中国功率半导体器件应用领域、市场规模及细分行业市场规模预测.docx
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1、中国功率半导体器件应用领域、市场规模及细分行业市场规模预测一、功率半导体器件行业概况功率半导体器件(PowerSemiconductorDevice)又称电力电子器件(PowerElectronicDevice)。1940年贝尔实验室在研究雷达探测整流器时,发现硅存在PN结效应,1958年美国通用电气(GE)公司研发出世界上第一个工业用普通晶闸管,标志着电力电子技术的诞生。从此功率半导体器件的研制及应用得到了飞速发展,并快速成长为电子制造业的核心器件之一,还独立成为电子电力学科。功率半导体器件在电力电子行业有着非常广泛的应用,是电子产品的基础元器件之一,在产业电子化升级过程中,越来越得到重视与
2、应用。近年来,万物互联的呼声越来越高,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,都在不断提高电子化水平,其中又以新能源汽车的高度电子化最为引人注目;与此同时,工业、电网等传统行业也在加速电子化进程。几乎全行业的电子化发展,势必大大增加了对功率半导体器件的需求。目前全球的功率半导体器件主要由欧洲、美国、日本三个国家和地区提供,他们凭借先进的技术和生产制造工艺,以及领先的品质管理体系,大约占据了全球70的市场份额。而在需求端,全球约有39的功率半导体器件产能被中国大陆所消耗,是全球最大的需求大国,但其自给率
3、却仅有10,严重依赖进口。另外,当下中国大陆正寻求转型,要将“中国制造”提升为“中国智造”,许多新技术、新应用都走在了全球前列,如新能源汽车、风力发电等;中国大陆还利用人工智能技术对传统产业进行智能化升级。未来,中国大陆对功率半导体器件的需求将会越来越大;供需矛盾或将继续被拉大。为确保本土电子制造业的平稳发展,国家从资本、政策、产业链等多个维度对本土功率器件企业给予了大力支持。作为制造业大国,功率半导体器件在中国大陆的工业、消费、军事等领域都有着广泛应用,具有很高的战略地位。从发展历程看,功率半导体器件先后经历了:全盛于六七十年代的传统晶闸管、近二十年发展起来的功率MOSFET及其相关器件,以
4、及由前两类器件发展起来的特大功率半导体器件,它们分别代表了不同时期功率半导体器件的技术发展进程。概括来说,功率半导体器件主要有功率模组、功率集成电路(即PowerIC,简写为PIC,又称为功率IC)和分立器件三大类;其中,功率模组是将多个分立功率半导体器件进行模块化封装;功率IC对应将分立功率半导体器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成;而分立功率半导体器件则是功率模块与功率IC的关键。功率半导体器件又可根据对电路信号的可控程度分为全控型、半控型及不可控型;或按驱动电路信号性质分为电压驱动型、电流驱动型等划分类别。常用到的功率半导体器件有PowerDiode(功率二极管)、SCR(晶
5、闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(大功率电力晶体管)、BJT(双极晶体管)、MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、SIT(静电感应晶体管)、BSIT(双极型静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、IEGT(电子注入增强栅晶体管)、IPEM(集成电力电子模块)、PEBB(电力电子积木)等。不同功率半导体器件,其承受电压、电流容量、阻抗能力、体积大小等特性也会不同,实际使用中,需要根据不同领域、不同需求来选用合适的器件。随着技术的不断进步,功率半导体器件在不断演进。自上世纪80年代起,功率半导体器
6、件MOSFET、IGBT和功率集成电路逐步成为了主流应用类型。其中IGBT经历了器件纵向结构、栅极结构以及硅片加工工艺等7次技术演进,目前可承受电压能力从第四代的3000V跃升到了第七代的6500V,并且实现了高频化(10-100kHz)应用。为电能/功率处理的核心器件,功率半导体器件主要用于电力设备的电能变换和电路控制,更是弱电控制与强电运行之间的沟通桥梁,主要作用是变频、变压、变流、功率放大和功率管理,对设备正常运行起到关键作用。与此同时,功率半导体器件还具有绿色节能功能,被广泛应用于几乎所有的电子制造业,目前正从传统工业制造和4C产业向新能源、电力机车、智能电网等领域发展。另外,不同的细
7、分领域,对功率半导体器件的电压承受能力要求也不一样,以IGBT为例,消费电子电压一般在600V以下,太阳能逆变器及新能源汽车要求在600V-1200V,而轨道交通要求最高,范围在3300V-6500V之间。二、功率半导体器件市场规模功率器件是电子装置电能转换与电路控制的核心,可用于几乎所有的电子制造业。涵盖新能源(风电、光伏、电动汽车)、消费电子、智能电网、轨道交通等行业领域。近年来,我国功率器件市场规模不断扩大。2016年我国功率器件(包括功率IC和功率模组)的市场规模为1,494.5亿元,2017年达到1,611.1亿元,同比增长7.80%,我国已成为全球最大的功率器件市场。预计我国功率器
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