功率半導體的市場應用與IGBT供需缺口

合明科技發布時間：2023-11-07 ?? 2417 Tags：IGBT供需缺口車規級IGBT芯片封裝清洗功率半導體芯片

功率半導體的市場應用

作為一個從1956年發展至今的成熟產業，功率半導體行業每年的市場空間可以被很容易地拆解成兩個方面：折舊帶來的替換市場以及電氣化程度加深帶來的新增市場。

既然新增市場源于電器化程度的加深，那么能對功率半導體市場規模造成較大影響的下游行業無疑又將符合兩個條件：應用市場具備一定的規模基數；以及相應新產品對功率半導體的需求大幅增加。經過觀察，有三個行業顯著符合這兩個條件：清潔能源行業、電動汽車行業以及物聯網行業。

在過去相當長的一段時間里，功率半導體市場一直由歐、美、日等外資巨頭牢牢占據著主導地位，隨著近年來新能源汽車的發展，許多本土企業也紛紛入局。放眼市場，不論是傳統Si功率器件IGBT、MOSFET，還是以SiC、GaN等為代表的第三代半導體，國內都有企業布局。

1）、IGBT供需缺口達13.6%

IGBT是一種功率半導體芯片，是絕緣柵雙極晶體管的簡稱。IGBT 功率模塊用作電子開關設備。通過交替開關，直流電(DC) 可以轉換為交流電(AC)，反之亦然。IGBT 適用于高電壓、高電流應用。它們旨在以低功率輸入驅動高功率應用。

根據中國汽車工業協會最新統計顯示, 2022年中國新能源汽車持續爆發式增長，產銷分別完成705.8萬輛和688.7萬輛,同比分別增長969%和93.4% ,連續8年保持全球第一。

IGBT作為新能源汽車核心零部件,需求量持續高漲。IGBT芯片廠商包括英飛凌和安森美等,這些大廠的交期平均都在一年以上,同時海外如歐洲和美國的電動車市場也開始進入高速增長期,他們會優先保障本土供應。因此,在供需偏緊的情況下,國產IGBT廠商在車載IGBT領域的替代進程加速。

2021年底,時代電氣、士蘭微和華虹半導體等廠商的IGBT產能相繼投產,相關企業利潤也迅速增厚。比如:斯達半導、士蘭微、比亞迪半導體、時代電氣、宏微科技、華潤微、新潔能等半導體企業IGBT業務均實現了極大提升,車規級IGBT產品在市場.上也實現了極大突破。

根據DIGITIMES Research統計與分析, 2022年IGBT因電動車與光伏發電市場的強勁需求,在供應端產能有限的情況下,整體供需缺口達13.6%。對于中國市場來說, IGBT是近年來半導體和電動汽車的布局熱點,不過至今車規級IGBT產品國產化率仍然較低。

2）、車規級MOSFET持續發展

MOSFET具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩定性好；制造工藝簡單、輻射強，因而通常被用于放大電路或開關電路。

MOSFET器件具有開關速度快、輸入阻抗高、熱穩定性好等特點，廣泛應用于低中高壓的電路中,是覆蓋電壓范圍最廣，下游應用最多的功率器件之一。

隨著新能源汽車加速發展,汽車功率器件供應缺口拉大,以及以瑞薩為代表的大廠逐步退出中低壓MOSFET部分市場。在供給優化與需求增加的雙重驅動下，國產車規級功率器件廠商開始加速進入汽車供應鏈。

目前士蘭微、安世半導體在MOSFET市場份額上位列國內廠商前列。此外,華潤微、揚杰科技、蘇州固锝、華微電子、新潔能、東微半導、捷捷微電等國內廠商近年來在車規級MOSFET領域持續發展。

以士蘭微、華潤微、揚杰科技為代表的IDM公司已覆蓋高壓超級結產品,并逐步擴大產品占有率:士蘭微已完成12英寸高壓超結MOS工藝平臺開發;華潤微2022年Q1高壓超結產品收入超億元;揚杰科技2022年Q1汽車MOS訂單實現大幅增長。

在設計公司端,東微半導、新潔能為代表的MOSFET廠商發展迅速]:東微半導2022年Q1高壓超結MOS產品收入占比達78.1% ，車載充電機收入占比超14% ;新潔能2022年Q1超結MOS收入近億元(占11.5%),汽車電子收入占比達13%。

3）、第三代半導體成為必爭之地

SiC作為第三代半導體材料,具有比硅更優越的性能。不僅禁帶寬度較大,還兼具熱導率高、飽和電子漂移速率高、抗輻射性能強、熱穩定性和化學穩定性好等優良特性。

SiC器件廣泛用于光伏逆變器、工業電源和充電樁市場,已成為中國功率半導體廠商的必爭之地。目前斯達半導車規級SiC MOSFET模塊開始大批量裝車應用,并新增多個使用車規級SiC MOSFET模塊的主電機控制器項目定點;三安光電、華潤微等企業在SiC二極管、SiC MOSFET等器件領域已逐步實現產品系列化;士蘭微、聞泰科技等企業也積極布局SiC器件研發,并已取得階段性進展。

面對市場需求轉變,功率半導體被認為是中國半導體產業崛起的可能突破口之一,中國廠商也投入了大量資金進行布局,相關計劃也陸續傳出進度更新的消息。

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水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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