半導體功率器件未來發(fā)展分析

半導體功率器件未來發(fā)展分析

功率半導體器件是實現(xiàn)電能轉換的核心器件.主要用途包括逆變、變頻等.受惠于5G及電動車需求的顯著增長.

IGBT是新能源汽車電機控制系統(tǒng)和充電樁的核心器件.IGBT約占新能源汽車電力驅動系統(tǒng)及車載充電系統(tǒng)成本的40%,折合到整車上約占總成本的7~10%,它的性能決定了整車的能源利用率.IGBT多應用于高壓領域,MOSFET主要應用在高頻領域.

功率半導體器件是實現(xiàn)電能轉換的核心器件.主要用途包括逆變、變頻等.功率半導體可以根據(jù)載流子類型分為雙極型功率半導體和單極型功率半導體.雙極型功率半導體包括功率二極管、雙極結型晶體管（BJT）、電力晶體管（GTR）、晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等.單極型功率半導體包括功率MOSFET、肖特基勢壘功率二極管等.它們的工作電壓和工作頻率也有所不同.功率半導體器件廣泛應用于消費電子、新能源交通、軌道交通、發(fā)電與配電等電力電子領域.2017年全球功率器件市場結構按產(chǎn)品劃分

預計在2022年全球功率半導體市場規(guī)模將達426億美元.在2015年全球功率半導體市場中,英飛凌以12%的市場占有率排名第一.歐美日廠商憑借其技術和品牌優(yōu)勢,占據(jù)了全球功率半導體器件市場的70%.

中國開展功率半導體的研究工作比較晚,且受到資金、技術及人才的限制,功率半導體產(chǎn)業(yè)整體呈現(xiàn)出數(shù)量偏少、企業(yè)規(guī)模偏小、技術水平偏低及產(chǎn)業(yè)布局分散的特點.原始創(chuàng)新問題成為阻礙國內功率半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素.國際功率半導體廠商尚未形成專利和標準的壟斷.相比國外廠商,國內廠商在服務客戶需求和降低成本等方面具有競爭優(yōu)勢.功率半導體的國產(chǎn)代替空間十分廣闊.2016-2022年全球功率半導體市場規(guī)模及預測

全球功率半導體市場競爭格局

新能源汽車是指采用非常規(guī)車用燃料作為動力來源的汽車,如純電動車、插電式混合動力汽車.預計在2020年中國新能源汽車銷量將達200萬輛,同比增長53.8%.新能源汽車新增大量功率半導體器件的應用.2020年全球汽車功率半導體市場規(guī)模將達70億美元.特斯拉modelS車型使用的三相異步電機驅動,其中每一相的驅動控制都需要使用28顆IGBT芯片,三相共需要使用84顆IGBT芯片.2012-2020年新能源汽車銷量及增速預測

2016-2020年全球汽車半導體市場規(guī)模及預測

IGBT,絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT和MOS組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件.IGBT可以實現(xiàn)直流電和交流電之間的轉化或者改變電流的頻率,有逆變和變頻的作用.

在結構方面,IGBT比MOSFET多一層P+區(qū),通過P層空穴的注入能夠降低器件的導通電阻.隨著電壓的增大,MOSFET的導通電阻也變大,因而其傳導損耗比較大,尤其是在高壓應用場合中.相較而言,IGBT的導通電阻較小.

全球IGBT市場主要競爭者包括德國英飛凌、日本三菱、富士電機、美國安森美、瑞士ABB等,前五大企業(yè)的市場份額超過70%.預計在2022年全球IGBT市場規(guī)模將達60億美元,增量空間巨大.國外廠商已研發(fā)出完善的IGBT產(chǎn)品系列.其中,仙童等企業(yè)在消費級IGBT領域處于優(yōu)勢地位.ABB、英飛凌和三菱電機在1700V以上的工業(yè)級IGBT領域占據(jù)優(yōu)勢.在3300V以上電壓等級的領域,英飛凌、ABB和三菱電機三家公司居壟斷地位,代表著國際IGBT技術的最高水平.2017年全球IGBT市場份額

2016-2022年全球IGBT市場規(guī)模及預測

中國功率半導體市場占世界功率半導體市場份額的50%以上,但在中高端MOSFET及IGBT器件中,90%依賴于進口.

按電壓分布來看,消費電子領域運用的IGBT產(chǎn)品主要在600V以下,如數(shù)碼相機閃光燈等.1200V以上的IGBT多用于電力設備、汽車電子、高鐵及動車中.動車組常用的IGBT模塊為3300V和6500V.智能電網(wǎng)使用的IGBT通常為3300V.

1、新能源汽車

電力驅動系統(tǒng)將電能轉換為機械能,驅動電動汽車行駛,是控制電動汽車最關鍵的部分.IGBT在電力驅動系統(tǒng)中屬于逆變器模塊,將動力電池的直流電逆變成交流電提供給驅動電動機.IGBT約占新能源汽車電機驅動系統(tǒng)及車載充電系統(tǒng)成本的40%,折合到整車上約占總成本的7~10%,其性能直接決定了整車的能源利用率.汽車半導體行業(yè)的認證周期長,標準非常嚴苛.一方面,汽車的大眾消費屬性使得它