脫碳已經(jīng)成為全球的趨勢，在我國雙碳政策下，也即“碳達(dá)峰、碳中和”。新能源、新基建、以及光伏發(fā)電逐漸成為矚目的焦點(diǎn)，一直隱藏在背后的功率半導(dǎo)體也受到了重點(diǎn)關(guān)注。實(shí)際上，在新能源方面，功率半導(dǎo)體一直都具有廣泛的應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的道路上，功率半導(dǎo)體到底扮演著什么角色？LWyesmc

節(jié)能的幕后英雄

實(shí)際上，功率半導(dǎo)體的出現(xiàn)并不是在近期才受到注意，在2013年我國大部分地區(qū)霧霾天氣頻發(fā)時，就有人注意到功率半導(dǎo)體。到了十三五期間，功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)作為與節(jié)能減排相符合的契合點(diǎn)，其產(chǎn)業(yè)受到了國家的重點(diǎn)支持。LWyesmc

目前，隨著全國碳排放的增多，我們提出了雙碳目標(biāo)。而功率半導(dǎo)體已經(jīng)被個人電腦、白色家電、電動汽車、光伏發(fā)電系統(tǒng)廣泛采用，作為節(jié)能的關(guān)鍵，功率半導(dǎo)體再次出現(xiàn)在我們的視線中。LWyesmc

為什么說功率半導(dǎo)體能夠幫助節(jié)能？

這需要從功率元件的基本工作原理說起。功率元件通常在截至和導(dǎo)通兩種狀態(tài)下使用。關(guān)閉狀態(tài)，就是必須在所要求電壓下完全斷開電流。打開狀態(tài)，要求在損失最小的情況下，通過電流。關(guān)閉狀態(tài)下，使元件無法保證絕緣狀態(tài)的電壓叫做耐壓，一般而言，耐壓越高、導(dǎo)通電阻越小，元器件的性能也就越高。但由于功率器件的工作原理，耐壓和導(dǎo)通電阻之間存在此消彼長的關(guān)系。LWyesmc

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實(shí)際上，功率半導(dǎo)體的本質(zhì)就是利用半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換功能，比較具體的用途包括變壓、逆變、整流、斬波、變頻、變相等，能夠提高能量轉(zhuǎn)化效率，減少功率的損失。由于對于一般電器來說，有75%以上的電能是無法直接使用的，需要通過功率半導(dǎo)體進(jìn)行變換后才能供設(shè)備使用。因此，功率半導(dǎo)體對于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)來說，有非常重要的作用。LWyesmc

功率半導(dǎo)體主要分為功率分立器件和功率IC兩大類，其中功率分立器件主要包括二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等產(chǎn)品。但由于近幾年來，向高可控、高功率密度、高工作溫度、高開關(guān)頻率、低損耗、集成化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的方向發(fā)展，MOSFET與IGBT占在了功率器件的舞臺中央。LWyesmc

圍繞新能源車以及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施成為核心動力，包含工業(yè)、智能電網(wǎng)、5G基站、變頻家電對功率半導(dǎo)體的需求劇增，這也使得功率半導(dǎo)體市場水漲船高，迎來了高景氣的周期。LWyesmc

1、新能源汽車

隨著低碳的風(fēng)潮，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》里，對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了擘畫。預(yù)計到2025年，新能源汽車新車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右；到2035年，純電動汽車成為新銷售車輛的主流。LWyesmc

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相比于傳統(tǒng)汽車，電動汽車將新增大量電能轉(zhuǎn)換需求，從而帶動相關(guān)功率半導(dǎo)體器件獲得顯著的增量需求，并且功率半導(dǎo)體在新能源汽車中的價值量顯著增加。根據(jù)StrategyAnalytics的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2019年傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車中功率半導(dǎo)體價值量為71美元，占總半導(dǎo)體成本的21%；在純電動汽車中，功率半導(dǎo)體的價值增長到了387美元，占總半導(dǎo)體成本的55%，對于傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車來說，價值量提升了近5.5倍。LWyesmc

2.充電樁、汽車充電器新增大量功率器件需求

新能源汽車在普及的同時，也帶動了其配套設(shè)施的需求，充電樁便是其中之一。根據(jù)東方證券的調(diào)研報告顯示，功率半導(dǎo)體是充電樁的重要組成部分，充電模塊中，PFC 整流和 DC/DC 變換器會應(yīng)用到 IGBT、 SJ 或 SiC MOSFET 等器件。目前 150kW 及以下功率充電樁目前主流采用硅基 IGBT 方案，每 10kW IGBT 模組所需功率半導(dǎo)體價值為 20 美元，SiC 解決方案成本為 Si IGBT 的 5 倍，達(dá)到每 10kW 100 美元。LWyesmc

根據(jù)英飛凌的預(yù)測，2020 至 2023 年，全球充電樁功率半導(dǎo)體市場規(guī)模 CAGR 將達(dá)到 10.4%，至 2023 年，整體市場 規(guī)模有望達(dá)到 1.3 億美元。 LWyesmc

3.新能源發(fā)電

除了以上兩個方面，功率半導(dǎo)體也是光伏逆變器中的核心器件。而逆變器作為光伏系統(tǒng)并網(wǎng)的必要設(shè)備，光伏裝機(jī)容量的迅速提升將成為驅(qū)動逆變器行業(yè)成長的重要因素，同時也為功率半導(dǎo)體行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供動力。LWyesmc

國家統(tǒng)計局預(yù)測，至2025年中國新能源發(fā)電通過柔性輸電并網(wǎng)比例將會提升至71%，中國新能源發(fā)電IGBT市場規(guī)模將會增加到14.4億元。LWyesmc

4. 新國標(biāo)下的白電市場

去年一月，GB21455-2019《房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級》出臺。去年7月，新國標(biāo)正式實(shí)施，新國標(biāo)統(tǒng)一了變頻空調(diào)和定頻空調(diào)的能效評價方法。新國標(biāo)出臺的用意之一是為響應(yīng)國家清潔能源供暖政策而出現(xiàn)的低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)產(chǎn)品納入標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施范圍，設(shè)置了能效限定值和能效等級要求。LWyesmc

這也成為了功率半導(dǎo)體市場發(fā)展的契機(jī)——以新國標(biāo)下的空調(diào)市場為例，從定頻空調(diào)切換到變頻空調(diào)，空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機(jī)內(nèi)部的風(fēng)機(jī)馬達(dá)控制將由原來的固態(tài)繼電器轉(zhuǎn)變成智能功率模塊。LWyesmc

從整體上看，根據(jù)東方證券的調(diào)研報告顯示，變頻家電滲透率迅 速將持續(xù)快速提升，有望從 2019 年的 57%提升至 2023 年的 88%。從 IPM 和二極管、MOSFET、 IGBT 等功率半導(dǎo)體的用量來看，變頻家電功率半導(dǎo)體價值相比普通家電增長 12 倍以上。受益于上述驅(qū)動，全球家電功率半導(dǎo)體規(guī)模有望從 2019 年的 41 億美元增長至 2023 年的 70 億美元，4 年 CAGR 在 14%以上。LWyesmc

功率半導(dǎo)體的政策

功率半導(dǎo)體的發(fā)展與雙碳規(guī)劃息息相關(guān)，因此，我國對功率半導(dǎo)體的發(fā)展進(jìn)行了全面的布局——近年來國家在功率半導(dǎo)體及相關(guān)領(lǐng)域陸續(xù)出臺了一系列政策法規(guī)，鼓勵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品研發(fā)、制造及測試，支持加大功率半導(dǎo)體重點(diǎn)項(xiàng)目的投入。LWyesmc

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（半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫整理）LWyesmc

中國市場中的功率半導(dǎo)體玩家

在《華潤微首席運(yùn)營官李虹：技術(shù)演進(jìn)+應(yīng)用驅(qū)動，功率領(lǐng)跑千億賽道》這篇文章中有寫到，李虹表示2021年，全球半導(dǎo)體市場有可能達(dá)到500億美金。從2010年到2020年，全球半導(dǎo)體市場銷售額增長了50%，美國費(fèi)城半導(dǎo)體指數(shù)漲了8倍。并且根據(jù)OMDIA的最新預(yù)測，2024年全球功率半導(dǎo)體市場將達(dá)到623億美金。LWyesmc

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尤其是在“雙碳”發(fā)展的形勢之下，功率半導(dǎo)體的發(fā)展可以說是勢不可擋。國內(nèi)主要的功率半導(dǎo)體廠商包括比亞迪半導(dǎo)體、華潤微、斯達(dá)半導(dǎo)體、士蘭微、臺基股份等廠商。LWyesmc

從前不久各個廠商發(fā)布的第三季度財報可以看到，士蘭微前三季度盈利收入同比增長76.18%、華潤微前三季度營業(yè)收入同比增長41.70%、斯達(dá)半導(dǎo)體前三季度營業(yè)收入增長89.85%，今年國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商的營業(yè)增長向好。LWyesmc

其實(shí)，功率半導(dǎo)體的工藝并非依賴尺寸，也就是并不追求7nm、5nm等先進(jìn)制程，相對于邏輯IC來說工藝技術(shù)難度低，也不需要動輒就百億美金的產(chǎn)線投入。LWyesmc

考慮到市場需求、技術(shù)難度等多方因素，功率半導(dǎo)體在可預(yù)見的將來有望成為國產(chǎn)替代進(jìn)度最快的細(xì)分領(lǐng)域之一。LWyesmc

華潤微的IGBT產(chǎn)品制造工藝已經(jīng)全面提升至8吋IGBT,并且今年以來，華潤微自主研發(fā)的650V SiC JBS綜合性能達(dá)到業(yè)界先進(jìn)水平。華潤微在回答供需情況時，表示今年在新能源車、光伏等市場比較火爆，IGBT在汽車領(lǐng)域的運(yùn)營包括充電樁、車載空調(diào)。LWyesmc

斯達(dá)半導(dǎo)體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了IGBT芯片和模塊的產(chǎn)業(yè)化，在2020年斯達(dá)半導(dǎo)體在全球IGBT模塊市場排名第七，斯達(dá)半導(dǎo)體原先采用fabless模式運(yùn)營，在今年9月11日，公司發(fā)布定增公告，擬募集資金35億元，向IDM模式轉(zhuǎn)型。LWyesmc

斯達(dá)半導(dǎo)IGBT型號超過600種，電壓等級涵蓋100V——3300V,廣泛應(yīng)用于新能源汽車、變頻器、逆變焊機(jī)、光伏/風(fēng)電發(fā)力、SVG、白色家電等領(lǐng)域。2020年，其IGBT模塊配套逾20萬輛新能源汽車，覆蓋超過20家汽車公司。LWyesmc

士蘭微依托已穩(wěn)定運(yùn)行的5、6、8英寸芯片生產(chǎn)線和正在逐步上量的12英寸芯片生產(chǎn)線和先進(jìn)化合物芯片生產(chǎn)線，建立新產(chǎn)品和新工藝技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊，陸續(xù)完成了超結(jié)高壓MOSFET、高密度溝槽柵MOSFET、快恢復(fù)二極管的研發(fā)，形成了比較完整的特色工藝制造平臺。LWyesmc

士蘭IGBT模塊B1、B3進(jìn)入批量供貨階段，其中B1采用IGBT 4芯片，適用30-60kw的電動汽車，即A00級車，被造車新勢力零跑T03大量采用；B3采用IGBT 5芯片，適用80-220kw的電動汽車，即A級至C級車，正在極氪（吉利B級新能源車）小批量試用，預(yù)計年底或明年初批量供貨。LWyesmc

目前，士蘭微在變頻空調(diào)領(lǐng)域有廣泛知名度，客戶囊括美的、格力等白電龍頭，并且在向新能源汽車拓展，車用IGBT模塊已交付國內(nèi)多家知名廠商測試。LWyesmc

從這種情況上看，在“雙碳”規(guī)劃的催化以及國產(chǎn)化的推動下，國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商或?qū)⒂瓉戆l(fā)展的黃金時期。LWyesmc