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            四面楚歌!功率半导体赛道,中国如何突围超车?

            被誉为"现代工业粮食"的半导体产业近日引发诸多关注,而功率半导体是其中一种。功率半导体也被称为电力电子器件,是电子装置中电能转换与电路控制的核心。从产品类型来看,功率半导体主要分为功率器件、功率IC。其中,功率器件主要包括二极管、晶体管、晶闸管三大类别。晶体管是分立器件中市场份额最大的种类。常见晶体管主要有BJT、MOSFET和IGBT。

             
              功率半导体是如何一步步发展过来的?它主要应用于哪些行业领域?相较国外,国内功率半导体的发展怎么样?未来的发展前景如何?中国企业在功率半导体产业有什么进展?……带着疑问,让我们一起走进功率半导体的世界。
             
              功率半导体的发展概况
             
              20世纪50年代,功率二极管已经发明,起初用于工业和电力系统。到了60-70年代,以半控型晶闸管为代表的功率器件由于其体积小、明显的节能功效引起广泛重视,快速发展。80年代,晶闸管的电流容量已达6000安,阻断电压高达6500伏。同一阶段,工作效率达到兆赫级的硅基MOSFET也发展起来,功率器件正式进入电子应用时代。另外,硅基IGBT出现使得功率器件可以具备大功率化与高频化为一体。二十一世纪前后,将功率器件与集成电路集中在同一芯片中,功率器件集成化使器件功能趋于完整。发展至今,MOSFET和IGBT逐渐成为主流。此外,第三代半导体材料是功率半导体器件未来的发展方向,基本已是业内共识。
             
              近年来,以汽车、高铁为代表的交通工具,以光伏、风电为代表的新能源领域,以手机为代表的通信设备,以电视机、洗衣机、空调、冰箱为代表的消费级产品,都在加速发展电子化。由于功率半导体是电子产品的基础元器件之一,故而它在产业电子化升级过程中扮演着不容小觑的角色。然而现阶段,我国厂商主要集中在二极管、晶闸管、低压MOSFET等低端功率器件领域,而像IGBT、中高压MOSFET等高端器件主要由欧美日厂商占据。据智研咨询发布的《2020-2026年中国功率半导体行业市场运作模式及投资前景展望报告》指出:目前中国的功率半导体市场规模占全球市场规模35%左右,是全球最大的功率半导体市场,约为940.8亿元。虽然市场蛋糕很大,但是国内功率半导体自给率低,尤其是中高端MOSFET及IGBT器件中,90%依赖于进口来满足。实现"国产替代"是中国功率半导体产业自强不息、当仁不让的使命。
             
              内外驱动力齐作用,功率半导体2020逆风而上
             
              根据美国最新的制裁,华为或将无芯可用的困局一触即发。9月4日又传来消息:美国国防部一名官员消息称特朗普政府正考虑是否将中国顶级芯片制造商中芯国际(SMIC)列入"贸易黑名单"。面对美国蛮横的步步紧逼,国内半导体产业崛起的步伐不得不再迈大一些,再迈宽一些。
             
              正如莲花出于淤泥,身处恶劣的大环境中,是危机重重,不过也蕴藏勃勃生机。同是9月4日,国内消息称,中国正在规划将大力支持发展第三代半导体产业写入"十四五"规划之中,一时半导体行情见涨,产业上下备受鼓舞。回望功率半导体近来发展,整个行业也呈现发展强势。2019年第二季度后,我国的功率半导体行业营收开始从低迷里回升;2020年第一季度我国功率半导体仍获得6.09%的营收增速。良好的发展主要得力于两个方面:一方面是国内TOC大厂的需求端持续放量,并且相较于欧美半导体厂商基本停工停产,我国疫情控制有效恢复了生产,这大大加快了国产替代速度;另一方面主要是市场需求的扩大,例如新能源车充电桩、5G基建等新基建今年开始全面加速布局,这在一定程度上也助力了国内功率半导体的发展。
             
              从长远来看,功率半导体未来发展主要有三个驱动力:一是功率半导体全球供需关系不平衡,国内功率半导体加快扩产;二是国产替代呈现稳步加速态势,国产厂商迎来良好的客户拓展和扩大市场份额机遇,有望在近几年形成较为明显的成长效应;三是5G、特高压、轨道交通、新能源汽车等领域的推广将明显带动功率半导体技术升级和普及。
             
              中国企业:相信我们能追得上
             
              尽管功率半导体产业追赶空间不小,但是华微电子、中车株洲、扬州科技、捷捷微电、苏州固锝电子、比亚迪等不少国内企业在一些领域上也发展甚佳,有所突破。
             
              成立于1965年的华微电子,是国内功率半导体器件领域首家上市公司。经过积累多年的技术经验厚积薄发,该企业的IGBT薄片工艺、Trench工艺、寿命控制和终端设计技术等方面在国内领先,达到国际同行业先进水平。目前华微电子已经拥有4英寸、5英寸、6英寸等多条功率半导体分立器件以及IC芯片生产线,今年6月份,华微电子8英寸生产线投入使用。
             
              高铁是中国在世界上其中一张金名片,可是发展过程并非一帆风顺,核心科技"IGBT芯片"之前长期依靠日本德国进口。为此,国家相关部委2007年将IGBT器件技术作为我国重大专项课题,投入巨资,集中研发,前期进展缓慢。后来中车株洲拿下了这个项目,花费6年时间,攻克了30多项难题,终于把IGBT芯片研制成功了,并且顺利通过了技术鉴定。
             
              于2018年9月,比亚迪第一次对外宣布其新能源汽车采用了自主研发的IGBT功率半导体器件。除此之外,比亚迪对性能更优异的第三代半导体材料SiC(碳化硅)投入巨资,并成功研发了SiCMOSFET。今年上市的比亚迪汉EV是国内首款应用自主研发SiC模块的电动汽车,标注着国内自主应用第三代半导体材料的开始,更是该材料进入中高端产车的开端。
             
              ……
             
              国内功率半导体产业现已走在前所未有的发展机遇浪潮中,借用中芯国际创始人、原CEO张汝京在中国第三代半导体发展机遇交流峰会上发表演讲最后的话来说,就是--"做这个行业是很寂寞、艰苦的,要有很强的信仰的力量来支撑我们,我们就可以把它做出来。所以我是乐观,相信我们追得上。"


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