功率半導體行業(yè)格局和產業(yè)趨勢(下)
2017-12-11 摘自:傳感器技術
產業(yè)趨勢三:二極管、晶閘管進口替代率持續(xù)上升,MOSFET、IGBT進口替代剛剛起步
進口替代空間巨大
目前國內廠商市占率不足1%,國產替代空間巨大。根據WSTS(全球半導體貿易統計協會)數據,全球功率分立器件市場容量2016年為187億美金。
目前以揚杰科技、捷捷微電為代表的功率半導體龍頭企業(yè)市場占有率不到1%,進口替代的空間巨大。
功率半導體主要市場在中國,國產品牌替代率上升是大勢所趨
中國是功率半導體最大的市場,國內廠商與下游客戶的距離更近,與本土客戶的溝通交流更加順暢,能夠對客戶的需求做出更加快速的響應。
功率二極管國際一線品牌廠商達爾科技58%的收入來自中國,功率器件領導品牌NXP有41%的收入來自中國。
目前二極管及中低壓MOSFET等成熟產品線,國外廠商占據著大部分市場份額。相比國外廠商,國內廠商在服務響應客戶需求,降低成本等方面具有競爭優(yōu)勢,功率器件國產品牌替代率逐漸上升是大勢所趨。
大陸本土廠商成本領先,盈利能力遠遠高于海外廠商
在成熟產品線領域,大陸廠商具有成本優(yōu)勢。
二極管產品線,大陸龍頭廠商揚杰科技的盈利能力遠遠高于臺系廠商。
歐美功率器件廠商的產能分布在全球各地,一般來說前段芯片制造制程產能主要分布在歐美地區(qū),后段封裝制程則主要分布在菲律賓、馬來西亞、中國大陸等地區(qū)。
在二極管等產品線上,前后段制程的區(qū)域分割使得海外廠商對客戶的產品需求響應較慢,而大陸廠商芯片、封裝、銷售集中在某一區(qū)域,能為客戶提供更好的技術服務。
產業(yè)趨勢四:碳化硅技術革命將重塑行業(yè)格局,國內廠商有望彎道超車
碳化硅器件優(yōu)勢明顯,是下一代功率半導體發(fā)展方向
回顧功率半導體的發(fā)展歷史,技術進步不斷誕生新型的功率器件。1957年美國通用電氣研制出世界上第一只晶閘管,開啟了功率半導體產業(yè)發(fā)展的序幕。
六十到七十年代是晶閘管統治功率器件的全盛時代;八十年代晶閘管與MOSFET共同主導了功率器件市場;到九十年代,晶閘管逐步讓位于MOSFET及IGBT,中小功率應用MOSFET開始主導市場,IGBT則統治了中大功率應用。
碳化硅和氮化鎵是下一代功率半導體的核心技術方向。碳化硅器件的效率、功率密度等性能遠遠高于當前市場主流產品。
受制于成本因素,碳化硅功率器件市場滲透率不到1%。我們判斷技術進步將推動碳化硅成本快速下降,中長期看碳化硅器件將會是功率半導體的市場主流產品。
目前碳化硅器件主要用于600伏及以上的應用領域,特別是一些對能量效率和空間尺寸要求較高的應用,如電動汽車充電裝置、電動汽車動力總成、光伏微型逆變器領域等應用。
碳化硅重在中大功率,氮化鎵重在中小功率碳化硅、氮化鎵在應用領域上略有區(qū)分,碳化硅的優(yōu)勢應用領域集中在中大功率應用,而氮化鎵集中在中小功率應用。
碳化硅成本不斷下降,滲透率將持續(xù)提升
2012年碳化硅二極管的成本是硅基肖特基二極管的5-7倍,碳化硅MOSFET是硅基MOSFET成本的10-15倍。經過3年時間,碳化硅二極管的價格下降了35%,碳化硅MOSFET的價格下降了50%。
功率半導體:大國重器,戰(zhàn)略性投資機遇時不我待
我們認為碳化硅成本將持續(xù)下降,驅動成本下降的主要有以下幾個因素。
(1)4寸線向6寸線遷移的過程降低20-40%成本。
(2)碳化硅外延片技術在持續(xù)進步,顆粒污染等缺陷率在持續(xù)下降,推動芯片良率大幅上升。
(3)隨著規(guī)模的擴大和經驗的積累,碳化硅芯片制程工藝日益成熟,制造的良率在持續(xù)提升
目前碳化硅、氮化鎵產品的成本相對較高,應用領域受限于一些性能要求高的領域。整體來看,碳化硅器件的良率和硅工藝有著明顯的差距。
汽車應用將推動碳化硅滲透率快速上升
汽車應用領域,碳化硅器件替代硅器件是確定的發(fā)展趨勢。碳化硅功率器件的應用領域在持續(xù)的拓展。
早期碳化硅主要應用于功率校正電路(powerfactorcorrection電路),目前量產應用領域已經拓展至光伏逆變器、汽車車載充電機(onboardcharger)。
預計2019-2020年,電動車動力系統將導入碳化硅功率器件,進一步拓寬量產應用領域。
目前Tier-1汽車供應鏈企業(yè)都在嘗試導入碳化硅,積極開展碳化硅功率器件的測試工作。豐田在2015年2月啟動了碳化硅功率器件的實車測試工作,路測原型車在PCU的升壓轉換器和電機控制逆變器搭載了碳化硅功率器件。
據產業(yè)鏈調研信息,比亞迪已經在電動車車載充電機(chargeronboard)導入碳化硅功率器件。
國內產業(yè)鏈初具雛形碳化硅產業(yè)鏈可分為三個產業(yè)環(huán)節(jié),一是上游襯底,二是中游外延片,三是下游器件制造。
國外供應鏈體系主要有:
襯底:Cree、Rohm、EPISIL
EPI外延片:Cree、Rohm、英飛凌、GE、三菱器件:英飛凌、Cree、Rohm、意法半導體、美高森美、GenSiC、三菱
碳化硅器件方面,國際上碳化硅SBD、碳化硅MOSFET均已實現量產,產品耐壓范圍600v-1700v,單芯片電流超過50A。
國內已經形成相對完整的碳化硅產業(yè)鏈體系。
襯底材料:山東天岳、天科合達、河北同光晶體、北京世紀金光
EPI硅片:東莞天域半導體、廈門瀚天天成
器件:泰科天潤、瀚薪、揚杰科技、中電55所、中電13所、科能芯、中車時代電氣
模組:嘉興斯達、河南森源、常州武進科華、中車時代電氣
目前碳化硅市場處于起步階段,國內廠商與海外傳統巨頭之間差距較小,國內企業(yè)有望在本土市場應用中實現彎道超車。
國內企業(yè)已經在碳化硅SBD形成銷售收入,碳化硅MOSFET的產業(yè)化尚在原型器件研制階段。
另外國內已經開發(fā)出1700V/1200A的混合模塊(硅IGBT與碳化硅SBD混合使用)、4500V/50A等大容量全SiC功率模塊。
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