功率半导体是以电能转换为核心的半导体器件,通过对电流与电压进行调控实现电能在系统中的形式转换与传输分配,其作用近似于人体的血液循环系统,将调整后的电能输送到对应的用电终端,为系统运行提供基础保障。
在以电供能的基础上,传感器将外界光、声音、压力和温度等物理量转换为电信号,通过模拟信号链芯片将电信号转换为数字信号给数字芯片进行计算处理并指导各部分芯片进行功能实现。功率半导体由分立功率器件与电源管理芯片组成,分立功率器件包括二极管、晶体管、晶闸管等,其中二极管又包括整流二极管、快恢复二极管、肖特基二极管和稳压二极管等。
1、半导体功率器件行业技术水平及技术特点
半导体功率器件的技术涉及电气工程中的多种领域,随着终端产品的整体技术水平要求越来越高,功率半导体功率器件技术也在市场的推动下不断发展,计算机辅助设计、离子注入、溅射、多层金属化、亚微米光刻等先进工艺技术已应用到半导体功率器件生产流程,行业内产品的技术含量日益提高,制造难度也相应增大。
目前,日本和美国等发达国家的半导体功率器件领域,很多MOSFET、IGBT 产品已采用超大规模集成电路的微细加工工艺进行制作,生产线已大量采用 8 英寸、0.18 微米工艺技术,极大地提高了半导体功率器件产品的性能。
同时,现代半导体功率器件正向大功率、易驱动和高频化方向发展,晶闸管、MOSFET 和 IGBT 在其各自领域实现技术和性能的不断突破,新型产品如 IGCT、碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体功率器件陆续研发成功,并开始产业化应用,且应用领域也有所拓展,延伸至能源技术、激光技术等前沿领域。
近年来,我国在半导体功率器件领域加大了研发投入,积极推动技术创新,通过自主研发和引进先进技术,我国在 MOSFET、IGBT 等传统功率器件以及碳化硅、氮化镓等新型宽禁带半导体材料的应用上取得了重要突破。与国际先进水平相比,我国半导体功率器件产业仍具有规模小、技术低、产业集中度不高的特点,但与国际先进水平的差距在不断缩小。
2、半导体功率器件行业技术的发展趋势
材料创新将是推动半导体功率器件发展的关键。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等第三代半导体材料的应用将逐渐扩大。这些新材料具有更高的禁带宽度、热导率和击穿电场强度,能够显著提升功率器件的性能,使其在高压、高频、高温等恶劣环境下仍能保持稳定工作,从而满足新能源汽车、光伏、风电等新兴市场的高要求。
智能化与集成化将成为半导体功率器件发展的重要方向。随着物联网、人工智能等技术的快速发展,半导体功率器件将逐渐融入智能化系统,实现实时监测、故障诊断和远程控制等功能。同时,通过集成更多的功能模块,如传感器、微处理器等,可以进一步提升半导体功率器件的性能和可靠性,降低系统成本。
高效能与低功耗将是半导体功率器件持续追求的目标。随着全球能源危机的加剧和环保意识的提高,半导体功率器件需要不断提高能效,降低功耗,以满足节能减排的需求。这要求半导体功率器件在设计和制造过程中不断优化结构、材料和工艺,以实现更高的转换效率和更低的损耗。市场需求的多样化将推动半导体功率器件的差异化发展。
不同领域对半导体功率器件的需求各不相同,如新能源汽车需要高耐压、高频率的功率器件,而数据中心则需要低功耗、高效率的电源管理器件。因此,半导体功率器件企业需要根据市场需求进行差异化研发和生产,以满足不同领域的需求。
3、半导体功率器件行业内主要企业
在半导体功率器件市场领域,存在一系列具备较强技术研发实力、产品质量优势和规模生产能力的企业。领域内主要企业包括:扬杰科技(300373.SZ)、苏州固锝(002079.SZ)、星海电子(871894.NQ)、华微电子(600360.SH)、杭州道铭微电子有限公司(以下简称“杭州道铭微”)、济南晶恒电子有限责任公司(以下简称“济南晶恒”)、安徽钜芯半导体科技股份有限公司,上述公司基本情况如下:扬杰科技:成立于 2006 年 8 月,公司主营产品为各类电力电子器件芯片、功率二极管、整流桥、大功率模块、DFN/QFN 产品、SGTMOS 及碳化硅 SBD 等,产品广泛应用于消费类电子、安防、工控、汽车电子、新能源等诸多领域。
苏州固锝:成立于 1990 年 11 月,主要产品包括无引脚集成电路产品和分立器件产品、汽车整流二极管、功率模块、整流二极管芯片、硅整流二极管、开关二极管、稳压二极管、微型桥堆、军用熔断丝、光伏旁路保护模块等多个系列,产品广泛应用在航空航天、汽车、绿色照明、IT、家用电器以及大型设备的电源装置等领域。
星海电子:成立于 1990 年 11 月,公司主要产品为功率二极管、整流桥、分立器件芯片等半导体分立器件;其中公司生产的分立器件芯片为 GPP 芯片,其作为生产高端分立半导体元器件的核心部件应用于公司生产的二极管、整流桥产品中。
华微电子:成立于 1999 年 10 月,公司主要从事功率半导体器件的设计研发、芯片制造、封装测试、销售等业务,公司发挥自身产品设计、工艺设计等综合技术优势,已建立从高端二极管、单双向可控硅、MOS 系列产品到第六代 IGBT 国内具竞争力的功率半导体器件产品体系。杭州道铭微:成立于 2021 年 5 月,公司主营包括光伏旁路保护二极管在内的大功率半导体功率器件模块产品,目前已拓展光伏接线盒等行业客户。
济南晶恒:成立于 1997 年 10 月,拥有从前端芯片到器件成品生产完整的产业链布局,生产产品包括全系列二极管分立器件及芯片、引线框架、开关电源等。其中分立器件包括高低压场效应管(MOS 管)、低正向肖特基二极管、碳化硅(SIC)二极管、快恢复二极管、光伏二极管、稳压二极管、桥堆、触发二极管等。
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