功率模块产业发展分析报告

功率模块产业发展分析报告

支持电子元器件上游电子陶瓷材料、磁性材料、电池材料等电子功能材料，电子浆料等工艺与辅助材料，高端印制电路板材料等封装与装联材料的研发和生产。提升配套能力，推动关键环节电子专用材料研发与产业化。支持有能力、有资质的企事业单位建设国家级电子元器件分析评价公共服务平台，加强质量品质和技术等级分类标准建设，围绕电子元器件各领域开展产品检测分析、评级、可靠性、应用验证等服务，为电子系统整机设计、物料选型提供依据。健全产业配套体系鼓励和引导化工、有色金属、轻工机械、设备仪器等企业进入电子元器件领域，开展关键材料、设备的研发和生产，推进产学研用协同创新，实现全产业链协同发展，增强试验验证能力，提升关键环节配套水平。引导产业转型升级（一）提升智能化水平引导企业搭建数字化设计平台、全环境仿真平台和材料、工艺、失效分析数据库，基于机器学习与人工智能技术，推进关键工序数字化、网络化改造，优化生产工艺及质量管控系统，开展智能工厂建设，提升智能制造水平。（二）推广智能化设计引导国内软件企业开发各类电子元器件仿真设计软件，鼓励使用虚拟现实、数字孪生等先进技术开展工业设计，提高企业设计水平。（三）加快智能化改造围绕连接器与线缆组件、电子变压器、电声器件、微特电机等用工量大且以小批量、多批次订单为主的分支行业，探索和推广模块化、数字化生产方式，加快智能化升级。（四）培育工业互联网平台鼓励和支持产业基础较好的分支行业，探索工业互联网建设模式，鼓励龙头企业面向行业开放共享业务系统，带动产业链上下游企业开展协同设计和协同供应链管理。（五）推广绿色制造推进全行业节能节水技术改造，加快应用清洁高效生产工艺，开展清洁生产，降低能耗和污染物排放强度，实现绿色生产。优化电子元器件产品结构设计，开发高附加值、低消耗、低排放产品。制定电子元器件行业绿色制造相关标准，完善绿色制造体系。设绿色工厂，加大节能环保投入，实施节能环保技术提升工程，鼓励企业采用信息化、智能化技术处理污染物并实时监控，将企业的环保执行措施与企业信用等级挂钩。（六）生产绿色产品严格执行《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》等政策，鼓励骨干企业开展产品全生命周期的绿色化设计，加快轻量化、模块化、集成化、高可靠、长寿命、易回收的新型电子元器件产品应用。（七）发展绿色园区加强电子元器件相关产业园区企业与其他企业的合作，推动基础设施共建共享。发展循环经济，加强余热余压废热资源和水资源循环利用。（八）搭建绿色供应链支持骨干企业实施可持续的绿色供应链管理战略，实施绿色伙伴式供应商管理，加强对上游供应商的环保考核，优先将绿色工厂发展成供应商，优先采购绿色产品。（九）培育优质企业鼓励龙头企业通过兼并重组、资本运作等方式整合资源、扩大生产规模、增强核心竞争力、提高合规履责和抗风险能力。培育一批具有自主知识产权、产品附加值高、有核心竞争力的专精特新小巨人和制造业单项冠军企业。功率半导体行业面临的机遇和挑战（一）功率半导体行业面临的机遇功率半导体行业为国家政策支持的行业。2019年11月国家发改委发布的《产业结构调整指导目录（2019年版）》鼓励电力电子器件及高性能覆铜板；2021年1月工业和信息化部发布《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》实施重点产品高端提升行动，重点发展高可靠半导体分立器件及模块。新基建中的每个行业均离不开电能，功率半导体作为电能处理的核心器件将随着新基建的推进迎来不断增长的市场空间。国家产业政策同时从供给和需求端为功率半导体行业的快速发展营造了良好的政策环境。根据市场发展规律，制造业邻近下游需求的空间分布，能够降低生产成本、促进产品开发合作、缩短供货周期、及时响应客户需求，下游需求的崛起为孕育上游本土化的功率半导体企业创造了优沃土壤。相比国外厂商，国内厂商与下游客户的距离更近，客户的沟通交流更加顺畅，并且在客户需求服务响应、降低成本等方面具有竞争优势，功率半导体率逐渐上升是大势所趋。此外，功率半导体产品销售从导入到验证需要一定的周期，因此，在客户拓展正式形成销售后具有较强的客户粘性。在半导体产业转移和国产化政策的驱动下，中国功率半导体企业迎来了发展壮大的产业环境。功率半导体的应用十分广泛，几乎覆盖了所有的电子制造业，且随着新应用场景的出现而发展。随着智能制造和新基建等国家政策的深入推进，以上每个行业均离不开电能，功率半导体作为电能处理的核心器件将随着智能制造和新基建的推进迎来不断增长的市场空间。此外，碳达峰、碳中和双碳战略的落实，功率半导体作为新能源装置的重要零部件之一，将迎来不断增长的市场空间。需求端的发展为功率半导体行业提供了良好的市场环境。（二）功率半导体行业面临的挑战目前，在功率半导体市场，国外厂商占据了主导地位。由于国外半导体企业对其掌握的先进技术实行严格的技术封锁，本土企业很难直接从大型半导体企业学习先进技术，必须依靠自主研发实现技术突破，在一定程度上延缓了我国高端功率半导体的发展速度。功率半导体由于其应用场景丰富，下游需求广泛。目前，受益于下游市场需求增长，功率半导体行业整体景气度较高，但不排除未来市场形势发生变化，进入周期性调整阶段，出现下游市场需求降低、产品供给过剩等情形，导致产品价格下跌，制造企业产能过剩、产能利用率不足，从而对行业生产经营形成挑战。硅片市场现状及前景（一）全球半导体硅片市场状况全球半导体硅片市场随下游应用领域的发展而呈现稳定增长态势。2010年至2013年，全球经济逐渐复苏，硅片市场随之反弹；2014年至今，受益于消费电子、智能电网、通信、计算机、光伏产业等应用领域需求带动及物联网、电动汽车、云计算和大数据等新兴产业的崛起，全球半导体呈现稳步上升趋势，直至2019年因半导体行业景气度下降出现小幅回落，2021年创下历史新高。（二）中国半导体硅片市场行业发展状况由于下游芯片及器件的市场需求较为强劲，推动中国硅片市场规模持续增长。随着近年来中国半导体产业链的崛起，中国半导体硅片市场规模快速增长，根据SEMI统计，2016年至2021年间，中国大陆半导体硅片销售额从5亿美元上升至16．56亿美元，年均复合增长率达到27．08%7，超过同期全球半导体硅片增速。随着技术的不断突破和下游需求的增长，中国半导体硅片的市场规模也将保持高速增长。功率半导体产业的特点及发展趋势作为电子系统中的基本单元，功率半导体是电力电子设备正常运行不可或缺的部件，应用场景广泛，且需求日益丰富。从行业技术和性能发展来看，功率半导体器件结构朝复杂化演进，功率半导体的衬底材料朝大尺寸和新材料方向发展；由于不同结构和不同衬底材料的功率半导体电学性能和成本各有差异，在不同应用场景各具优势，功率半导体市场呈现多器件结构和多衬底材料共存的特点。（一）功率半导体是电力电子的基础，需求场景日益丰富功率半导体是构成电力电子转换装置的核心组件，几乎进入国民经济各个工业部门和社会生活的各个方面，电子设备应用场景日益丰富，功率半导体的市场需求也与日俱增。随着新应用场景的出现和发展，功率半导体的应用范围已从传统的消费电子、工业控制、电力传输、计算机、轨道交通、新能源等领域，扩展至物联网、电动汽车、云计算和大数据等新兴应用领域。消费电子和工业控制仍是功率半导体的主要应用领域，2020年消费电子和工业控制用功率半导体市场份额分别为23．8%和20．3%。（二）从器件结构来看，功率半导体呈现多世代并存的特点功率半导体自20世纪50年代开始发展起来，至今形成以二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等为代表的多世代产品体系。新技术、新产品的诞生拓宽了原有产品和技术的应用范围，适应更多终端产品的需求，但是，每类产品在功率、频率、开关速度等参数上均具有不可替代的优势，功率半导体市场呈现多世代并存的特点。二极管结构简单，有单向导电性，只允许电流由单一方向流过，由于无法对导通电流进行控制，属于不可控型器件。二极管广泛应用于各种电子产品中，主要用于整流、开关、稳压、限幅、续流、检波等。与二极管相比，晶闸管用微小的触发电流即可控制主电路的开通，在实际应用中主要作为可控整流器件和可控电子开关使用，主要用于电机调速和温度控制等场景。此外，与其他功率半导体相比，晶闸管具有更高电压，更大电流的处理能力，在大功率应用领域具有独特的优势，主要应用场景有工业控制的电源模块、电力传输的无功补偿装置、家用电器的控制板等领域。MOSFET为电压控制型器件，具有开关和功率调节功能。与二极管和晶闸管依靠电流驱动相比，电压驱动器件电路结构简单；与其它功率半导体相比，MOSFET的开关速度快、开关损耗小，能耗低、热稳定性好、便于集成；MOSFET在节能以及便携领域具有广泛应用。例如，在消费电子、工业控制、不间断电源、光伏逆变器、充电桩的电源模块、新能源车的驱动控制系统等领域。IGBT为电压驱动型器件，耐压高，工作频率介于晶闸管和MOSFET之间，能耗低、散热小，器件稳定性高。在低压下MOSFET相对IGBT在电性能和价格上具有优势；超过600V以上，IGBT的相对优势凸显，电压越高，IGBT优势越明显。IGBT在轨道交通、汽车电子、风力和光伏发电等高电压领域应用广泛。（三）从衬底材料来看，硅基材料的晶圆衬底为市场主流目前，全球半导体衬底材料已经发展到第三代，包括以硅（Si）、锗（Ge）等为代表的第一代元素半导体材料，以砷化镓（GaAs）等为代表的第二代化合物半导体材料，以及以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等为代表的第三代宽禁带半导体材料。新材料进一步改善功率半导体的性能，但整体来看，硅基材料的功率半导体产品仍是市场主流。近年来，随着第三代宽禁带材料半导体迅速发展，SiC与GaN功率半导体器件的应用规模开始持续增长。相对于硅衬底，宽禁带材料半导体具有更大的禁带宽度，在单位尺寸上能获得更高的器件耐压，以宽禁带材料为衬底制作的功率半导体器件尺寸更小，在特定应用场景具有优势。但由于生产规模还相对较小，生产技术有待成熟，产品价格相对较高，其应用场景受到了一定的限制。硅材料因其具有单方向导电特性、热敏特性、光电特性、掺杂特性等优良性能，可以生长为大尺寸高纯度晶体，且储量丰富、价格低廉，故而成为全球应用最广泛、最重要的半导体衬底材料。在物理性能方面，硅氧化膜性能优异，与其它衬底材料相比，与硅晶格适配性好，器件稳定性好。目前全球半导体市场中，90%以上的芯片都是基于硅材料制造而成。半导体的生产效率和成本与硅片尺寸直接相关。一般来说，硅片尺寸越大，用于产出半导体芯片的效率越高，单位耗用原材料越少。但随着尺寸增大，硅片的处理工艺难度越高。按照量产尺寸来看，半导体硅片主要有2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸等规格。在半导体材料选择上，晶圆制造厂商会综合考虑生产效率、工艺难度及生产成本等多项因素，使用不同尺寸的硅片来匹配不同应用场景，以达到效益最大化。8英寸及12英寸硅片主要用于集成电路（IC），具体包括存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片、高性能FPGA与ASIC芯片等；8英寸及以下半导体硅片的需求主要来源于功率半导体、电源管理器、非易失性存储器、MEMS、显示驱动芯片与指纹识别芯片等。提升设备仪器配套能力支持技术难度大、应用价值高、通用性强、对电子元器件行业带动大的配套电子专用设备与仪器，如刻蚀显影设备等工艺设备、显微CT等检测分析仪器的研发及产业化，提升设备仪器质量和可靠性水平。加强公共平台建设（一）建设分析评价公共平台支持有能力、有资质的企事业单位建设国家级电子元器件分析评价公共服务平台，加强质量品质和技术等级分类标准建设，围绕电子元器件各领域开展产品检测分析、评级、可靠性、应用验证等服务，为电子系统整机设计、物料选型提供依据。（二）建设科技服务平台支持地方、园区、企事业单位建设一批公共服务平台，开展知识