受益于新能源汽車、工業(yè)控制等市場(chǎng)需求大量增加，MOSFET、IGBT等功率半導(dǎo)體產(chǎn)品持續(xù)缺貨和漲價(jià)，帶動(dòng)2018年中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模大幅增長(zhǎng)12.76%，達(dá)到2591億元人民幣。

來(lái)自TrendForce的分析指出，作為需求驅(qū)動(dòng)型產(chǎn)業(yè)，功率半導(dǎo)體在2019年的景氣度仍然持續(xù)向上，雖然仍有貿(mào)易戰(zhàn)等不利因素影響，但在需求驅(qū)動(dòng)下，其受影響程度要小于其它IC產(chǎn)品，預(yù)計(jì)2019年中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2907億元人民幣，較2018年增長(zhǎng)12.17%。

中國(guó)市場(chǎng)搶眼，在很大程度上體現(xiàn)出了全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的狀況：增長(zhǎng)強(qiáng)勁，總體向好。

據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)，2018年全球分立器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到231億美元，較2017年增長(zhǎng)7.4%。受益于工業(yè)、新能源汽車、通信和消費(fèi)電子領(lǐng)域新興應(yīng)用不斷出現(xiàn)，功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將會(huì)不斷擴(kuò)大。

2019年第一季度，功率半導(dǎo)體仍維持高景氣度，在新能源應(yīng)用（電動(dòng)汽車、光伏、風(fēng)電）、變頻家電、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等需求拉動(dòng)下，功率半導(dǎo)體呈現(xiàn)淡季不淡的良好趨勢(shì)，根據(jù)富昌電子 2019年Q1的市場(chǎng)行情報(bào)告，MOSFET、IGBT的產(chǎn)品交期依然普遍在30周以上，且價(jià)格有所上調(diào)。高低壓MOSFET、IGBT方面，英飛凌交期最長(zhǎng)，達(dá)到39~52周，供給緊缺情況依然嚴(yán)峻。

預(yù)計(jì)到2022年，全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到426億美元。英飛凌以12%的市場(chǎng)占有率排名第一。歐美日廠商憑借其技術(shù)和品牌優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了全球功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)的70%。

下面，我們就從應(yīng)用和新工藝技術(shù)這兩方面，看一下全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的火爆情況。

汽車應(yīng)用是第一牽引力

在應(yīng)用層面，汽車是功率半導(dǎo)體未來(lái)發(fā)展的最大驅(qū)動(dòng)力。

近5年，全球汽車產(chǎn)量從2012年的8213萬(wàn)輛，增長(zhǎng)至2017年的9704萬(wàn)輛，根據(jù)中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)預(yù)估，從2018到2022年，全球汽車銷量年均復(fù)合年增長(zhǎng)率約為3.2%，預(yù)計(jì)2022年，全球汽車銷量將增加至1.14億輛。

未來(lái)幾年，電動(dòng)汽車的銷量增速有望超過50%。據(jù)EV sales統(tǒng)計(jì)，2017年全球電動(dòng)車銷量超過122萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)了58%。2018 年，電動(dòng)車銷量明顯提速，1~4月，全球電動(dòng)車銷售達(dá)到43.55萬(wàn)輛，較2017年同期增長(zhǎng)了68.18%，銷量呈現(xiàn)出加速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

功率半導(dǎo)體主要運(yùn)用在汽車的動(dòng)力控制、照明、燃油噴射、底盤安全等系統(tǒng)當(dāng)中。

新能源汽車新增半導(dǎo)體用量中大部分是功率半導(dǎo)體。在傳統(tǒng)汽車中，功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用在啟動(dòng)、發(fā)電、安全等領(lǐng)域，占傳統(tǒng)汽車半導(dǎo)體總量的20%，單車價(jià)值約為60美元。

由于新能源汽車普遍采用高壓電路，當(dāng)電池輸出高電壓時(shí)，需要頻繁進(jìn)行電壓變換，這時(shí)電壓轉(zhuǎn)換電路（DC-DC）用量大幅提升，此外，還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對(duì)IGBT、MOSFET、 二極管等半導(dǎo)體器件的需求量也有大幅增加。以上這些極大帶動(dòng)了汽車電子系統(tǒng)對(duì)功率器件需求的增加。

根據(jù)麥肯錫的統(tǒng)計(jì)，純電動(dòng)汽車的半導(dǎo)體成本為704美元，比傳統(tǒng)汽車的350美元增加了1倍，其中功率器件成本高達(dá)387美元，占55%。純電動(dòng)汽車相比傳統(tǒng)汽車新增的半導(dǎo)體成本中，功率器件成本約為269 美元，占新增成本的76%。

市場(chǎng)格局

在當(dāng)今的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，中國(guó)大陸、***地區(qū)主要集中在二極管、低壓 MOSFET 等低端功率器件市場(chǎng)；IGBT、中高壓MOSFET 等高端器件市場(chǎng)主要由歐美日廠商占據(jù)。

在新能源汽車用功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，歐美日廠商三足鼎立。歐洲廠商主要包括英飛凌、意法半導(dǎo)體、博世、恩智浦等；美國(guó)廠商主要包括德州儀器、安森美半導(dǎo)體、威世半導(dǎo)體等；日本廠商則主要包括東芝、三菱電機(jī)、瑞薩、羅姆半導(dǎo)體等。

從汽車用功率半導(dǎo)體廠商排名來(lái)看，來(lái)自strategy analytics的數(shù)據(jù)顯示，英飛凌以25.6%的市占率排第一，意法半導(dǎo)體13.4%排第二，博世9.2%排第三，恩智浦8.8%排第四，緊隨其后的是德州儀器，市占率為8.2%。

而作為功率半導(dǎo)體行業(yè)霸主，英飛凌于近期收購(gòu)了Cypress（賽普拉斯），而后者主攻的就是汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)，這使得英飛凌在汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)的實(shí)力更強(qiáng)了。

在中國(guó)，得益于國(guó)產(chǎn)替代的政策推動(dòng)和缺貨漲價(jià)的狀況，2018年多家中國(guó)本土功率半導(dǎo)體廠商取得了亮眼的成績(jī)，并擴(kuò)大布局腳步。其中，比亞迪微電子憑借擁有終端的優(yōu)勢(shì)，在車用IGBT市場(chǎng)快速崛起，取得中車用IGBT市場(chǎng)超過兩成的市占率，一躍成為銷售額位于中國(guó)前三的IGBT供應(yīng)商。此外，MOSFET廠商華微電子和揚(yáng)杰科技營(yíng)收大增，并且逐漸導(dǎo)入IGBT市場(chǎng)。

士蘭微電子2018財(cái)報(bào)顯示，全年?duì)I收30.26億元，較2017年同期增長(zhǎng)10.36%；歸屬于上市公司股東凈利潤(rùn)為1.7億元。雖然這一整體財(cái)報(bào)數(shù)字受到了業(yè)界的一些質(zhì)疑，但其功率半導(dǎo)體的業(yè)績(jī)確實(shí)亮眼。其功率器件產(chǎn)品營(yíng)收14.75億元，同比增長(zhǎng)28.65%。在士蘭微功率器件產(chǎn)品中，低壓MOSFET、超結(jié)MOSFET、IGBT、IGBT大功率模塊（PIM）、快恢復(fù)管等產(chǎn)品增長(zhǎng)較快。而在這些產(chǎn)品當(dāng)中，大部分都可以用于汽車。

此外，臺(tái)基股份在功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的表現(xiàn)穩(wěn)定向好，2019年第一季度，該公司功率半導(dǎo)體高端產(chǎn)品、高毛利產(chǎn)品比重有所上升，半導(dǎo)體板塊收入及凈利潤(rùn)較去年同期均有所增長(zhǎng)。

而在中外合作方面，中國(guó)本土市場(chǎng)也是動(dòng)作頻頻。

2018年3月，上汽集團(tuán)與英飛凌成立合資企業(yè)——上汽英飛凌半導(dǎo)體公司，上汽集團(tuán)持股 51%，英飛凌持股49%。

據(jù)悉，上汽英飛凌半導(dǎo)體聚焦IGBT模塊封裝業(yè)務(wù)，旨在服務(wù)上汽集團(tuán)及其他國(guó)內(nèi)新能源汽車廠商，項(xiàng)目一期投資16億元，預(yù)計(jì)未來(lái)2~3年實(shí)現(xiàn)100萬(wàn)套的年產(chǎn)能。

另外，不久前，聞泰科技已取得安世半導(dǎo)體控股權(quán)，安世半導(dǎo)體源于NXP的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品業(yè)務(wù)，在汽車功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域有著深厚的積累，其有兩座晶圓廠（6英寸、8英寸）及三座封測(cè)廠，2017年銷售額超過13億美元，該公司超過50%的產(chǎn)品應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，按照規(guī)劃，安世半導(dǎo)體未來(lái)有望在中國(guó)大陸擴(kuò)產(chǎn)，這可以說(shuō)是給我國(guó)本土汽車功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打了一針強(qiáng)心劑。

IGBT增長(zhǎng)強(qiáng)勁

功率半導(dǎo)體是電動(dòng)車成本占比僅次于電池的第二大核心零部件。新能源電動(dòng)車動(dòng)力產(chǎn)生和傳輸過程與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有較大差異，需要頻繁進(jìn)行電壓變換和直流-交流轉(zhuǎn)換。加之純電動(dòng)車對(duì)續(xù)航里程的高需求，使得電能管理需求更精細(xì)化，這些對(duì)IGBT、MOSFET、二極管等功率分立器件的需求遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車。而作為新興功率器件，IGBT在汽車需求的帶動(dòng)下，將出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

隨著新能源汽車的普及，IGBT作為重要的功率器件，受到了廣泛的關(guān)注。IGBT 模塊在電動(dòng)汽車中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是電動(dòng)汽車及充電樁等設(shè)備的核心部件。有統(tǒng)計(jì)顯示，IGBT模塊占電動(dòng)汽車成本將近10%，占充電樁成本約20%。

IGBT 廣泛運(yùn)用于汽車電機(jī)控制系統(tǒng)，目前，汽車電機(jī)控制系統(tǒng)需要用到數(shù)十個(gè)IGBT。以特斯拉為例，特斯拉后三相交流異步電機(jī)每相要用到28個(gè)IGBT，總計(jì)要用84個(gè)IGBT，加上電機(jī)其他部位的IGBT，特斯拉共計(jì)使用了96個(gè)IGBT（雙電機(jī)還要加前電機(jī)的36個(gè)）。按照 4~5美元/個(gè)的價(jià)格計(jì)算，雙電機(jī)IGBT價(jià)值大概在650美元左右。

半導(dǎo)體元器件在汽車中的用量成倍增長(zhǎng)，而功率半導(dǎo)體對(duì)硅片的消耗量巨大，一般情況下，一片8英寸硅片僅能切割70~80顆IGBT芯片。目前，電動(dòng)車尚處于滲透率較低的產(chǎn)業(yè)化初期，汽車半導(dǎo)體用量需求的成長(zhǎng)空間很大，這些將帶動(dòng)硅片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入長(zhǎng)期、持續(xù)的供需緊張狀態(tài)。

例如在純電動(dòng)車方面，一輛tesla model x汽車需要使用84顆IGBT，這樣算來(lái)，基本上一輛車就要消耗掉一片硅片。混合動(dòng)力汽車的功率半導(dǎo)體用量相對(duì)較少，以寶馬i3為例，單輛汽車的功率半導(dǎo)體硅片消耗量約為1/4片。

下面看一下車用功率模塊（當(dāng)前的主流是IGBT），其決定了車用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵性能，同時(shí)占電機(jī)逆變器成本的40%以上，是核心部件。

IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)器成本的三分之一，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)器約占整車成本的15~20%，也就是說(shuō)，IGBT占整車成本的5~7%。2018年，中國(guó)新能源汽車銷量按125萬(wàn)輛計(jì)算的話，平均每輛車大約消耗450美元的IGBT，所有車共需消耗約5.6億美元的IGBT。

在技術(shù)層面，IGBT芯片經(jīng)歷了一系列的迭代過程，包括從PT向NPT，再到FS的升級(jí)，這些使芯片變薄，降低了熱阻，并提升了Tj；IEGT、CSTBT和MPT的引入，持續(xù)降低了Vce，并提高了功率密度；通過表面金屬及鈍化層優(yōu)化，可滿足車用的高可靠性要求。

除了技術(shù)層面，IGBT在結(jié)構(gòu)上也有創(chuàng)新，如出現(xiàn)了RC-IGBT，以及將FWD與IGBT集成到一起的設(shè)計(jì)；此外，在功能上也有集成，如集成電流、溫度傳感器等。

新工藝技術(shù)推動(dòng)功率半導(dǎo)體加速前進(jìn)

以上講的是汽車應(yīng)用對(duì)于功率半導(dǎo)體發(fā)展的重要作用，下面看一下新工藝技術(shù)的推動(dòng)作用。

傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體，采用的是MOS技術(shù)，主要器件是MOSFET和IGBT。而新興的SiC和GaN，以及最新的氧化鎵技術(shù)，正在給功率半導(dǎo)體的發(fā)展增添新的動(dòng)力。

許多公司都在研發(fā)SiC MOSFET，領(lǐng)先企業(yè)包括美國(guó)科銳（Cree）旗下的Wolfspeed、德國(guó)的SiCrystal、日本的羅姆（ROHM）、新日鐵等。而進(jìn)入GaN市場(chǎng)中的玩家較少，起步也較晚。

SiC的電力電子器件市場(chǎng)在2016年正式形成，市場(chǎng)規(guī)模約在2.1億~2.4億美金之間。而據(jù)Yole預(yù)測(cè)，SiC市場(chǎng)規(guī)模在2021年將上漲到5.5億美金，這期間的復(fù)合年均增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將達(dá)19%。

目前，全球已有超過30家公司在電力電子領(lǐng)域擁有SiC、GaN相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、制造和銷售能力。

SiC在低壓領(lǐng)域，如高端的白色家電、電動(dòng)汽車等，由于成本因素，逐漸失去了競(jìng)爭(zhēng)力。但在高壓領(lǐng)域，如高速列車、風(fēng)力發(fā)電以及智能電網(wǎng)等，SiC具有不可替代性的優(yōu)勢(shì)。

全球SiC產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國(guó)、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢(shì)。其中美國(guó)全球獨(dú)大，居于領(lǐng)導(dǎo)地位，占有全球SiC產(chǎn)量的70%~80%；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，在全球電力電子市場(chǎng)擁有強(qiáng)大的話語(yǔ)權(quán)；日本則是設(shè)備和模塊開發(fā)方面的絕對(duì)領(lǐng)先者。

中國(guó)市場(chǎng)表現(xiàn)

我們習(xí)慣把SiC和GaN稱為第三代半導(dǎo)體技術(shù)，中國(guó)開展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比較晚，與國(guó)外相比水平較低，創(chuàng)新能力還不足。

雖然落后，我國(guó)也在積極推進(jìn)，國(guó)家和各地方政府陸續(xù)推出政策和產(chǎn)業(yè)扶持基金發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)：地方政策在2016年大量出臺(tái)，福建、廣東、江蘇、北京、青海等27個(gè)地區(qū)出臺(tái)第三代半導(dǎo)體相關(guān)政策（不包括LED）近30條。一方面，多地均將第三代半導(dǎo)體寫入“十三五”相關(guān)規(guī)劃，另一方面，不少地方政府有針對(duì)性地對(duì)當(dāng)?shù)鼐哂幸欢▋?yōu)勢(shì)的SiC和GaN材料企業(yè)進(jìn)行扶持。

國(guó)內(nèi)企業(yè)方面，在LED芯片領(lǐng)域已有深厚積累的三安光電，在第三代半導(dǎo)體材料的研發(fā)投入達(dá)到了330億元。

除三安光電外，揚(yáng)杰科技、國(guó)民技術(shù)、海特高新等多家上市公司均開始布局第三代半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。

揚(yáng)杰科技曾透露，其SiC芯片技術(shù)已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。海特高新通過其子公司海威華芯開始建設(shè)6英寸的第二代/第三代集成電路生產(chǎn)線。中車時(shí)代電氣（中國(guó)中車子公司）在高功率SiC器件方面處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。國(guó)民技術(shù)也開始布局這個(gè)領(lǐng)域，其全資子公司深圳前海國(guó)民公司與成都邛崍市人民政府簽訂了《化合物半導(dǎo)體生態(tài)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目投資協(xié)議書》，研發(fā)第三代半導(dǎo)體外延片。

此外，華潤(rùn)華晶微電子和華虹宏力也是發(fā)展第三代半導(dǎo)體材料的代表企業(yè)。

氧化鎵

SiC和GaN并不是最新的技術(shù)，憑借比SiC和GaN更寬的禁帶，氧化鎵（Ga2O3）走入了人們的視野，該種化合物半導(dǎo)體在更高功率的應(yīng)用方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因此，近幾年關(guān)于氧化鎵的研究又熱了起來(lái)。

實(shí)際上，氧化鎵并不是很新的技術(shù)，多年前就有公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì)其在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行鉆研，但就實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，過去不如SiC和GaN的應(yīng)用面廣，所以相關(guān)研發(fā)工作的風(fēng)頭都被后二者搶去了。而隨著應(yīng)用需求的發(fā)展愈加明朗，未來(lái)對(duì)高功率器件的性能要求越來(lái)越高，這使得人們更深切地看到了氧化鎵的優(yōu)勢(shì)和前景，相應(yīng)的研發(fā)工作又多了起來(lái)，已成為美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家的研究熱點(diǎn)和競(jìng)爭(zhēng)重點(diǎn)。而我國(guó)在這方面還是比較欠缺的。

氧化鎵是一種寬禁帶半導(dǎo)體，禁帶寬度Eg=4.9eV，其導(dǎo)電性能和發(fā)光特性良好，因此，其在光電子器件方面有廣闊的應(yīng)用前景，被用作于Ga基半導(dǎo)體材料的絕緣層，以及紫外線濾光片。這些是氧化鎵的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，而其在未來(lái)的功率、特別是大功率應(yīng)用場(chǎng)景才是更值得期待的。

雖然氧化鎵的導(dǎo)熱性能較差，但其禁帶寬度（4.9eV）超過碳化硅（約3.4eV），氮化鎵（約3.3eV）和硅（1.1eV）的。由于禁帶寬度可衡量使電子進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)所需的能量。采用寬禁帶材料制成的系統(tǒng)可以比由禁帶較窄材料組成的系統(tǒng)更薄、更輕，并且能應(yīng)對(duì)更高的功率，有望以低成本制造出高耐壓且低損失的功率元件。此外，寬禁帶允許在更高的溫度下操作，從而減少對(duì)龐大的冷卻系統(tǒng)的需求。

氧化鎵是一種新興的功率半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度大于硅，SiC和GaN，在高功率領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)愈加明顯。但氧化鎵不會(huì)取代SiC和GaN，更有可能在擴(kuò)展超寬禁帶系統(tǒng)可用的功率和電壓范圍方面發(fā)揮作用。而最有希望的應(yīng)用可能是電力調(diào)節(jié)和配電系統(tǒng)中的高壓整流器，如電動(dòng)汽車和光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)。

結(jié)語(yǔ)

從全球集成電路市況來(lái)看，功率半導(dǎo)體已經(jīng)成為未來(lái)幾年全球IC產(chǎn)品中最具發(fā)展?jié)摿Φ钠奉悾玫搅烁鲊?guó)越來(lái)越多廠商的重視。在汽車應(yīng)用和新工藝技術(shù)雙輪驅(qū)動(dòng)下，其強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭及前景非常值得期待。