新基建下，功率半導(dǎo)體器材趨勢

功率半導(dǎo)體器材有電力電子的“CPU”之稱。本質(zhì)上，它是運用半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦阅埽陔娏﹄娮釉O(shè)備中完成變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開關(guān)等電能轉(zhuǎn)化，到達對電能(功率) 的傳輸、處理、存儲和操控。

跟著電力電子設(shè)備越來越遍及，電氣化、信息化、數(shù)字化越來越深化地影響著社會的開展。在此背景下，功率半導(dǎo)體器材所發(fā)揮的效果也就越來越巨大，特別是今年年初以來，我國大力推進新基建，這為功率半導(dǎo)體器材工業(yè)的開展又添了一把火。

新基建本質(zhì)上是信息數(shù)字化的根底設(shè)施建造，這些設(shè)施都繞不開電力和電子設(shè)備的運用。依據(jù)我國工程院院士丁榮軍介紹，新基建首要包含信息、融合、創(chuàng)新三個方面的根底設(shè)施建造。以5G、物聯(lián)網(wǎng)為代表的通訊網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施，以云核算、區(qū)塊鏈、數(shù)據(jù)中心為代表的數(shù)據(jù)根底設(shè)施等，這些設(shè)施均為用電大戶，對用電的需求量和質(zhì)量(供電電源穩(wěn)定性、功率放大和動力運用功率)都有更高要求。這必定要依托于功率半導(dǎo)體器材作為底層技能。

而在新基建關(guān)注的融合根底設(shè)施涵蓋智能交通、才智動力等范疇，比如高速列車、城際列車和城市軌道交通等，功率半導(dǎo)體器材作為電能轉(zhuǎn)化的要害核心部件，能夠大幅度進步電能轉(zhuǎn)化和傳輸過程功率，降低動力的消耗。在重大科技根底設(shè)施、科教根底設(shè)施、工業(yè)技能創(chuàng)新根底設(shè)施等，功率半導(dǎo)體器材技能支撐著很多工業(yè)開展的根底與共性核心技能。能夠說，功率半導(dǎo)體器材是新基建布置和施行的底層保障和根底支撐。

比亞迪功率器材總經(jīng)理楊欽耀也指出，功率半導(dǎo)體器材廣泛運用于新基建的各個范疇，尤其在特高壓、新動力轎車充電樁、軌道交通及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面起到核心支撐效果，在5G基建和大數(shù)據(jù)中心建造的電源模塊中是十分要害的元器材。

正是因為功率半導(dǎo)體器材在5G基建、特高壓、新動力轎車充電樁、大數(shù)據(jù)中心等傍邊發(fā)揮著要害效果，功率半導(dǎo)體器材在 這些范疇有著廣泛的運用。跟著新基建的快速施行，功率半導(dǎo)體器材廠商將迎來巨大的生長機遇。

依據(jù)IHS數(shù)據(jù)，2018年我國功率半導(dǎo)體器材商場規(guī)模138億美元。2021年我國功率半導(dǎo)體器材商場規(guī)模有望到達159億美元，年復(fù)合添加率4.83%，超過全球功率半導(dǎo)體器材的添加速度。中金公司研究部認(rèn)為，在“新基建”以及進口代替推進下，預(yù)計2025年我國僅通訊基站用電源類功率半導(dǎo)體器材商場將到達126億元。

明星產(chǎn)品IGBT與MOSFET占比快速進步

功率半導(dǎo)體器材通過60多年的開展，產(chǎn)品種類繁多，首要包含功率二極管、功率三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等。其間，MOSFET和IGBT因為產(chǎn)品性能優(yōu)越，近年來商場規(guī)模添加迅速，占比不斷進步。IC Insights 報告中指出，在各類功率半導(dǎo)體器材中，未來最看好的產(chǎn)品是 MOSFET 與 IGBT 模組。

簡單來說，MOSFET是一種能夠廣泛運用在模仿與數(shù)字電路的場效應(yīng)晶體管。MOSFET具有導(dǎo)通電阻小、損耗低、驅(qū)動電路簡單、熱阻特性佳等優(yōu)點，合適用于 PC、手機、移動電源、車載導(dǎo)航、電動交通工具、UPS 電源等電源操控范疇。IHS預(yù)估，2022 年全球 MOSFET 商場規(guī)模接近 75 億美元。

IGBT 是由雙極型三極管 (BJT) 和 MOSFET 組成的復(fù)合式功率半導(dǎo)體器材，兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 BJT 的低導(dǎo)通電阻的優(yōu)點。IGBT 驅(qū)動功率小，十分合適運用于直流電壓為 600V 及以上的變流體系，如新動力轎車、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、交流電機等，預(yù)估2020年全球IGBT商場空間到達60億美元左右。

新基建的施行無疑將進一步強化MOSFET和IGBT的商場搶先優(yōu)勢。楊欽耀指出，新動力轎車、軌道交通等多個范疇加速崛起，將帶動功率半導(dǎo)體器材工業(yè)迎來開展機遇。以新動力轎車為例，新動力轎車作業(yè)時電流范圍在-100A到+150A之間，如此巨大的電流需求被電控單元精準(zhǔn)操控，以完成轎車的制動，而傍邊最核心的零部件就是IGBT。

有數(shù)據(jù)顯現(xiàn)，新動力中轎車功率半導(dǎo)體器材的價值量約為傳統(tǒng)燃油車的5倍以上，IGBT約占新動力轎車電控體系本錢的37%。未來新動力轎車商場的快速添加，有望帶動IGBT運用量的明顯進步，然后有力推進IGBT商場的開展。

通訊職業(yè)是功率半導(dǎo)體器材運用的另一大范疇。華潤微電子功率器材工作群總經(jīng)理李虹指出，5G是新基建的核心，AI在5G根底大將得到快速開展，兩者相得益彰，是未來最具潛力的添加范疇。

半導(dǎo)體工業(yè)尤其是功率半導(dǎo)體器材工業(yè)，既是技能驅(qū)動的工業(yè)，也是運用需求拉動的工業(yè)。5G建造所需的基站設(shè)備及其遍及后帶來物聯(lián)網(wǎng)、云核算的快速開展，將對功率半導(dǎo)體器材發(fā)生長時間很多需求。以5G的核心技能MassiveMIMO為例，它的廣泛部署將大大進步關(guān)于MOSFET構(gòu)成的射頻器材需求。

第三代半導(dǎo)體具備開展?jié)摿?

從技能開展來看，跟著硅基器材的趨近本錢效益臨界點，近年來主流功率半導(dǎo)體器材廠商紛繁環(huán)繞碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等第三代半導(dǎo)體資料進行探索。第三代半導(dǎo)體資料具備寬禁帶、低功率損耗等特性，迅速在高壓高頻率等新場景下開展壯大，成為功率半導(dǎo)體器材范疇未來的重要開展趨勢之一。

不過，第三代半導(dǎo)體也存在著制作本錢較高以及長時間可靠性疑慮等問題，因而還需求更加廣泛地推廣運用，以降低本錢、進步性能。而新基建的施行無疑對第三代半導(dǎo)體資料在功率器材傍邊擴展浸透率有著極大的幫助。

對此，意法半導(dǎo)體亞太區(qū)功率分立和模仿產(chǎn)品器材部區(qū)域營銷和運用副總裁沐杰勵就指出，新基建關(guān)于SiC和GaN器材而言，是一個巨大的時機。SiC器材相關(guān)于Si器材的優(yōu)勢之處在于能夠降低能量損耗、更易完成小型化和更耐高溫。

SiC器材在直流充電樁及智能電網(wǎng)、工業(yè)用電等范疇運用，能夠帶來高功率、大功率、高頻率的優(yōu)勢。GaN器材也有其商場空間。GaN的優(yōu)勢在于其開關(guān)頻率十分高。高開關(guān)頻率意味著能夠運用尺度更小的無源元件。如果需求減小器材的外形尺度，這時GaN將發(fā)揮重要效果。

以新動力轎車充電樁為例，沐杰勵指出，充電樁建造已經(jīng)成為新基建的一部分，車樁比及充電樁的有效分布會直接影響新動力轎車顧客的運用體驗。跟著新動力轎車運用率進步，顧客對方便、快速充電的需求也越來越高，因而需求擴展根底設(shè)施建造，添加充電站數(shù)量并提供更快的充電服務(wù)。

先進的功率技能和新資料如SiC在新動力轎車中起著重要效果。車載充電器和逆變器正在推進半導(dǎo)體公司出資新的寬禁帶半導(dǎo)體技能和新式IGBT，并研制新的功率封裝解決方案，以最大極限地運用這種高端硅技能的優(yōu)勢。