隨著中美科技較量短兵相接，兩會上代表委員們關于中國半導體產業(yè)發(fā)展的提案和建議備受矚目。其中民進中央擬提交“關于推動中國功率半導體產業(yè)科學發(fā)展的提案”。
提案表示，近年來，國家出臺了一系列政策措施支持和推動半導體產業(yè)發(fā)展，取得了較為突出的成效，已基本完成了產業(yè)鏈的布局，且在功率半導體領域呈現(xiàn)多點開花的良好形勢。
但是，當前從全球功率半導體市場看，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的硅材料功率半導體仍然有巨大的發(fā)展空間，有研究顯示全球市場的碳化硅及氮化鎵等新材料功率半導體芯片市場應用量是約3億多美金，硅材料功率半導體芯片市場應用量超過200億美金。國際市場的IGBT芯片主流是硅材料5代、6代及7代產品，國際功率半導體行業(yè)認為，硅材料功率半導體材料已經有30多年的大規(guī)模市場應用驗證，穩(wěn)定可靠，價格低，尚有技術發(fā)展空間等特點，在未來至少7至8年左右仍是市場應用主流。另一方面以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體材料正蓬勃發(fā)展，而我國碳化硅、氮化鎵功率半導體器件研發(fā)起步晚，在技術上仍有很大差距。可喜的是，在國家多項科研計劃的扶持下，這方面已經大幅縮小了與國際的技術差距，并取得了不少成就。
隨著工業(yè)、汽車、無線通訊和消費電子等領域新應用的不斷涌現(xiàn)以及節(jié)能減排需求日益迫切，我國功率半導體有龐大的市場需求，容易催生新產業(yè)新技術，在國家政策利好下，功率半導體將成為“中國芯”的最好突破口。
為此，建議：
一、進一步完善功率半導體產業(yè)發(fā)展政策，大力扶持硅材料功率半導體芯片技術攻關，立項支持硅材料功率半導體材料、芯片、器件等設計和制造工藝流程技術。經過多年布局和發(fā)展，我國在硅材料IGBT芯片技術方面有一定的技術基礎和沉淀，可以將集中突破硅材料6代功率芯片產品設計及批量制造工藝技術作為發(fā)展重點，采取先易后難、解決“有無”問題的發(fā)展策略，盡快實現(xiàn)功率半導體芯片自主供給。
二、加大新材料科技攻關。大數(shù)據傳輸、云計算、AI技術、物聯(lián)網，包括下一步的能源傳輸，對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求，大功率芯片的市場需求非常大。從產業(yè)發(fā)展趨勢看，碳化硅、氮化鎵等新材料應用于功率半導體優(yōu)勢明顯，是下一代功率半導體的核心技術方向。目前碳化硅、氮化鎵市場處于起步階段，國內廠商與海外傳統(tǒng)巨頭之間差距較小，國內企業(yè)有望在本土市場應用中實現(xiàn)彎道超車。
一是要把功率半導體新材料研發(fā)列入國家計劃，全面部署，竭力搶占戰(zhàn)略制高點。
二是引導企業(yè)積極滿足未來的應用需求，進行前瞻性布局。推動功率半導體龍頭企業(yè)著力攻克一批產業(yè)發(fā)展關鍵技術、應用技術難題，在國際競爭中搶占先機。
三是要避免對新概念的過熱炒作。新材料從發(fā)現(xiàn)潛力到產業(yè)化，需要建立起高效的產學研體系，打造更加開放包容的投資環(huán)境。
三、謹慎支持收購國外功率半導體企業(yè)。通過收購很難實現(xiàn)完全學會和掌握國際先進的功率半導體芯片設計及制造工藝技術，同時海外工廠制造的產品仍然存在著無法出口到中國的危險。
功率半導體概述
功率半導體是電子裝置電能轉換與電路控制的核心，本質上，是通過利用半導體的單向導電性實現(xiàn)電源開關和電力轉換的功能，來實現(xiàn)變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開關等，被廣泛應用于汽車、通信、消費電子和工業(yè)領域。
功率半導體主要分為功率器件、功率IC。其中功率器件主要包括二極管、晶體管、晶閘管三大類別，其中晶體管是分立器件中市場份額最大的種類。常見晶體管主要有BJT、IGBT和MOSFET。MOSFET和IGBT逐漸成為主流，而多個IGBT可以集成為IPM模塊，用于大電流和大電壓的環(huán)境。功率IC是由功率半導體與驅動電路、電源管理芯片等集成而來的模塊，主要應用在小電流和低電壓的環(huán)境。
圖：功率半導體分類（中銀證券）
根據Yole數(shù)據，2017年功率IC占全球功率半導體市場規(guī)模的54%，是市場份額占比最大的功率半導體產品；MOSFET市場規(guī)模占比17%；功率二極管市場規(guī)模占比15%；由于IGBT的操作頻率范圍較廣，能夠覆蓋較高的功率范圍，市場規(guī)模占比12%。
圖：功率半導體市場結構（新時代證券）
二極管：二極管是最簡單的功率器件，通常用于穩(wěn)壓電路、整流電路、檢波電路等。整流器由二極管與一些金屬堆疊而成，二者在功能上相似。根據Yole的數(shù)據，2016年全球二極管及整流器市場規(guī)模為33.43億美元，其中整流器市場規(guī)模為27.58億美元，占比為82.50%。
MOSFET（金屬-氧化物半導體場效應晶體管）：可廣泛運用于數(shù)字電路和模擬電路，運用于開關電源、鎮(zhèn)流器、高頻感應加熱等領域。MOSFET在功率器件中占比最高，2018年全球MOSFET市場規(guī)模為59.61億美元，占功率器件市場的39.78%。預計2020年全球市場規(guī)模可達68.81億美元。
圖：全球MOSFET市場規(guī)模（新時代證券）
IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）：是電機驅動的核心，廣泛應用于逆變器、變頻器等，其應用領域非常廣泛，小到家電、數(shù)碼產品，大到航空航天、高鐵等領域，新能源汽車、智能電網等新興應用也會大量使用IGBT。IGBT分為IGBT芯片和IGBT模塊，IGBT模塊常用于大電流和大電壓環(huán)境。預計2022年全球IGBT芯片市場規(guī)模為14.07億美元，IGBT模塊市場規(guī)模為47.75億美元。
圖：全球IGBT市場規(guī)模
功率IC：功率IC通常由功率器件、電源管理芯片和驅動電路集成而來，能承受的電流比較小，能承受大電流的模塊一般是IGBT集成形成的IPM模塊。功率IC可以分為以下五大類：線性穩(wěn)壓、開關穩(wěn)壓器、 電壓基準、開關IC和其他功率IC。
功率半導體的應用領域廣泛，市場規(guī)模持續(xù)增長
根據Yole數(shù)據，2017年全球功率半導體市場規(guī)模為327億美元，預計到2022年達到426億美元，復合增長率為5.43%。其中，工業(yè)、汽車、無線通訊和消費電子是功率半導體的前四大終端市場。根據中商產業(yè)研究院的數(shù)據，2017年工業(yè)應用市場占全球功率半導體市場的34%，汽車領域占比為23%，消費電子占比為20%，無線通訊占比為23%。隨著對節(jié)能減排的需求日益迫切，功率半導體的應用領域從傳統(tǒng)的工業(yè)領域和4C領域逐步進入新能源、智能電網、軌道交通、變頻家電等市場。
圖：全球功率半導體市場規(guī)模
圖：功率半導體終端市場格局
受益于工業(yè)、電網、新能源汽車和消費電子領域新興應用不斷出現(xiàn)，功率半導體器件市場規(guī)模不斷增長。根據Yole數(shù)據，2017年全球功率半導體器件市場規(guī)模為144.01億美元，預計到2022年功率半導體器件市場規(guī)模將達到174.88億美元，復合增長率為3.96%。
圖：全球功率半導體器件市場規(guī)模
工業(yè)領域：工業(yè)領域是功率半導體最大的市場，數(shù)控機床、牽引機等電機對功率半導體需求很大，主要使用的功率半導體是IGBT。
根據中商產業(yè)研究院的數(shù)據，2016年全球工業(yè)功率半導體的市場規(guī)模為90億美元，受益于工業(yè)技術的進步，2020年全球工業(yè)功率半導體的市場規(guī)模將達到125億美元，復合增長率為8.56%。
汽車電子：與傳統(tǒng)汽車相比，電動汽車將新增大量與電池能源轉換相關的功率半導體器件，功率半導體應用大幅上升。根據麥肯錫統(tǒng)計數(shù)據，純電動汽車的半導體成本比傳統(tǒng)汽車高出近1倍。根據中商產業(yè)研究院、英飛凌數(shù)據，2017年全球汽車功率半導體市場規(guī)模為58億美元，預計到2020年達到70億美元，復合增長率6.47%。
同時，與新能源汽車相配套的充電樁對功率半導體需求也很大，新能源汽車充電樁分為直流IGBT充電樁和交流MOSFET充電樁，預計2020 年直流充電樁需求為151萬個，交流充電樁需求90.6萬個，2020年全球充電樁市場對功率半導體的需求為15.22億美元。
智能電網：智能電網發(fā)電過程中使用大量的逆變器和整流器，其中核心的功率半導體是 IGBT。光伏電網還需要使用大量的光伏二極管，預計2020年全球光伏功率半導體市場規(guī)模27.54億美元。
通信行業(yè)：5G將成為通信功率半導體市場的增長動力，5G通信帶動基站等設備的建設。通信設備市場規(guī)模不斷提升，功率半導體需求不斷增加，根據中商產業(yè)研究院數(shù)據，全球通信功率半導體市場規(guī)模將由2017年的57.45億美元增長至2020年的65.96億美元，復合增長率為4.71%，5G基站升級是通信功率半導體市場最重要的推動力。
消費電子：消費電子類型很多，電視、手機、冰箱、空調等產品都要使用功率半導體，一般是小電壓的功率半導體，如MOSFET等。受益于Type-C接口普及以及電子產品升級換代，消費電子對功率半導體需求穩(wěn)步增加。根據中商產業(yè)研究院數(shù)據，2017年全球消費電子功率半導體的市場規(guī)模為19.6億美元，預計到2020年市場規(guī)模將達到23億美元，復合增長率為5.48%。
市場格局
功率半導體行業(yè)壁壘較高，在高端功率器件領域，以美、日、歐龍頭廠商為主導。根據IHS統(tǒng)計，英飛凌、安森美、意法半導體、三菱電機、東芝半導體是全球前五的功率半導體供應商，前五大供應商市場占比達到42.6%，前十大供應商占比達到60.6%。
而功率半導體廠商大多采用IDM模式，有完整的晶圓廠、芯片制造廠和封裝廠，垂直整合優(yōu)勢明顯，對成本和質量控制能力很強，實力強勁。歐美日的功率半導體廠家大多是IDM模式，以高端產品為主；中國大陸的廠商大多也是IDM模式，產品以低端二極管和低壓MOSFET為主，實力較弱；中國臺灣以Fabless模式為主，主要負責芯片制造和封裝。
圖：功率半導體競爭格局情況
從供給端來看，全球功率半導體的主要產地集中在歐美日，占據全球功率半導體大部分的市場份額。其次是中國臺灣，目前占據全球10%的市場份額。中國大陸以二極管、低壓MOSFET、晶閘管等低端功率半導體為主，目前實力較弱，占據全球10%的市場份額。
從需求端來看，中國是全球最大的功率半導體消費國。根據Yole數(shù)據，中國功率半導體市場空間占全球比例39%，居第一位；
如此看來，中國大陸功率半導體呈供需嚴重不匹配的格局，且國內以低端產品為主，國產替代缺口巨大。隨著新領域的應用增加以及歐美產品升級產業(yè)轉移到國內，國內市場將有很大的增長空間。
圖：全球功率器件供給按照區(qū)域劃分占比
圖：全球功率器件需求按區(qū)域劃分占比
全球功率半導體廠家
中國大陸生產企業(yè)：
楊杰科技：光伏二極管領域龍頭，國內功率器件市占率第二。
捷捷微電：消費電子領域晶閘管龍頭， 國內晶閘管市場占有率45%以上。
臺基股份：工控領域晶閘管龍頭。
華微電子：中功率IGBT行業(yè)國內領導者。
士蘭微：中高功率IGBT國內領軍企業(yè)。
斯達半導：國內IGBT龍頭，IGBT全球前十。
華潤微：國內營業(yè)收入最大、產品系列最全的MOSFET廠商。
聞泰科技：安世半導體分立器件、邏輯器件、MOSFET器件的主要產品市占率均位于全球前三。
蘇州固锝：國內整流器件龍頭、全球最大的二極管生產商之一。