2019年国产化功率半导体突破良机到了吗？
功率半导体简介
功率半导体器件(Power Semiconductor Device)是电力电子装置实现电能转换、电源管理的核心器件，故而又称为电力电子器件(Power Electronic Device)。主要功能有变频、变压、整流、功率转换和管理等，兼具节能功效。功率半导体器件广泛应用于移动通讯、消费电子、电动车、轨道交通、工业控制、发电与配电等电力电子领域。
概括来说，功率半导体器件主要分为功率分立器件、功率集成电路(即Power IC / PIC，又称为功率IC)和功率模组三类;而功率分立器件按照对电路信号的可控程度分为：不可控器件，例如功率二极管;半控型器件，例如晶闸管;全控型器件，例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)、GTR(电力晶体管)、GTO(门极可关断晶闸管)、MOSFET(电力场效应晶体管)。
图表1 各类功率半导体对比分析图(来源：ittbank)
倘若遇到以其他分类出现的功率半导体，你还认识吗?
按照驱动电路信号性质划分：1、电压驱动型器件，例如IGBT、MOSFET、SITH(静电感应晶闸管);2、电流驱动型器件，例如晶闸管、GTO、GTR。
按照驱动电路有效信号波形划分：1、脉冲触发型，例如晶闸管、GTO;2、电子控制型，例如GTR、MOSFET、IGBT。
按照功率半导体器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况划分：1、双极型器件，例如电力二极管、晶闸管、GTO、GTR;2、单极型器件，例如MOSFET、SIT;3、复合型器件，例如MCT(MOS控制晶闸管)、IGBT、SITH和IGCT。
读完以上名词，是不是有些混乱?总结一下，Power Diode(功率二极管)、SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(大功率电力晶体管)、BJT(双极晶体管)、MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、SIT(静电感应晶体管)、BSIT(双极型静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、IEGT(电子注入增强栅晶体管)、IPEM(集成电力电子模块)、PEBB(电力电子积木)等都属功率半导体。不同功率半导体器件，耐压性、耐流性、阻抗能力、体积大小等特性各不相同，在实际使用中，需根据实际应用场景、不同需求来选用最适合的器件。
功率半导体市场
2019年，随着5G、物联网、工业互联应用的遍地开花，在基站、移动通讯、新能源电动车、轨道交通、光伏、风电等应用领域功率半导体器件需求持续增长。目前全球的功率半导体器件70%以上的市场份额由欧美日牢牢占据，凭借的是其先进的技术、成熟的生产制造工艺和领先的品管体系。例如英飞凌、达尔、意法半导体、赛米控、瑞萨、东芝、富士电机、罗姆等知名企业。
中国作为制造业大国，功率半导体器件在通讯、工业、消费、交通、军事、电力、航空等领域必不可少，属于核心器件。当前我国制造业“大国”转型“强国”，核心器件自给率的提升亦然重要。为确保中国电子制造业的可持续发展，今年来国家也从政策、资本、产业链等多个维度对国产功率器件企业给予了大力支持。
中国是功率半导体器件需求最大的市场，国产替代机会巨大，国产替代率的逐年上升也是顺应趋势。其中国产品牌吉林华微、士兰微、扬杰、嘉兴斯达、中国中车、比亚迪、捷捷微电等在细分领域已经很有名气。
拍明芯城也看好这个市场，迄今所服务的中小微客户中，有近50%客户在功率半导体辐射的应用领域，我们致力于成为国内原厂的优质合作伙伴，帮助原厂线上实现产品应用案例、规格书、选型替代表等数据的共享，对于申请样品或技术支持的客户，原厂又可以完全了解客户信息和产品项目信息及进展。拍明芯城能真正实现与原厂资源和数据共享，共同为客户提供更优质的服务，同时客户也能在平台找到更优质的方案、买到物美价廉的产品并获得原厂直接的技术支持。拍明芯城作为原厂与下游终端客户的桥梁，拉近双方距离，促进高效沟通，提高客户需求的及时响应。
综合Yole、IHS、Gartner多家分析机构数据，功率半导体器件在2017年的全球市场规模为181.5亿美元，2018年达到187.6亿美元。其中，中国功率半导体器件市场规模约为全球的40%;并预估2023年全球功率半导体器件市场规模有望达到221.5亿美元规模，年复合增长率为3.38%。
图表2 全球及中国大陆功率半导体市场规模分析(来源：Yole、IHS、Gartner、中国半导体协会、赛迪顾问，单位：亿美元)
注：中国大陆市场规模按当年汇率换算成美元
功率半导体应用
一、工业领域
功率半导体器件在占比最大的工业领域应用非常广泛，如数控机床的伺服电机、轧钢机和矿山牵引、大型鼓风机、发电系统等实现电力电子变频调速功能均有采用。
从ABI Research和中商产业研究院的统计数据可知，2017年全球工业半导体市场规模达490亿美元，其中功率半导体器件规模大约为98亿美元，占比达到20%，并以8.6%的年复合增长率继续成长，预计到2020年，全球工业功率半导体市场规模有望达到125亿美元。
不仅如此，功率半导体在工业领域的市场份额比重也在不断提升，将由2016年的19.7%提升至2020年的20.8%。
图表3 2016-2020年全球工业领域半导体整体市场及其功率半导体器件市场规模分析(来源：ABI Research、中商产业研究院，单位：亿美元)
二、光伏、风电领域
光伏、风电行业已经成为电力行业的重要补充，部分国家，如丹麦，40%的电力由风电供应，中国大陆近几年可再生新能源发电量更是快速增长中根据中国光伏行业协会、CWEA统计，2017年全球风电新增装机量为59.4GW，光伏新增装机量约为80GW，合计带动功率半导体器件市场规模约为16.6亿美元。
中国产业信息研究院推断，预计2020年全球光伏与风电市场将带动功率模块27.54亿美元。其中IGBT模块市场占比达到74%，约为20亿美元。
图表4 2015-2020年全球、中国大陆光伏、风电市场分析(来源：中国光伏行业协会、CWEA)
三、汽车领域
近年来，最受关注的应用领域为汽车行业，正在经历汽车发展史上最快的电子化转型期，搭载电机、电池、电控的新能源汽车在汽车总产量中的占比由2014年的0.39%增长至2017年的1.26%，预计2020年占比有望达到4.65%。
2018年1~8月，中国大陆新能源汽车产销分别完成60.7万辆和60.1万辆，比上年同期分别增长75.4%和88%;其中，新能源乘用车销量占比达87%。
图表5 全球新能源汽车产量及在总产量中的占比分析(来源：搜狐、中国汽车工业协会)
结合英飞凌、中商产业研究院数据得知，2017年全球汽车半导体市场规模约为347.69亿美元，并以3.3%的年复合增长率增长，预计到2020年，全球汽车半导体市场规模可扩大到383亿美元。
与此同时，功率半导体器件市场规模也达到了58亿美元，并以6.4%的增速发展，预计到2020年达到70亿美元。功率半导体器件的增长速度几乎是汽车半导体市场增速的2倍，其比重也在不断增大，将从2014年的15.66%增加到2020年的18.27%。
图表6 全球汽车半导体、功率半导体器件市场规模分析(来源：英飞凌、中商产业研究院、中国汽车工业协会)
四、充电桩领域
充电桩是与新能源汽车产业相关的一大应用领域，也是IGBT或MOSFET重要应用高地。
现阶段，主流直流充电桩的功率在60kw和120kw，如果采用15kw的功率模块，则需要4个或8个功率模块。目前充电桩的功率模块有两种解决方案，一是采用MOSFET芯片，另一种是采用IGBT芯片。
其中IGBT适用于1000V以上、350A以上的大功率直流快充，其成本可达充电桩总成本的20-30%;只是当下基于充电桩功率、工作频率、电压、电流、性价比等综合因素考量，MOSFET暂时成为充电桩的主流应用功率半导体器件。
不过，近年新能源车采用快充方式越来越多，着眼未来，IGBT才是充电桩的最佳选择，预计未来其将在充电桩领域获得快速发展。
由于国内外新能源汽车产业发展进度不一样，对配套的公共充电桩、私人充电桩建设进度也不一样，下面以全球充电桩建设规模最大的中国大陆市场为例介绍。
据信息产业研究院统计数据，截至2018年4月，中国大陆在运营公共充电桩约为262058台，同比增长62.5%;其中交流充电桩114472台、直流充电桩81492台、交直流一体充电桩66094台;另外还投建有281847台私人充电桩，同时国家政策也在向私人充电桩倾斜，预测2020年，私人充电桩累计建设规模有望达到400万台。
图表7 中国大陆2015-2020年充电桩新增建设规模分析(来源：易车网、中国产业信息研究院，单位：万台)
目前公共充电桩制造成本约为3万元/台、私人充电桩约为5000元/台，若以每台充电桩中功率半导体器件成本占比为25%计算，则有，2015-2020年中国大陆充电桩功率器件新增市场规模分别为：7.8亿、3.3亿、6.7亿、10.87亿、19.79亿、37.84亿元。
另外，从数据中我们发现，2016年中国大陆因整顿新能源车企造假问题，充电桩产量增量大幅下滑，该年充电桩功率半导体器件市场增速为-56.9%，但进入2017年后，并预计到2020年，年增速不低于61%。
图表8 2015-2020年充电桩功率半导体器件新增市场规模分析(来源：易车网、中国产业信息研究院，单位：亿人民币)
五、通信领域
通信行业同样拥有庞大的应用市场，细分市场主要包括路由器、交换机、通信基站、光端机、对讲机等。
中国产业信息研究院统计数据显示，2017年全球路由器、无线路由器、交换机、光端机、通信基站的市场规模分别为：153亿美元、266亿美元、97.9亿美元、36.6亿美元、530亿美元。
图表9 全球通信行业市场规模及结构分析(来源：中国信息产业研究院，单位：亿美元)
注：本图表不含通信卫星领域市场规模
以2017年通信领域功率半导体器件占整体15%的比例计算，2017-2020年通信领域功率半导体器件市场规模将分别为57.45亿美元、59.39亿美元、62.44亿美元、65.96亿美元。其中，基站向5G升级将会成为通信设备功率半导体器件用量增加的最大变动因素。
图表10 2017-2020年通信领域功率半导体器件市场规模分析(来源：中国信息产业研究院、英飞凌，单位：亿美元)
六、消费领域
消费类电子也是功率半导体器件的消费重地，由于消费电子产品类型非常多，包括电视机、电脑、冰箱、收/录机、数码像机、手机、平板电脑、平衡车、空调、照明等产品，因此消费类电子产品对功率半导体器件的应用类型也各不一样，一般以600V以内的产品为主，其中0-40V低耐压功率半导体器件是使用量最为庞大的类别产品。
另外，新兴的无线充电等科技产品虽然比较分散，但数量也比较可观，由此也是功率半导体器件不可忽略的消耗大户。
图表11 不同中低压耐压范围功率半导体器件应用领域(来源：百度文库)
根据中商产业研究院数据，2017年消费类电子行业功率半导体器件市场规模为19.6亿美元，占全球总体市场份额的20%左右。预计到2020年，全球消费类电子行业功率半导体器件市场规模将达到23亿美元。
图表12 2017-2020年全球消费类功率半导体器件市场规模分析(来源：中商产业研究院，单位：亿美元)
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