功率半導(dǎo)體市場趨勢

根據(jù)IC Insights最新的調(diào)查報告，全球分立式功率晶體管市場在2012年受到整體經(jīng)濟(jì)形勢的影響出現(xiàn)大幅下滑之后，2013年在低谷基礎(chǔ)上強(qiáng)勢反彈，到2017年，全球分立式功率晶體管市場的營收將每年以8.5%左右的速度成長。

隨著新的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)和日趨嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)的推出，電動汽車(EV)/混合動力汽車(HEV)迎來高速發(fā)展，汽車功能電子化趨勢日益增強(qiáng)，汽車電子市場未來3年CAGR預(yù)計將達(dá)19%，增長潛力巨大。功率器件作為提高能源轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵部件，將在當(dāng)中發(fā)揮重要的作用。2006~2020年全球功率器件市場趨勢(單位：百萬美元)

根據(jù)賽迪顧問的報告，功率半導(dǎo)體占到新能源汽車新增半導(dǎo)體用量的76%、新能源整車半導(dǎo)體用量的50%。未來幾年新能源汽車及充電樁市場將進(jìn)入爆發(fā)期，功率半導(dǎo)體作為其核心器件也將迎來黃金發(fā)展期。家用電器以及小功率工業(yè)傳動設(shè)備能效提升的全球性趨勢導(dǎo)致了IPM產(chǎn)品領(lǐng)域的增長。根據(jù)應(yīng)用的不同，使用IPM的變頻電機(jī)消耗的能量僅有簡單通斷控制電機(jī)的一半左右。在冰箱這樣的家電中，使用一臺或多臺變頻電機(jī)獲得的能效提升能降低外殼絕緣要求，這可改善設(shè)計靈活性并降低材料成本。

IPM產(chǎn)品在緊湊、可靠的單一封裝內(nèi)整合了功率半導(dǎo)體（此種情況下是IGBT）和集成電路（IC）組件。IHS Technology的研究人員估計，在2015年到2020年期間，IPM產(chǎn)品全球市場的復(fù)合年均增長率接近10%，同期消費領(lǐng)域的年均復(fù)合增長率預(yù)計達(dá)到15.5%。在未來幾年，新能源和白家電有望成為該領(lǐng)域的增長推動器。數(shù)據(jù)顯示，2015年國際IGBT市場規(guī)模約為48億美元，預(yù)計到2020年市場規(guī)?？梢赃_(dá)到80億美元，年復(fù)合增長率約10%。

目前，國內(nèi)IPM、MOSFET和IGBT功率器件廠商在電力牽引、智能電網(wǎng)、高鐵和地鐵、電動車和充電樁、變頻家電和變頻空調(diào)、機(jī)器人和運動控制、保障性安居工程、節(jié)能設(shè)備以及城市基礎(chǔ)設(shè)施項目等市場帶動下，將迎來長足發(fā)展。

全球主要功率器件供應(yīng)商

MOSFET電源控制管理器件是提升電子設(shè)施及產(chǎn)品省電效能的首要關(guān)鍵，應(yīng)用領(lǐng)域包括智能手機(jī)、個人電腦、云端運算服務(wù)器、大尺寸超薄型LED顯示屏、LED TV、及LED照明、DC-DC轉(zhuǎn)換等。隨著瑞薩、英飛凌、Fairchild、Vishay相繼退出中低端產(chǎn)品線，采用開發(fā)Sic方案走向大電流、小體積高端產(chǎn)品。中小功率的MOSFET芯片已產(chǎn)業(yè)化，目前國產(chǎn)替代率最高的功率器件，國外知名原廠有APM、FM、APPC，國產(chǎn)廠商知名的有士蘭微、Nexperia、閘能科技、成啟半導(dǎo)體等。

智能功率模塊(IPM)，是指集成驅(qū)動和保護(hù)電路到單個封裝的模塊化方案，較分立方案減少占板空間，提升系統(tǒng)可靠性，簡化設(shè)計和加速產(chǎn)品面市時間。應(yīng)用于工業(yè)、汽車和消費等應(yīng)用，具有顯著的能效、尺寸、成本、可靠性等優(yōu)勢，價格優(yōu)勢明顯。IPM老牌供應(yīng)商為：ROHM、三菱電機(jī)、東芝、安森美、英飛凌（美國國際整流器）、日本新電元等功率器件大廠。

IGBT適合高壓大電流應(yīng)用，開關(guān)頻率不高，一般低于20K，也有新型IGBT可以高開關(guān)頻率，一般來用的話開關(guān)頻率不高。選型方面，IGBT的驅(qū)動要求比較高，需要負(fù)壓關(guān)斷，最好是軟關(guān)斷避免高的DV/DT損壞管子。IGBT器件受限于工藝，平均價格居高不下，中國的現(xiàn)狀仍是進(jìn)口芯片封裝為主，主要在日美歐大廠手中。三菱自1968年提出IGBT概念后，至今已經(jīng)開發(fā)到第7代IGBT產(chǎn)品。國際廠商起步早，研發(fā)投入大，形成了較高的專利壁壘。美國功率器件處于世界領(lǐng)先地位，擁有一批具有全球影響力的廠商，例如TI、Fairchild、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay等廠商。歐洲擁有Infineon、ST和NXP三家全球半導(dǎo)體大廠。日本功率器件廠商主要有Toshiba、Renesas、NEC、Ricoh、Sanke、Seiko、Sanyo、Sharp、Fujitsu、Toshiba、Rohm、Matsushita、Fuji Electric等等。中國臺灣的功率芯片市場發(fā)展較快，擁有立锜、富鼎先進(jìn)、茂達(dá)、安茂、致新和沛亨等一批廠商。臺灣廠商主要偏重于DC/DC領(lǐng)域，主要產(chǎn)品包括線性穩(wěn)壓器、PWMIC（Pulse Width Modulation IC，脈寬調(diào)制集成電路）和功率MOSFET，從事前兩種IC產(chǎn)品開發(fā)的公司居多。

國內(nèi)方面，華虹宏力是全球首家、最大的功率分立器件200mm代工廠，在功率器件產(chǎn)品穩(wěn)定量產(chǎn)上擁有15年的經(jīng)驗。公司提供獨特的、富有競爭力的超級結(jié)MOSFET（Super Junction，SJNFET）和場截止型（Field Stop，F(xiàn)S）IGBT工藝。其中先進(jìn)的第二代SJNFET和新一代的600V~1200V FS IGBT已實現(xiàn)量產(chǎn)。

國內(nèi)首條、世界上第二條8英寸IGBT專業(yè)芯片線已于2014年下半年在中國南車株洲所下線投產(chǎn)，標(biāo)志著我國開始打破英飛凌、ABB、三菱電機(jī)等國外公司在高端IGBT芯片技術(shù)上的壟斷。IGBT模塊的封裝技術(shù)也上了一個大臺階，采用國產(chǎn)芯片的4500V、6500V／600A～1200A的IGBT模塊進(jìn)入小批量的量產(chǎn)階段。

功率器件原廠動態(tài)和策略

功率半導(dǎo)體主要在以Si、GaN、SiC三種材料為襯底開發(fā)，由于各自的性能不同，Si、SiC和GaN功率器件各有不同的應(yīng)用市場。國內(nèi)外各大廠商看好SiC與GaN功率半導(dǎo)體的未來發(fā)展前景，早已有所布局。

策略上，ST認(rèn)為，在工業(yè)和家電市場上，IGBT是一個高成本效益的解決方案，但是，在逆變器市場上，碳化硅MOSFET將接替IGBT成為新的霸主，因為逆變器市場對能效要求很高。在電機(jī)控制市場上，IGBT將要面臨一場衛(wèi)冕戰(zhàn)。Littelfuse投入了大量的研發(fā)力量開發(fā)SiC產(chǎn)品，如SiC肖特極二極管。強(qiáng)茂股份表示，SiC肖特基的成本高出Si數(shù)倍，將慢取代現(xiàn)有的Si組件。

原廠也看好功率器件在新興市場的表現(xiàn)，安森美通過并購Fairchild，以補(bǔ)足其在中、高壓功率器件上的不足。瑞薩則通過收購Intersil鞏固其在汽車電子市場的地位。英飛凌以8.5億美元收購了Cree旗下Wolfspeed功率和射頻業(yè)務(wù)部，包括相關(guān)的功率和射頻功率器件碳化硅晶圓襯底業(yè)務(wù)。三菱電機(jī)的功率半導(dǎo)體模塊（包括其在美國合資企業(yè)Powerex）約占全球總銷量的23%，位居功率模塊市場首位。

剛從NXP標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部門獨立出來成立的Nexperia，最大優(yōu)勢是現(xiàn)有工廠能夠進(jìn)行前后端生產(chǎn)，IDM模式可縮短產(chǎn)品周期快速上市，日前宣布推出尺寸減小80%的汽車用功率MOSFET封裝。

另外，國際電子商情獲得消息，此前有從F原廠中國區(qū)功率部門出來的一個團(tuán)隊，自己在做一個新品牌，主要生產(chǎn)制造替代MOSFET電源管理器件，已大量出貨。