MOSFET产业发展分析报告

MOSFET产业发展分析报告

把握传统汽车向电动化、智能化、网联化的新能源汽车和智能网联汽车转型的市场机遇，重点推动车规级传感器、电容器（含超级电容器）、电阻器、频率元器件、连接器与线缆组件、微特电机、控制继电器、新型化学和物理电池等电子元器件应用。到2023年，优势产品竞争力进一步增强，产业链安全供应水平显著提升，面向智能终端、5G、工业互联网等重要行业，推动基础电子元器件实现突破，增强关键材料、设备仪器等供应链保障能力，提升产业链供应链现代化水平。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。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。促进行业质量提升（一）加强标准化工作加强关键核心技术和基础共性技术的标准研制，持续提升标准的供给质量和水平。引导社会团体加快制定发布具有创新性和国际性的团体标准。鼓励企事业单位和专家积极参与国际标准化活动，开展国际标准制定。（二）提升质量品牌效益优化产品设计、改造技术设备、完善检验检测，推广先进质量文化与技术。引导企业建立以质量为基础的品牌发展战略，丰富品牌内涵，提升品牌形象和影响力。开展质量兴业、品牌培育等活动，定期发布质量品牌报告。（三）优化市场环境引导终端企业优化电子元器件产品采购模式，倡导优质廉价，避免低价恶性竞争、哄抬价格、肆意炒作等非理性市场行为，推动构建公平、公正、开放、有序的市场竞争环境。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，开展知识产权培训与交易、科技成果评价、市场战略研究等服务。鼓励建设专用电子元器件生产线，为MEMS传感器、滤波器、光通信模块驱动芯片等提供流片服务。建设创新创业孵化平台。支持电子元器件领域众创、众包、众扶、众筹等创业支撑平台建设，推动建立一批基础电子元器件产业生态孵化器、加速器，鼓励为初创企业提供资金、技术、市场应用及推广等扶持。强化产业链深层次合作推动电子元器件及其配套材料和设备仪器企业、整机企业加强联动，共同开展产品研制，加快新型电子元器件的产业化应用。引导上下游企业通过战略联盟、资本合作、技术联动等方式，形成稳定合作关系。高端装备制造市场面向我国蓬勃发展的高铁列车、民用航空航天、海洋工程装备、高技术船舶、能源装备等高端装备制造领域，推动海底光电缆、水下连接器、功率器件、高压直流继电器等高可靠电子元器件的应用。功率半导体市场现状及前景（一）全球功率半导体行业市场状况整体来看，全球功率半导体市场规模呈现波动增长的态势。根据全球半导体贸易统计组织（WSTS）统计，2011年至2014年，全球功率半导体销售额在200亿美元左右波动；2015年至2018年，功率半导体销售额呈波动上升的态势，2018年至2020年功率半导体销售额稳定在240亿美元左右，2021年全球销售额增长至303．37亿美元。（二）中国半导体分立器件行业市场状况中国是全球最大的功率半导体消费国，根据中国半导体行业协会统计，2013年至2020年我国半导体分立器件产业销售收入由1，536亿元增长至2，966．3亿元，年均复合增长率为9．86%，保持较高的增长速度。随着智能制造和新基建等国家政策的深入推进，以及碳达峰、碳中和双碳战略的落实，功率半导体作为实现电气化系统自主可控以及节能环保的核心零部件，未来将在智能电网、新能源汽车、云计算和大数据中心等领域有着大量且迫切的需求。国产化功率半导体发展空间巨大，发展前景广阔。（三）晶闸管和MOSFET的市场规模预测晶闸管作为一种技术相对成熟的产品，其市场成长性趋于稳定。根据WSTS的统计，2015年至2021年晶闸管全球市场规模平均约为7．11亿美元，年均复合增长率2．61%，同期中国晶闸管市场的规模平均约为2．51亿美元，年均复合增长率2．75%。由于晶闸管具有技术成熟、可靠性高、性价比高等优势，在发电、输电、变电、配电、用电的各个应用场合占有重要地位，应用上具有广泛性和不可替代性。晶闸管作为一种技术相对成熟的产品，其市场成长性趋于稳定。从产品结构来看，功率半导体产品结构仍将保持稳定，但随着新能源（光伏发电等）和电动汽车的快速发展，IGBT和MOSFET等大功率的功率半导体产品增速相对较快。根据赛迪顾问，2020年中国MOSFET市场整体规模达到322．5亿元，相对2019年增长3．27%，预计2023年市场规模达到420．2亿元，2020年-2023年年均复合增长率达到9．22%。完善人才引育机制（一）加大人才培养力度深化产教融合，推动高等院校优化相关学科建设和专业布局。鼓励企业建立企