新一代功率半导体前景广阔，中国企业如何缩小差距?

功率半导体作为电子产业链中极为关键的一类器件，肩负着电能转换与电路控制的重任，在电路里发挥着功率转换、放大、开关、线路保护以及逆变、整流等诸多重要作用。其身影广泛出现在电网输变电、新能源汽车、轨道交通、新能源、变频家电等众多领域，是推动现代社会电气化进程的核心力量。

在当前的功率半导体领域，以 SiC(碳化硅)和 GaN(氮化镓)为代表的化合物半导体正成为新兴的发展焦点。与传统的硅基半导体相比，它们在高压、高频、高温以及高功率应用场景中展现出显著的优势。例如，在新能源汽车的逆变器中，SiC 功率器件能够大幅提升电能转换效率，降低能量损耗，进而有效增加电动汽车的续航里程;在 5G 基站的电源模块里，GaN 功率半导体凭借其高频特性，能够实现更高效的信号处理与电源管理，减小设备体积与重量。这种卓越的性能表现，使它们成为未来功率半导体技术发展的必然趋势，也高度契合了不断增长的应用市场对于高效、高性能电子器件的迫切需求。

根据 WSTS 和赛迪的数据，2017 年，全球 IGBT 芯片和模组的市场规模达到 40.6 亿美元，约占全球功率器件市场总规模的 19%。到了 2018 年，受功率器件涨价因素的影响，市场规模预计增长至 49.1 亿美元。从应用市场的维度来看，汽车和工业领域占据了 IGBT 应用的主导地位，占比分别为 27% 和 28%。特别是在新能源汽车领域，其动力产生和传输机制与传统汽油发动机大相径庭，需要频繁进行电压变换以及直流 - 交流转换，例如将电池输出的直流电转换为驱动电机所需的交流电，或者将高电压降至车载电子设备适用的 12V 等。加之纯电动汽车对高续航里程的追求，对电能管理的精细化程度提出了极高要求。高效的能量转换不仅能降低能量损耗，还能减小锂离子电池的容量需求，从而减轻整车重量，提升单次充电后的续航里程。实现这些功能，离不开大量的逆变器、变压器和变流器，这使得新能源汽车对 IGBT 等功率器件的需求远远超过传统汽车。据市场研究机构 Strategy Analytics 的数据显示，纯电动汽车的半导体成本高达 704 美元，相较于传统汽车的 350 美元翻了一倍，其中功率器件成本为 387 美元，占比达 55%。在相比传统汽车新增的半导体成本中，功率器件成本约为 269 美元，占总增加成本的 76%。以特斯拉(双电机全驱动版)为例，其整车共计使用了 132 个 IGBT，总价值可达 650 美元。在 2017 年，全球新能源汽车销量突破 120 万辆，占全球汽车总销量的 1.2%，当年新能源汽车用 IGBT(包含芯片、模组)的市场规模在 IGBT 整体市场中占比 17%，规模达到 7 亿美元。

在全球 IGBT 市场的竞争格局中，主要的参与者包括德国英飞凌(Infineon)、日本三菱、富士电机、美国安森美(On Semi)、瑞士 ABB 等企业，前五大企业的市场份额总和超过 70%。而在全球 SiC 器件市场，Infineon、科锐(Cree)、罗姆(ROHM)和意法半导体(ST)等企业占据主导，前四大企业的市场份额超过 80%。可以看出，在 IGBT 和 SiC 这两个对未来功率半导体发展具有关键意义的技术领域，我国企业与全球行业巨头之间仍存在着较大差距。

国内的 IGBT 企业，如华虹宏力、中芯国际、士兰微、华润微电子、上海先进、株洲中车时代电气等正在积极布局与发展。其中，中车时代电气表现较为突出，其凭借早期对加拿大 Dynex 公司的技术收购，以及在电力机车市场的深厚应用基础和多年来在功率半导体领域的持续投入与积累，已成功掌握第 5 代 IGBT 技术，并计划于 2019 年实现第 6 代 IGBT 技术的量产，其产品电压等级覆盖 650 - 6500V。同时，中车时代电气拥有一条 8 英寸 IGBT 生产线，年产能可达 24 万片。在 SiC 器件制造方面，国内有株洲中车、泰科天润、中电科 13 所、55 所等企业参与角逐。株洲中车的 6 英寸 SiC 生产线已完成技术通线，正蓄势待发准备大规模生产;中电科 55 所也已建成 6 英寸 SiC 器件生产线;泰科天润则建成了国内第一条 4 英寸 SiC 器件生产线，其 SBD 产品电压范围覆盖 600V - 3300V，并且正在积极开展 MOSFET 器件的研发工作。

面对新一代功率半导体广阔的市场前景与激烈的国际竞争，中国企业若要缩小与国际先进水平的差距，可从以下几个方面着手：

加大技术研发投入：持续投入资金与人力，深入开展基础研究，突破关键技术瓶颈，如提升 SiC 和 GaN 材料的晶体质量与制备工艺，优化器件的设计与制造流程，以提高产品性能与可靠性。同时，积极跟踪国际前沿技术动态，加强产学研合作，加速科技成果的转化与应用。

完善产业链协同：加强产业链上下游企业之间的合作与协同创新，从原材料供应、芯片制造、封装测试到应用开发，形成紧密协作的产业生态。通过产业链的整合与优化，降低生产成本，提高整体产业的竞争力。

拓展应用市场：在巩固现有应用领域的基础上，积极开拓新兴市场，如智能电网、物联网、人工智能等领域对功率半导体的需求。通过深入了解市场需求，开发针对性的产品与解决方案，提高市场份额。

培养专业人才：功率半导体领域的发展离不开专业人才的支持。企业应加强与高校、科研机构的合作，建立人才培养体系，吸引和留住优秀人才，为企业的技术创新与发展提供坚实的人才保障。

加强国际合作与交流：积极参与国际竞争与合作，通过与国际先进企业的技术交流、合作研发、并购重组等方式，学习借鉴国外先进技术与管理经验，提升自身的技术水平与国际竞争力。

新一代功率半导体的发展机遇与挑战并存。中国企业需要充分发挥自身优势，积极应对挑战，通过持续的技术创新与产业升级，逐步缩小与国际先进水平的差距，在全球功率半导体市场中占据更为重要的地位，为我国电子产业的发展乃至整个社会的电气化进程贡献力量。