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电力电子|功率半导体器件行业发展全景
发布时间:2020-09-01        浏览次数:10        返回列表

功率半导体器件是电子装置中实现电能转换与电力控制的核心部件,通过对电流、电压、频率、相位、相数等进行转换和控制,以实现整流、逆变、斩波、开关等功能。

1、晶闸管 

晶闸管是一种三端四层的晶体管,通过微小功率对大功率的电流进行控制和转换,实现整流、无触点开关等功能,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。晶闸管的诞生使功率半导体技术从弱电领域进入了强电领域,成为家用电器、工业制造、交通运输、军事科研等方面广泛采用的电子元器件。由于晶闸管的技术成熟、工作可靠性高、性价比优势明显等优势,在发电、输电、变电、配电、用电等应用场合占有重要地位,具有应用广泛性和不可替代性的特点。

2、功率二极管 

功率二极管是一种相对较早诞生的功率半导体器件,主要用于整流、开关、稳压等功能,具有工作可靠的特点。功率二极管产品应用广泛,主要涉及工业照明、家用电器、网络通讯等行业。其中,碳化硅二极管主要用于光伏和充电桩等领域;快恢复二极管主要应用于不间断电源、车载充电器等领域;肖特基二极管主要应用于电脑电源、电视电源、适配器电源等领域;标准功率二极管和整流桥主要应用于光伏和工业电源领域。

功率半导体行业概况 

功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心,主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。近年来,随着国民经济的快速发展,功率半导体已广泛地应用于消费电子、工业制造、电力输配、交通运输、航空航天、新能源及军工等重点领域。功率半导体可以分为功率 IC 和功率分立器件两大类,其中功率分立器件主要包括功率二极管、晶闸管、晶体管等产品。随着半导体材料的优化突破,新一代以碳化硅为材料的功率半导体分立器件已逐步实现产业化,并快速渗透进入应用市场。

2、功率半导体分立器件产业链情况 

半导体产业链主要包含芯片设计、晶圆制造和封装测试三大核心环节,此外还有为晶圆制造与封装测试环节提供所需材料及专业设备的支撑产业链。作为资金与技术高度密集行业,半导体行业形成了专业分工深度细化、细分领域高度集中的特点。

(1)芯片设计

芯片设计的本质是将具体的产品功能、性能等产品要求转化为物理层面的电路设计版图,并且通过制造环节***终实现产品化。设计环节包括结构设计、逻辑设计、电路设计以及物理设计,设计过程环环相扣、技术和工艺复杂。芯片设计公司的核心竞争力取决于技术能力、需求响应和定制化能力带来的产品创新能力。芯片设计行业已经成为国内半导体产业中***具发展活力的领域之一,近年来,中国芯片设计产业在提升自给率、政策支持、规格升级与创新应用等要素的驱动下,保持高速成长的趋势。根据中国半导体行业协会统计,芯片设计业销售收入从 2013 年的 808.8 亿元增长到 2019 年的 3,063.5 亿元,年复合增长率为24.85%。

(2)晶圆制造 

晶圆制造是半导体产业链的核心环节之一。晶圆制造是根据设计出的电路版图,通过炉管、湿刻、淀积、光刻、干刻、注入、退火等不同工艺流程在半导体晶圆基板上形成元器件和互联线,***终输出能够完成功能及性能实现的晶圆片。晶圆制造产业属于典型的资本和技术密集型产业。

(3)封装测试 

半导体封装测试是半导体制造的后道工序,封测主要工序是将芯片封装在独立元件中,以增加防护并提供芯片和 PCB 之间的互联,同时通过检测保证其电路和逻辑畅通,符合设计标准。在半导体产业链中,传统封装测试的技术壁垒相对较低,人力成本较为密集。封装测试产业规模的强劲发展对国内半导体产业整体规模的扩大起到了显著的带动作用,为国内芯片设计与晶圆制造业的迅速发展提供有力支撑。未来随着物联网、智能终端等新兴领域的迅猛发展,先进封装产品的市场需求明显增强。 

3、晶闸管行业情况 

晶闸管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。晶闸管的功用包括整流、无触点开关、快速接通、切断电流等。晶闸管推动了半导体技术从弱电领域进入了强电领域,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。

晶闸管根据性能分类主要包括单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管、高频晶闸管等。晶闸管的设计技术与生产工艺至今仍在继续完善,产品性能日益提升。由于晶闸管具有技术成熟、可靠性高、性价比高等优势,在发电、输电、变电、配电、用电的各个应用场合占有重要地位,应用上具有广泛性和不可替代性。晶闸管作为一种技术相对成熟的产品,其市场成长性趋于稳定。根据 IHSMarkit 报告,2019 年晶闸管全球市场规模约 5 亿美元。