充电头里的中国机会

券商和基金最看好哪个半导体投资板块它一定是功率半导体今年年初，英飞凌，意法半导体，恩智浦等国际半导体厂商都对今年的功率半导体抱有很高的期望，2022年的产能已经全部排出

任何电能转换过程都需要功率半导体，没有功率半导体，几乎所有现代电子产品都无法工作但与CPU，GPU，FPGA，ASIC提供各种计算能力不同，它受到广泛关注，往往只是作为配角出现该领域技术迭代迅速，竞争激烈

在本文中，您将了解到:功率半导体的分类，功率半导体的技术细节，功率半导体的发展历史，功率半导体市场和国内功率半导体的布局。

半导体产业链中的重要一环

功率半导体器件又称电力电子器件或电力电子器件，是实现电能转换或控制的电子器件。

具体功能包括变频，相变，变压，逆变，整流，放大，开关等，这些也与节能密切相关

根据功率处理能力，功率半导体分为低压小功率半导体器件，中功率半导体器件，大功率半导体器件和高压超大功率半导体器件根据不同的等级，功率半导体器件广泛应用于计算机，家用电器，消费电子，汽车电子，工业控制，新能源，轨道交通，电力设施等领域

伴随着电动汽车的普及，绿色能源的使用以及地铁，动车等现代化交通工具的建设，市场对高性能功率半导体器件的开发需求越来越强烈产品包括功率半导体保护器件，高端功率半导体整流器件，光电混合集成电路，新型功率半导体器件等广泛应用于消费电子，工业制造，输配电，新能源等关键领域

半导体主要应用领域，长江证券研究所，图远。

一般来说，功率半导体器件有三种类型:分立功率半导体器件，功率模块，功率半导体集成电路。

两个公式用于解释这些产品形式:

充电头=电源IC+电源设备+其他

IC =电源设备+其他

它是功率半导体集成电路和智能功率模块的基本器件，是功能单一的基本电路元件，半导体器件本身在功能上是分不开的。

分立器件的加工技术包括光刻，刻蚀，离子注入，扩散退火，成膜等加工后在半导体材料上形成PN结，不同结构和掺杂浓度的PN结组合会影响分立器件的参数特性

分立器件包括二极管，晶闸管和晶体管，其中晶体管有双极结型晶体管，结型场效应晶体管，金属氧化物场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管。

主营半导体器件，制表和壳牌硬技术团队

不可控制导通断不能用控制信号控制，半控指可以控制通断不能控制，全控制导通断可以控制。

电源中常用的功率半导体分立器件大致有三种:功率MOSFET，超结构功率MOSFET和IGBT。

它是一种混合集成电路，由若干分立器件，如IGBT模块，按照一定的功能组合，在模块化封装中组成功率模块经历了三次迭代，目前的产品采用了更先进的IC驱动，封装技术和更多的保护技术

功率集成电路

它是指基于分立器件或功率模块的制造工艺，通过复杂的隔离和互连工艺，将各种器件集成在一个半导体芯片上而形成的复杂电路功率集成电路是模拟集成电路的一个子电路

用于制备功率集成电路的制造技术称为功率集成技术，需要在有限的芯片面积上实现高低压兼容，高性能，高效率和高可靠性。

功率集成电路包括线性稳压器，开关稳压器，开关集成电路，基准电压源和电源管理集成电路这些ic可以对电池或电源提供的固定电压进行升压，降压，稳压或反转，负责设备电能的转换，分配和检测

虽然不同类型的设备在功能，性能，成本等方面有很大差异，并且它们的比较形式不同，一般用功率密度和功耗来衡量器件性能同时给出工作电压，电流密度，反向恢复时间，最高结温，通态电阻，反向漏电流，静态电流，总栅电荷等具体参数也受到了关注

功耗对于半导体来说是一个值得关注的指标，芯片发展的终点是材料。

伴随着时代的发展，很多功率半导体产品逐渐被淘汰，只有综合评价性能好的器件才成为市场的最终宠儿纵观这段历史，有两种发展趋势:一种是实现更高的电压和更低的损耗，即在分立器件上演进，另一种是向小复合，高集成，高密度发展，即模块化和集成电路，但这也取决于组成模块或电路的基本单元分立器件所以，一切都指向分立器件

起初，分立功率半导体器件在结构上演变为:第一阶段以二极管为代表，第二阶段以晶闸管为代表的半控器件，第三阶段以MOSFET和IGBT为代表的全控器件。

然后，器件的结构基本清晰，大多数情况下都是围绕这些结构进行优化和改进虽然工艺也会影响功率半导体的性能，但属于特性工艺的范畴与逻辑电路和存储芯片相反，工艺节点的进步并不能直接提高分立器件和模拟电路的效率和降低成本，而是需要通过器件结构，加工工艺和应用环境来提高器件的价值和性能

与7nm，5nm等先进工艺的逻辑ic相比，功率半导体分立器件和功率IC技术的实现难度会低很多目前意法半导体最先进的BCD工艺只有65nm，国内士兰威总投资170亿元建设的两条12英寸90~65nm特色工艺芯片生产线已经处于先进水平，很多器件只需要0.15~0.35μm工艺就能满足性能要求

当然，虽然制造功率半导体相对简单，但不代表没有技术含量这种情况下，对技术优化，集成调整，功能要求更高

所以，除了器件的改进，业界已经把目光聚焦到了器件的根本——材料改变材料可以显著提高整体性能指标，其中宽带隙半导体材料非常适合制作抗辐射，高频，大功率，高密度的集成器件带隙宽度是半导体材料的一个重要特性参数参数越大，电子跃迁到导带所需的能量越大，材料能承受的温度和电压越高

动力装置发展史，硬技术组参考资料列表，机车电传动，公开资料。

半导体的技术进化模式，其基础是永恒的。

根据半导体材料能带结构的不同，半导体材料可分为窄带隙和宽带隙，2.3eV的带隙宽度是区分宽度和宽度的重要指标窄带隙半导体的代表材料有第一代半导体材料Si，Ge和第二代半导体材料GaAs ，InP，大于等于2.3eV的宽带隙半导体的代表材料有第三代半导体材料GaN，SiC和正在研究的第四代半导体材料，如氮化铝，氧化镓，金刚石等

需要强调的是，新的半导体材料在现阶段还不会完全取代前几代的材料，是对硅材料的重要补充。

SiC和GaN是宽带隙半导体材料的成熟材料自2001年以来，第三代宽带隙半导体产品，如SiC二极管，SiC—BJT，SiC—MOSFET和GaN—HEMT，已经研制成功并量产但当时使用的新材料性价比低，十几年来一直被扣着天价帽子然后经过多年的研发，器件成本逐渐降低，晶圆产能逐渐丰富两种材料在TCO上的优势逐渐凸显，这个赛道开始爆发，前景广阔

GaN和SiC针对的领域不一样业界普遍认为，GaN功率半导体针对的耐压区域比SiC功率半导体低几十到六百伏目前GaN主要用于三个场景:通信射频，电力电子和LED，而SiC主要用于两个领域:电力电子和通信射频

而SiC GaN是功率半导体行业的福音，几乎所有巨头都会涉足德州仪器向笔者解释，与传统硅器件相比，宽带隙器件无疑是实现更高效率和更高功率密度的重要选择作为全球领先的半导体公司，也在2010年开始布局

两者都是国产，但是很难赶上。

与计算芯片类似，功率半导体企业的商业模式也分为两种:

IDM模式，即集成模式，通过产业链的延伸和上下游的整合，一个公司把所有的步骤都做芯片，

无晶圆厂模式，即企业本身没有晶圆生产线，只是设计芯片，通过定制采购和代工完成最终生产。

由于功率半导体不依赖先进工艺，更侧重于打造特色平台，在技术上精益求精，这就决定了功率半导体厂商在建厂和采购设备上的投入相对较少因此，从国际到国内的大部分公司都采用IDM模式目前全球功率半导体公司分为三个梯队第一梯队是国际领先的大型半导体公司，第二梯队是国内技术突破公司，第三梯队是一些分立器件封装企业

半导体具有技术密集的特性，对芯片设计，工艺流程，封装测试，可靠性测试等的连接和质量要求很高，R&D周期长，R&D投资大从设计到大规模交付一般需要两年以上同时对技术和人才储备要求高为了推出比国内外竞品更先进，更有竞争力的技术和产品，需要准确把握行业发展趋势，同时还要承担产品升级迭代失败的风险

相对来说，功率半导体是一个可以滚雪球的赛道，持续改进才能占据一席之地半导体风向标分析，功率半导体行业的波动符合大宗商品的趋势规律，4~5年的波动符合半导体的周期规律产品与全球GDP趋势密切相关

现在，世界各地的许多半导体公司都在斥巨资进行功率半导体的研发和生产国际上德州仪器，亚多半导体，英飞凌，意法半导体，东芝，瑞萨，罗门等企业都在争夺功率半导体的市场霸权

从数据上看，功率半导体市场的增速也很可观根据DOR Intelligence的数据，2020年全球功率半导体市场规模为379.0亿美元预计到2026年，全球功率半导体市场规模将达到460.2亿美元，年复合增长率为3.17%

半导体细分市场包括两个方面:功率器件和功率IC一些公司将全部采用，而其他公司将专注于集成度更高的电源IC

电源设备市场

目前，功率器件市场仍以分立器件为主，但未来几年功率模块的份额将大幅增长到2026年，电动汽车，工业电机和家用电器将推动电源模块市场达到近100亿美元分立功率器件主要用于小功率应用，如小功率电机驱动器，微型光伏逆变器和住宅系列光伏逆变器，汽车辅助系统，DC/DC转换器和汽车充电器等大功率应用将使用更多的功率模块，但高效率的要求使得对元件和技术的需求更加多样化

Yole指出，MOSFET，IGBT和SiC技术是功率器件的三个关键领域IGBT和碳化硅功率模块主要用于电动汽车，风力涡轮机，光伏，储能和电动汽车DC充电器等应用，主要受系统功率高趋势的驱动总体来看，目前硅基功率器件仍将占据整个功率半导体市场的半壁江山，但伴随着需求的增加，未来宽带隙器件将会突飞猛进

与国际相比，国内功率半导体起步较晚，主要是通过引进技术，逐步创新提高国产化目前，国内功率半导体产业取得了长足进步，但高端器件的设计和制造与国际领先产品存在差距

二级市场上，功率半导体概念股已经形成规模，企业数量众多，大部分是IDM机型从产品来看，大部分企业既生产分立功率半导体器件，也生产功率模块，部分企业还生产功率IC此外，布局第三代半导体材料功率半导体已经成为二级市场的共识

国内功率半导体上市代表公司，拉壳硬技术团队

看看2022年Q1的融资情况，这个十亿美元的市场吸引了许多新玩家但这些企业中只有少数选择了传统的硅基功率器件领域，基本看好SiC和GaN赛道，大部分处于A轮融资阶段

2022年Q1电力半导体相关融资公司，制表和壳牌硬科技团队

在硅基功率MOSFET和IGBT器件领域，国内与国际先进水平存在明显差距:MOSFET器件主要是平面VDMOS器件，缺乏高单元密度的低功率器件国际上流行的超结器件，我国还处于研发阶段，芯片产业化以中小功率为主单晶体管批量生产已广泛应用于消费电子领域，600 V ~ 900 V芯片正在研发中IGBT器件和模块的封装技术得到了改进国产芯片的600V，1200V，1700V/200A~2000A IGBT模块已投入使用，3300V，4500V，6500V/600A~1500A IGBT模块已进入试点阶段，少数样品正在试用

与世界先进国家相比，SiC—GaN宽带隙功率器件的研发基础薄弱，产业化仍处于起步阶段但是在衬底，外延片，器件/模块上有相关的企业布局

SiC产业链骨干企业，途远天风证券

甘产业链重点企业，途远天风证券

根据CASA数据，2020年国内功率器件市场规模约为3002.6亿元，SiC和GaN功率电子器件市场规模约为46.8亿元，SiC和GaN功率电子器件渗透率约为1.56%到2025年，SiC和GaN电力电子器件的应用市场将以45%的年复合增长率增长至近300亿元

在动力方面，进入门槛不高，但对企业的可持续R&D能力要求较高据非研究机构统计，功率IC占全球功率半导体消耗量的50%以上2021年全球功率ic市场规模为305亿美元，预计2022年将保持稳定，而国内功率IC厂商约为160家

另有研究数据显示，2021年中国大部分功率IC公司营收大幅增长，部分公司营收增幅超过100%司力杰，晶峰明源，士兰威，福满微电子，盛邦微电子，上海南芯，明明微电子，上海贝岭，艾薇电子，比翼微电子2021年营收排名全国前十

综上所述，国内产品在功率半导体市场一直是替代品，但与国外相比还是有差距的在地缘政治摩擦频发，功率半导体的大背景下，国产替代加速由于SiC和GaN的整体成本仍低于硅基功率半导体，MOSFET，IGBT分立器件和组件在3~5年内仍将是主流和增长亮点但在5G，新能源，智能汽车的驱动下，SiC和GaN的市场前景极佳

参考资料:

吴健，Xi郝亮，吴念祖国内功率半导体封装焊料的研究与应用四川电子学会SMT/四川电子学会MPT专业委员会2021中国高端SMT学术会议论文集

黄凯，朱北宁，吴小芸杰杰半导体:永当功率半导体龙头企业

孙巍峰，张博，肖胜安，等功率半导体器件及功率集成技术的发展现状与展望

张博抓住机遇，加快我国功率半导体产业的发展机车电传动，2021 :4

唐江，万成安，张明华，李英宽带隙SiC和GaN半导体材料的研究现状军民两用技术与产品，2020，:20—28

刘，王延刚，李翔，苏，李孔敬，杨大功率半导体技术的现状与进展机车电传动，2021，:1—11

孙巍峰，张博，肖胜安，等功率半导体器件及功率集成技术的发展现状与展望

齐海涛，洪英，王湘泉，等.物理气相输运法制备大面积氮化铝单晶.硅酸盐学报，2013，41 : 803—807。

Yole:到2026年达到260亿美元:更多的电力电子产品让世界更环保

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编辑：张璠