2022年功率半导体行业市场现状及未来前景分析.docx

2022年功率半导体行业市场现状及未来前景分析1、电力电子行业的核心器件，功率半导体大有可为1.1功率半导体是半导体行业的重要分支，应用领域广阔功率半导体又被称为电力电子器件，是电子装置电能转换与电路控制的核心，其本质是利用半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能，从发电、输电、变电、配电到用电，电力电子技术通过对电能的变压、逆变、整流、斩波、变频、变相、开关等，将发电端的“粗电”变成用电端的“精电”以供使用，可以提高能量转换效率，减少功率损失。根据WSTS的分类，半导体可划分为四大类：集成电路、分立器件、光电器件和传感器。功率半导体主要分为功率分立器件和功率IC两大类，其中功率IC是由功率分立器件加上保护电路和驱动电路组成的，属于集成电路中的模拟IC，而功率分立器件是分立器件的重要组成部分。据中国半导体行业协会统计，半导体功率器件是带动中国半导体分立器件市场增长的主要动力。功率分立器件主要包括二极管、晶闸管、BJT、MOSFET、IGBT等产品；功率IC可分为DC/DC、AC/DC、PMIC、驱动IC等。根据智研咨询的数据显示，功率IC在2019年功率半导体市场中份额占比过半；MOSFET和IGBT份额占比分别为16.4%和12.4%，技术门槛相对较高，是目前市面上主流且未来增长最强劲的功率器件。功率半导体器件下游应用领域覆盖面广,为了满足更广泛和复杂的应用场景和环境，种类从二极管逐渐拓展到BJT、GTO，再到MOSFET、IGBT，从不可控型向全控型方向演进，发展路径清晰，产品结构层次丰富，每种产品也在应用中不断突破原有技术瓶颈，衍生出众多规格和型号。以功率MOSFET为例，自20世纪70年代问世以来，功率MOSFET得到快速发展，已成为主流的功率器件，在产品种类、材料、工艺技术等方面不断寻求新的解决方案,主要沿着工艺进步、器件结构改进和使用宽禁带半导体材料等技术方向演进，器件的功率密度、开关频率、工作结温、导通和开关损耗、集成度、可靠性也在不断优化，相应的器件设计及制造难度也随之提高。具体来看功率MOSFET的结构创新与优化，功率密度的提升成为功率器件发展的核心方向，比导通电阻Rsp（导通电阻与有效管芯面积的乘积），综合考虑了导通损耗与开关面积的制约关系，是评价MOSFET功率器件功率密度的核心指标。Rsp越小，意味着相同芯片面积下导通电阻越小，器件功率密度越大，或相同功率密度下功率器件面积越小。平面型MOSFET成为功率MOSFET的主流结构之后，在高压和中低压领域分别出现了不同的创新MOSFET结构。高压功率MOSFET通常工作电压在400V以上，包括平面型和超结型。在高压领域，超结结构成为功率MOSFET的里程碑，是未来主要的研发迭代方向。随着下游应用领域终端产品对器件耐压要求的不断提高，常规功率MOSFET击穿电压与比导通电阻之间的“硅极限”关系矛盾日益凸显，即一般而言，器件承受的电压越高，器件的导通损耗会急剧增大，功率密度也相应显著降低。针对于此，英飞凌在1998年专门推出了超结结构的新型功率MOSFET，打破了“硅极限”关系，因而被迅速采用并被市场快速接受。其2013年推出的CoolMOSC7系列600V产品比导通电阻极低，代表了行业最先进水平。超结MOSFET功率器件通常需要更高的设计及工艺技术水平，能够突破平面型的性能瓶颈，可用于更大功率环境。中低压MOSFET功率器件通常指工作电压在10V-300V之间的MOSFET功率器件，包括沟槽栅和屏蔽栅MOSFET，应用于电动工具、机器人、无人机、新能源汽车电机控制、移动电源、适配器、锂电池保护等产品中。沟槽型MOSFET将平面型的水平导电沟道改进为垂直导电沟道，元胞尺寸缩小，元胞密度得以提高，从而降低了单位面积导通电阻。随后出现的屏蔽栅沟槽MOSFET逐渐成为中低压领域未来研发迭代的主要方向。屏蔽栅沟槽MOSFET是一种改进型沟槽式功率MOSFET，与超结结构类似，亦突破了“硅极限”关系，显著降低了器件的单位面积导通电阻，还大幅降低了品质因子。屏蔽栅器件结构更复杂，需要更高的技术设计能力及制造工艺水平，能够突破普通沟槽栅的性能瓶颈，具备更好的导通特性，开关损耗更小且功率密度更高。英飞凌最初以沟槽型MOSFET为主要产品，随后于2016年推出的100V屏蔽栅沟槽MOSFET，代表了行业最先进水平。不同的功率半导体根据其器件特性分别适用于不同的功率、频率范围及应用领域，MOSFET和IGBT门槛较高，也是目前市面上主流的功率半导体器件。MOSFET是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效应晶体管，包括小信号MOSFET和功率MOSFET两类。功率MOSFET具有导通电阻低、开关损耗小、工作频率快、驱动电路简单、热阻特性好等优点，适合于消费电子、5G通信、