)體公司投資新的寬禁帶半導(dǎo)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(shù)據(jù)顯示，2018-2025年，SiC MOSFET在充電柱等工業(yè)領(lǐng)域預(yù)計將保持12%的平均增長速度。