功率半導(dǎo)體器件是電子裝置中實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換與電力控制的核心部件，通過對(duì)電流、電壓、頻率、相位、相數(shù)等進(jìn)行轉(zhuǎn)換和控制，以實(shí)現(xiàn)整流、逆變、斬波、開關(guān)等功能。

1、晶閘管

晶閘管是一種三端四層的晶體管，通過微小功率對(duì)大功率的電流進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)整流、無觸點(diǎn)開關(guān)等功能，具有體積小、重量輕、耐壓高、容量大、效率高、控制靈敏、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。晶閘管的誕生使功率半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為家用電器、工業(yè)制造、交通運(yùn)輸、軍事科研等方面廣泛采用的電子元器件。由于晶閘管的技術(shù)成熟、工作可靠性高、性價(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯等優(yōu)勢(shì)，在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等應(yīng)用場(chǎng)合占有重要地位，具有應(yīng)用廣泛性和不可替代性的特點(diǎn)。

2、功率二極管

功率二極管是一種相對(duì)較早誕生的功率半導(dǎo)體器件，主要用于整流、開關(guān)、穩(wěn)壓等功能，具有工作可靠的特點(diǎn)。功率二極管產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，主要涉及工業(yè)照明、家用電器、網(wǎng)絡(luò)通訊等行業(yè)。其中，碳化硅二極管主要用于光伏和充電樁等領(lǐng)域；快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用于不間斷電源、車載充電器等領(lǐng)域；肖特基二極管主要應(yīng)用于電腦電源、電視電源、適配器電源等領(lǐng)域；標(biāo)準(zhǔn)功率二極管和整流橋主要應(yīng)用于光伏和工業(yè)電源領(lǐng)域。

產(chǎn)品工藝流程圖

功率半導(dǎo)體行業(yè)概況

功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，功率半導(dǎo)體已廣泛地應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)制造、電力輸配、交通運(yùn)輸、航空航天、新能源及軍工等重點(diǎn)領(lǐng)域。功率半導(dǎo)體可以分為功率 IC 和功率分立器件兩大類，其中功率分立器件主要包括功率二極管、晶閘管、晶體管等產(chǎn)品。隨著半導(dǎo)體材料的優(yōu)化突破，新一代以碳化硅為材料的功率半導(dǎo)體分立器件已逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并快速滲透進(jìn)入應(yīng)用市場(chǎng)。

近年來，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域已從工業(yè)控制和消費(fèi)電子拓展至新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、變頻家電等諸多市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健增長態(tài)勢(shì)。根據(jù) IHSMarkit 預(yù)測(cè)，2020 年全球功率半導(dǎo)體分立器件市場(chǎng)規(guī)模約為 143 億美元，受疫情影響預(yù)計(jì)至 2024 年市場(chǎng)規(guī)模將增至 156 億美元。

2、功率半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)業(yè)鏈情況

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈主要包含芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測(cè)試三大核心環(huán)節(jié)，此外還有為晶圓制造與封裝測(cè)試環(huán)節(jié)提供所需材料及專業(yè)設(shè)備的支撐產(chǎn)業(yè)鏈。作為資金與技術(shù)高度密集行業(yè)，半導(dǎo)體行業(yè)形成了專業(yè)分工深度細(xì)化、細(xì)分領(lǐng)域高度集中的特點(diǎn)。

（1）芯片設(shè)計(jì)

芯片設(shè)計(jì)的本質(zhì)是將具體的產(chǎn)品功能、性能等產(chǎn)品要求轉(zhuǎn)化為物理層面的電路設(shè)計(jì)版圖，并且通過制造環(huán)節(jié)最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)以及物理設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程環(huán)環(huán)相扣、技術(shù)和工藝復(fù)雜。芯片設(shè)計(jì)公司的核心競(jìng)爭力取決于技術(shù)能力、需求響應(yīng)和定制化能力帶來的產(chǎn)品創(chuàng)新能力。芯片設(shè)計(jì)行業(yè)已經(jīng)成為國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最具發(fā)展活力的領(lǐng)域之一，近年來，中國芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)在提升自給率、政策支持、規(guī)格升級(jí)與創(chuàng)新應(yīng)用等要素的驅(qū)動(dòng)下，保持高速成長的趨勢(shì)。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，芯片設(shè)計(jì)業(yè)銷售收入從 2013 年的 808.8 億元增長到 2019 年的 3,063.5 億元，年復(fù)合增長率為24.85%。

（2）晶圓制造

晶圓制造是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)之一。晶圓制造是根據(jù)設(shè)計(jì)出的電路版圖，通過爐管、濕刻、淀積、光刻、干刻、注入、退火等不同工藝流程在半導(dǎo)體晶圓基板上形成元器件和互聯(lián)線，最終輸出能夠完成功能及性能實(shí)現(xiàn)的晶圓片。晶圓制造產(chǎn)業(yè)屬于典型的資本和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。

（3）封裝測(cè)試

半導(dǎo)體封裝測(cè)試是半導(dǎo)體制造的后道工序，封測(cè)主要工序是將芯片封裝在獨(dú)立元件中，以增加防護(hù)并提供芯片和 PCB 之間的互聯(lián)，同時(shí)通過檢測(cè)保證其電路和邏輯暢通，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，傳統(tǒng)封裝測(cè)試的技術(shù)壁壘相對(duì)較低，人力成本較為密集。封裝測(cè)試產(chǎn)業(yè)規(guī)模的強(qiáng)勁發(fā)展對(duì)國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體規(guī)模的擴(kuò)大起到了顯著的帶動(dòng)作用，為國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)與晶圓制造業(yè)的迅速發(fā)展提供有力支撐。未來隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能終端等新興領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，先進(jìn)封裝產(chǎn)品的市場(chǎng)需求明顯增強(qiáng)。

3、晶閘管行業(yè)情況

晶閘管是一種基礎(chǔ)型功率半導(dǎo)體分立器件，主要用于電力變換與控制，可以用微小的信號(hào)功率對(duì)大功率的電流進(jìn)行控制和變換，具有體積小、重量輕、耐壓高、容量大、效率高、控制靈敏、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。晶閘管的功用包括整流、無觸點(diǎn)開關(guān)、快速接通、切斷電流等。晶閘管推動(dòng)了半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面廣泛采用的電子元器件。

晶閘管根據(jù)性能分類主要包括單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管、高頻晶閘管等。晶閘管的設(shè)計(jì)技術(shù)與生產(chǎn)工藝至今仍在繼續(xù)完善，產(chǎn)品性能日益提升。由于晶閘管具有技術(shù)成熟、可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電的各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合占有重要地位，應(yīng)用上具有廣泛性和不可替代性。晶閘管作為一種技術(shù)相對(duì)成熟的產(chǎn)品，其市場(chǎng)成長性趨于穩(wěn)定。根據(jù) IHSMarkit 報(bào)告，2019 年晶閘管全球市場(chǎng)規(guī)模約 5 億美元。

中國高端晶閘管的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)更加突出。在產(chǎn)品性能方面，雖然高端晶閘管市場(chǎng)長期被境外企業(yè)占領(lǐng)，但以瑞能半導(dǎo)為代表的我國高端晶閘管性能已完全具備與國際同類產(chǎn)品競(jìng)爭的實(shí)力，帶領(lǐng)我國在高端晶閘管領(lǐng)域的崛起，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代；在生產(chǎn)成本方面，我國高端晶閘管生產(chǎn)企業(yè)擁有有效的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化機(jī)制，配合新材料應(yīng)用、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、先進(jìn)設(shè)備投入、人員操作技能提高等多種積極因素的影響，生產(chǎn)成本得到有效控制，單位芯片和器件的成本降低，銷售價(jià)格也相對(duì)偏低，與國際同類晶閘管產(chǎn)品相比，在國內(nèi)和國際市場(chǎng)上具有更加突出的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

4、功率二極管行業(yè)情況

功率二極管是一種相對(duì)較早誕生的功率半導(dǎo)體分立器件，具有工作可靠的特點(diǎn)。功率二極管產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，主要涉及電源領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)通訊、家用電器等等。功率二極管是傳統(tǒng)的功率器件，主要用于整流、開關(guān)、穩(wěn)壓等。目前市場(chǎng)相對(duì)分散，行業(yè)第一的 Vishay 份額超 10%，其余占比均較低。大陸和中國臺(tái)灣廠商有望憑借低成本優(yōu)勢(shì)以及產(chǎn)業(yè)扶持政策逐步占據(jù)市場(chǎng)，成為功率器件中率先突破的子領(lǐng)域。

5、碳化硅二極管行業(yè)情況

碳化硅是第三代半導(dǎo)體材料，與第一二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場(chǎng)、更高的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。目前碳化硅器件主要用于 600 伏及以上的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一些對(duì)能量效率和空間尺寸要求較高的應(yīng)用，如電動(dòng)汽車充電裝置、電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)、光伏微型逆變器領(lǐng)域、服務(wù)器電源領(lǐng)域、變頻家電領(lǐng)域等應(yīng)用。根據(jù) Yole Development 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，2019 年全球碳化硅功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模約為 5 億美元，到 2024 年，碳化硅功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將增長至 20 億美元，2018年至 2024 年期間的年復(fù)合成長約 30%。其中，汽車市場(chǎng)是最重要的驅(qū)動(dòng)因素，其占碳化硅功率半導(dǎo)體市場(chǎng)比重到 2024 年預(yù)計(jì)將達(dá) 50%。