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盡管中國已經成為全球功率半導體產業的重要市場,但中國功率半導體器件的設計、制造能力還有待提高,關鍵技術仍掌握在少數國外公司手中。目前我國新型功率半導體尤其是IGBT產業還處于起步階段,上下游的配套還很不完善。缺乏核心技術將嚴重阻礙中國新興節能產業的發展。
當前中國乃至全球范圍內環境資源問題面臨嚴峻考驗,各國相繼頒布節能減排政策,作為各種工業設施、消費電子、家用電器等設備電能控制欲轉換的核心器件,功率半導體產業將面臨新的技術挑戰與發展機遇。作為半導體產業與節能減排政策落地實施的契合點,功率半導體產業受益于國家重點支持,有望在十三五期間實現從“材料-晶圓-封裝-器件-應用”的全產業鏈自主技術突破,尤其是在新能源領域廣泛應用的MOS器件及IGBT模組,以及SiC/GaN 等新型材料器件的應用方面。
我國功率半導體自身生產的遠遠滿足不了國內的需求,大部分都是依賴于進口,隨著我國對功率半導體行業越來越重視,功率半導體的生產技術也進一步提升,產量也將快速上升,但是功率半導體的應用領域也越來越廣闊,市場需求也進一步擴大,我國的功率半導體器件的起步雖然較晚,但是市場規模增長迅速。從2015年的1905億元增長到2017年的2297億元,年均復合增速達8.53%,已經成為全球最大的功率半導體市場之一。
帶動功率半導體旺盛需求的一個重要原因是下游汽車的高速增長。汽車電子是功率半導體器件最主要的應用領域之一。作為半導體產業的一大分支,功率半導體對實現電能的高效產生、傳輸、轉換、存儲和控制作用巨大,是實現節能減排、綠色制造的關鍵。功率半導體廣泛應用于汽車、家電、光伏、風電、軌道交通等領域,滲透進了人們生活的方方面面。
2015-2017年半導體功率器件市場規模
近年來,“節能減排”、“開發綠色新能源”已成為我國長期發展的基本國策。在我國綠色能源產業發展的推動下,電力電子技術迅速發展成為建設節約型社會、促進國民經濟發展、踐行創新驅動發展戰略的重要支撐技術之一。
電力電子技術作為一種通過高效轉換提供高質量電能,實現節能、環保和提高人民生活質量的重要技術,已經成為弱電控制與強電運行相結合、信息技術與先進制造技術相融合、實現智慧化升級不可或缺的重大關鍵核心技術,屬關鍵共性技術領域。
電力電子技術在實施《中國制造2025》規劃中具有重大意義,它在多個領域發揮關鍵作用:
例如,提高有關產業的關鍵核心技術的研發能力和創新能力,推進科技成果產業化;通過“互聯網+”推進信息化與工業化深度融合;加快發展智能制造設備和產品,推進制造過程的智慧化;
增強工業基礎能力和產業化;全面推行綠色制造,推進資源高效循環利用;深入推進制造業結構調整和企業技術改造等,為實施中國制造強國建設“三步走”的發展戰略提供強大的技術支撐。
將電力電子技術應用于發電、輸電、變電、配電、用電、儲能,能夠起到改善電能、控制電能、節能環保的作用,使電網的工頻電能最終轉換成不同性質、不同用途的高質量電能,以適應千變萬化的用電裝置的不同需要。
我國工業領域使用了大量的軋機、無軌電車、電焊機、電鍍和電解電源、風機、水泵等機電設備,具有巨大的效率提升需求和空間。電力電子技術被稱為是“節能的先鋒”、“環保的衛士”,是節能減排的重要技術之一。
半個多世紀電力電子技術的發展證明:沒有領先的器件,就沒有領先的設備,電力電子器件對電力電子技術領域的發展起著決定性的作用。就像中央處理器(CPU)是一臺計算機的心臟一樣,電力電子器件是現代電力電子裝置的心臟。
電力電子器件的價值通常不會超過整臺裝置總價值的10~30%,但它對裝置的總價值、尺寸、重量和技術性能起著十分重要的作用。從歷史上看,電力電子器件像一顆燃起電力電子技術革命的火種,每一代新型電力電子器件的出現,總是帶來一場電力電子技術的革命。
我國的功率半導體器件的起步雖然較晚,但是市場規模增長迅速。
從2011年的1386億元增長到2016年的2088億元,年均復合增速達8.53%。已經成為全球最大的功率半導體市場之一。
圖表:2015-2017年功率半導體市場規模
2015-2017年半導體功率器件需求綜述
功率集成電路器件的產地正發生著重大改變。過去10年來,中國、歐洲和東南亞地區的功率器件制造業取得迅猛發展,而北美地區則逐漸走下坡路。在市場機遇方面,隨著電池供電與互聯消費產品及電動車的涌現,功率器件需求預計將更加強勁。中國的智能手機需求增長與功率集成電路消費趨勢相符。
未來,中國有望成為半導體器件包括功率器件主要的設計與制造來源。目前,中國的功率器件制造產業尚處于早期階段。
在初始階段,中國制造的主要是簡單的二極管和功率MOSFET。批量制造如IGBT等更加復雜精細的功率器件,預計還要等到晚些時候。待產業發展至后期階段,可能還會出現寬能隙器件。
事實上,中國目前已經在碳化硅襯底業務領域扮演起了重要的角色。
從2016年下半年開始,功率半導體器件行情回暖,需求持續旺盛,但是受限于產能,原廠交貨周期開始延長。
一般來說MOSFET、整流管和晶閘管的交貨周期是8周左右,但現在部分MOSFET、整流管和晶閘管交期已被延長到24至30周。供不應求加劇,供應商開始上調價格。
2017年9月1日,長電科技發出通知,將公司所有的MOSFET價格上調20%。9月19日,長電科技再次上調價格。
在長電大漲MOSFET價格后,其它供貨商立刻全面跟進漲價,包括大中、尼克松、富鼎等臺系MOSFET供貨商紛紛漲價。
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