電力電子控制核心看功率半導體前景

功率半導體根據載流子類型可分為雙極型與單極型, 按照材料類型可以分為傳統的矽基及寬禁帶 (eg >= 2.3eV). 傳統功率半導體器件基於矽基制造, 而採用第三代半導體材料 ( SiC/GaN) 具有寬禁帶特性是新興的半導體材料.

功率半導體 (PowerSemiconductor) 又稱為電力電子器件, 是電力電子裝置實現電能轉換, 電路控制的核心器件. 主要用途包括變頻, 整流, 變壓, 功率放大, 功率控制等, 同時具有節能功效. 功率半導體器件涵蓋低, 中, 高各個功率層級.

矽或鍺元素半導體材料為第一代半導體材料; 第二代半導體料包括砷化鎵, GaAsAl, Ge-Si 等固溶體半導體, 非晶矽等玻璃半導體以及酞菁等有機半導體; 第三代半導體材料主要以碳化矽 (SiC), 氮化鎵 (GaN) 為代表的寬禁帶半導體材料.

碳化矽最核心的優勢有開關損耗小, 導通損耗小, 因而能源利用效率遠遠高於矽基, 損耗僅僅為同等矽基的 15%~30%; 由於碳化矽片能工作在更高的頻率, 與之配套的外圍電容電感尺寸大幅縮小, 尺寸往往僅僅為矽基模塊的 1/5.

SiC 肖特基二極體具有零反向回復電流, 非常適合功率因數校正領域, 將取代 Si 的 PiN 整流二極體. 碳化矽 MOSFET 有望取代太陽能逆變器中的 IGBT, 除降低 50%的能耗外, SiC MOSFET 無需特殊的驅動電路, 且工作頻率更高.

Si IGBT 功率模塊的份額雖略有降低, 短期內其霸主地位不可撼動. Yole 預估到 2020 年 IGBT 模塊占功率模塊份額仍然達到 七成以上, 其中太陽能 (PV) 和純電動汽車/混合動力汽車 (EV/HEV) 兩大應用領域占比超過三分之二.

矽基 IGBT 海外廠商優勢明顯, 根據 IHS 2016 年統計英飛淩, 三菱電機, 富士電機, Semikron 四大海外供應商占了全球 IGBT 市場的七成. 盡管中國功率半導體市場占世界市場的四成以上, 但在 IGBT 主流器件上九成主要依賴進口.

歐美日廠商領先高端產品線, 功率半導體器件細分領域多行業整體增速較緩, 大廠傾向於業內並購通過布局新領域實現增長, 英飛凌是最大的供應商.台灣有富鼎, 茂達, 安茂, 致新和沛亨等. 大陸有華微, 固鍀, 華潤華晶, 揚傑等廠商.

SiC 關鍵技術由海外公司壟斷, 從產業鏈來看上游部分 CREE 公司獨占 SiC 晶圓制造市場份額六成以上; 中游部分英飛淩, CREE, 意法和安森美等功率半導體領域國際排名前十的企業合計已在 SiC 功率器件市場占據五成以上份額.

在中台企業的競爭壓力下, 歐美日功率器件企業盈利能力趨於下降, 主要功率半導體企業僅英飛淩, 瑞薩, 揚傑等處於 17~18%的凈利潤率水平,  NXP, Rohm, IXYS 的利潤率維持在 10% 左右, 而 Visahy, Diodes, Microsemi, Aos 基本處於微利狀態.

概念股有 "世界先進" (台積電投資 8 吋晶圓代工/投資 GaN 矽基板廠), "穩懋" (全球最大砷化鎵晶圓代工/攻 5G 基地台), "漢磊" (子公司嘉晶/GaN & SiC 磊晶片/功率半導體代工) , "環宇" (射頻及光電晶圓代工/砷化鎵/磷化銦/氮化鎵) 等.