功率半导体器件应用市场现状

1. 整体规模与增长趋势

功率半导体器件产业链中游主要涉及该器件的研发设计、生产制造、封装测试等环节，下游应用市场非常广泛，涵盖新能源、数据中心、服务器及通信电源、工控自动化和消费电子等领域。2022年全球功率半导体（含功率器件及电源管理芯片）市场规模约为543亿美元，占半导体市场的比例为9%；其中半导体功率器件281亿美元。根据Omdia、Yole数据，2021 - 2025年全球半导体功率器件市场将由259亿美元增至357亿美元，年复合增速约为8.4%。

2. 主要器件类型的市场情况

(1) MOSFET

MOSFET（含模块）2021年市场规模约为104亿美元，总体趋于稳定，至2025年，占比预计达29%。在中国市场，2021年国内MOSFET市场规模为46.6亿美元，预计到2025年将达到64.7亿美元，复合增长率为8.55%，增速高于全球市场。超级结MOSFET为部分厂商销售收入占比最大的产品品类，报告期各期销售收入占比均超过70%。并且2021年中国MOSFET市场国产化率达到30.5%，但超级结MOSFET这一细分领域由于技术壁垒较高，国产化率仅为18.1%，低于MOSFET国产率平均水平，是国内厂商未来发力的重要方向。

(2) IGBT

IGBT（含模块）2025年市场规模将快速增至136亿美元，占比约为38%，2021 - 2025年年复合增长率约为12.8%。在中国市场，根据WSTS (世界半导体贸易统计组织)的数据，中国IGBT市场销售规模2021年为238.8亿元，预计至2025年仍将维持高速增长，市场规模将有望超486亿元，复合增长率为19.44%。基于国家相关政策中提出核心元器件国产化的要求，国产替代成为国内IGBT行业内企业发展的主要驱动因素，预计2023年我国IGBT自给率将达到32.9%。

(3) SiC功率器件

全球SiC功率器件2025年市场规模约43亿美元，2021年至2025年复合增长率约为42%。SiC半导体性能优异，具有更高耐压性和耐高温性（其禁带宽度是硅的3倍，击穿电压是硅的8 - 10倍，导热率是硅的3 - 5倍）、具有更高工作频率（电子饱和漂移速率是硅的2 - 3倍）、具有更低耗能和更小尺寸（击穿电压提升，有更高杂质浓度和更薄漂移层）。目前，成本高、技术难度大是限制SiC功率器件需求的主要因素，不过其平均价格在下降，与Si器件价差也在缩小，例如根据Mouser和Digi - Key的公开报价，SiC MOSFET在2022的平均价格较2020年下降了11%，与Si器件价差也缩小至2.5 - 3倍之间，随着技术突破和成本的下降，SiC器件在各个领域的应用将会增加。在中国，2021年中国碳化硅电力电子器件应用市场规模已达到71.1亿元。

3. 不同区域市场情况

目前全球的功率半导体器件主要由欧洲、美国、日本三个国家和地区提供，他们凭借先进的技术和生产制造工艺，以及领先的品质管理体系，大约占据了全球70%的市场份额。而在需求端，全球约有39%的功率半导体器件产能被中国大陆所消耗，是全球最大的需求大国，但其自给率却仅有10%，严重依赖进口。中国作为全球最大的功率半导体消费国，发展前景十分广阔。在中国国内，功率半导体产业呈现出区域发展的不平衡，虽然没有详细资料表明各区域市场规模占比，但可知东北地区、华北地区、华东地区、华中地区等各区域均有功率半导体市场相关布局，并有不同的发展特色或发展规模特点等。

功率半导体器件未来发展趋势

1. 技术发展方向

(1) 模块化与集成化

为了提高性能、降低成本并简化设计，功率半导体正在朝着模块化和集成化的方向发展。例如，将多个功率半导体器件集成到一个封装内，以实现更高的功能密度和更低的系统成本。这有助于在有限的空间内集成更多的功能，提高电子设备的性能表现，并减少生产过程中的复杂性，降低总体成本。

(2) 智能化与自动化

随着物联网、云计算和人工智能技术的快速发展，功率半导体也正朝着智能化和自动化的方向发展。通过引入这些先进的技术，功率半导体能够实现自我诊断（可以及时检测自身的故障或者性能下降情况）、自适应控制（根据不同的工作环境自动调整工作模式或者参数）以及与其他设备的智能互联（比如可以和其他相关的电子设备进行数据交互以便更好地协同工作）。智能化和自动化的功率半导体器件能够提高整个系统的可靠性和效率，是未来智能电网、工业自动化等复杂系统的关键组件。

(3) 低碳化与节能化

在全球绿色低碳的大背景下，功率半导体也面临着降低能耗、提高能源利用效率的挑战。因此，低功耗、高效率的功率半导体器件成为了未来的重要发展方向。研发和生产具有更低导通电阻、更高开关速度等特性的功率半导体器件，可以减少在电能转换和控制过程中的能量损耗，满足日益增多的节能产品和应用场景的要求，如节能型家电、新能源汽车等领域对节能型功率半导体器件的需求持续增加。

(4) 宽禁带半导体材料发展

碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是两个备受关注的关键材料。它们具有高耐压、高频率、低损耗等优点，为功率半导体技术的发展打开了新的空间。碳化硅作为宽禁带半导体材料，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率等优异特性，使得碳化硅器件能够在高温、高压、高频的恶劣环境下工作，且具有较低的能量损失，在电动汽车、新能源、工业等领域具有广泛的应用前景。氮化镓是一种宽带隙半导体材料，具有高电子迁移率、高击穿电压和高热导率等优点，在高频、高效、高功率应用方面具有显著优势，特别适合于高频电源和高功率射频器件领域。不过在当下，碳化硅器件的制造成本较高，良品率有待提高；氮化镓器件在高温和高压环境下的稳定性还有待提高，未来需要进一步的研究与改进才能推动它们的广泛应用。

2. 产业政策推动发展

从政策支持来看，国家对于半导体行业的支持政策，包括产业政策、投资政策、税收政策等，都将对功率半导体行业产生积极的影响，为行业发展创造良好的环境。例如中国《十四五规划》中提出的集中优势资源攻关关键元器件零部件等领域关键核心技术，这一规划也为功率半导体行业未来的发展指明了方向。国家鼓励本土功率半导体企业加大研发投入，积极发展高端功率半导体器件，提高国内产业链的自给率，加速实现国产替代，这将推动整个功率半导体产业朝着更高技术水平和更大市场规模发展。

3. 市场需求的扩展趋势

随着工业自动化进程的深入、新能源技术的发展、消费电子设备的持续更新换代等，功率半导体器件的市场需求将会持续增长。如在新能源汽车领域，随着电动汽车的普及，对功率半导体器件的需求不仅体现在数量上的增多，还体现在对更高性能、更高可靠性功率半导体器件的需求上；在光伏产业中，随着太阳能光伏系统规模的不断扩大，功率半导体特别是IGBT等在光伏逆变器中的应用需求与日俱增；在数据中心方面，为了满足日益增长的数据处理需求，服务器及通信电源等设备对于功率半导体器件的需求也不断增加，以保证设备高效稳定运行等。

不同领域对功率半导体器件的需求分析

1. 新能源领域

(1) 新能源汽车

新能源汽车的发展对功率半导体器件有着持续增长的需求。在电动汽车中，功率半导体器件在电机控制、电池管理等系统中起着至关重要的作用。例如IGBT作为一种高性能的功率半导体器件，在新能源汽车电机控制器中被广泛应用。它能够根据车辆控制系统的指令，高效地将电池的直流电转换为交流电来驱动电机，并且在制动能量回收过程中，将电机产生的交流电转换为直流电回充到电池中。随着新能源汽车朝着更高性能、更长续航里程和更快充电速度发展，对IGBT等功率半导体器件的性能和可靠性提出了更高的要求，如更高的耐压能力、更低的功耗以及更高的工作温度范围等。而且随着汽车电动化趋势加速，车规级功率器件的规格也在加速升级。据预测到2025年，中国新能源汽车所用IGBT市场规模将达到210亿元。另外，MOSFET在电动交通工具的电源控制等方面也有广泛应用，其对模拟电路与数字电路的开关或放大功能有助于实现车辆电力系统的有效控制等。

(2) 光伏产业

光伏发电环节所涉及的设备中，功率半导体器件需求巨大。在太阳能发电系统里，直流转换器和光伏逆变器都需要使用IGBT作为功率开关。光伏逆变器负责将光伏组件发电产生的直流电逆变成交流电，进而并入交流输电网或者接入家庭交流负载。在这个过程中，IGBT对实现逆变功能是非常关键的。随着全球光伏产业的持续扩张，新增光伏装机量保持上涨，对功率半导体器件的需求也不断增加。例如据估算，每GW对应功率半导体的价值量约为0.3亿 - 0.4亿元，并且由于IGBT技术进步导致组串式逆变器成本下降，促使其市场份额提升，从而进一步增加对IGBT等功率半导体器件的需求。

(3) 风电行业

风机的变流器等关键设备需要功率半导体器件来实现电能的转换和控制。例如，能够提高风电系统效率和稳定性的大功率IGBT模块在风电设备中很是关键。随着全球能源体系向光伏、风电等低碳方向转型，推动逆变器和变流器市场快速增长，从而使原材料端的IGBT获益，风电行业对于功率半导体尤其是IGBT需求规模也在不断增大，预计风电、光伏、储能新增装机市场对IGBT的需求规模将由2021年的86.7亿美元上升至2025年的182.5亿美元。

2. 数据中心与服务器及通信电源领域

数据中心的服务器设备以及通信电源等要满足大规模数据存储、处理和传输的要求。为了确保设备电源的高效转换、稳定运行，并降低能耗，需要大量使用各种性能的功率半导体器件。随着5G技术的发展，5G基站数量增多并且单个基站的输出功率提高，这将为功率器件拓展新的市场空间。高性能的功率半导体器件可以在数据中心的能源管理系统中，更好地实现电能的转换（如AC/DC转换、DC/DC转换）和分配，减少转换过程中的能量损失，提高数据中心的整体能效。同时在通信电源设备中，功率半导体器件有助于确保电源稳定输出，以满足通信设备的运行需求，保障通信系统的流畅性和可靠性。

3. 工控自动化领域

工业控制自动化过程涉及到大量的电机控制、变频调速、自动化生产线能量管理等应用场景。在这些场景中，功率半导体器件充当着电力转换和控制的核心角色。晶闸管在工控领域是一种重要的功率半导体器件，可以通过接收微小信号来控制大功率的电流进行变换，应用于工业设备的整流、无触点开关等功能；MOSFET和IGBT也在工控自动化领域广泛应用。在现代的工业自动化生产线上，需要使用功率半导体器件对电机的转速、转矩等进行精确控制，以此来提高生产效率和产品质量，同时功率半导体器件还能根据生产线各个设备的实际工作需求来合理分配电能，实现节能降耗，所以这一领域对功率半导体器件的需求持续存在并且要求不断提高其性能、可靠性和智能化水平等。

4. 消费电子领域

在消费电子领域，功率半导体器件有着广泛的应用基础。像在电脑、手机等设备中，MOSFET一般用于电源管理电路，实现开关或者放大功能，起到对设备电源进行有效控制的作用，以确保设备正常运行并且延长电池续航时间。在家用电器方面，例如空调、冰箱等，功率半导体器件可用于压缩机的电机控制、温度调节等功能。随着智能家电不断向着更高性能、更智能化方向发展，对功率半导体器件的需求不仅体现在数量上，更体现在其品质、功能特性方面，如需要更低功耗、更小尺寸并且具有更高性能的功率半导体器件。

功率半导体器件市场竞争格局

1. 国际竞争格局

在国际市场方面，功率半导体市场被美日欧等地区的企业主导。根据Omdia的数据，2021年前十大功率半导体企业为英飞凌、安森美、意法半导体、三菱电机、富士电机、东芝、威仕、安世半导体、瑞萨、罗姆。其中，排名第一的英飞凌销售额排名第一，市占率约20%左右；安森美紧随其后，市占率约9%左右；第3 - 10名合计市占率约30%左右。在这些企业中，日本企业表现突出，有半数日本企业（三菱电机、富士电机、东芝、瑞萨、罗姆）登上榜单，五家企业的营收在过去三年内大体保持在榜单总营收的32% - 33%左右。这些国际大型企业凭借先进的技术和生产制造工艺、广泛的销售渠道、强大的品牌影响力以及良好的市场口碑，在全球功率半导体市场占据了大量的份额，并在高端功率半导体产品领域具有强大的竞争力。例如英飞凌在IPM、变频器、中压（风电，地铁）、高压（高铁，电网）、电动车、光伏等功率半导体领域占据优势地位；三菱电机作为日本功率半导体的龙头，其在单管、IPM、高铁、电网、电动车等中高压功率半导体领域占据优势地位。

2. 国内竞争格局

我国功率半导体产业仍然处于起步阶段，但国内已经涌现出部分优秀的功率半导体器件企业，像华润微电子、扬杰科技、士兰微、新洁能等。在中低端功率半导体产品市场方面，产品竞争较为激烈，国内企业在二极管、三极管、晶闸管、低压MOSFET（非车规）等低端产品上已有一定的市场份额并且已初现规模化效应、国产化率相对较高。然而在中高端产品领域，如SJMOSFET、IGBT、碳化硅等（特别是车规产品），国内厂商由于起步晚、工艺相对复杂以及缺乏车规验证机会等问题，多数仍处于追随海外厂家技术发展路线的状态，但随着国家相关政策支持、国产化替代加速及产业投资增加等因素影响，国内企业也取得了一些成果，例如一些企业产品在部分性能上接近国际先进水平并且正在逐步扩大市场份额，以实现进口替代为目标在不断努力发展。并且国内在某些新兴的功率半导体应用领域展现出一定竞争优势，如在中国碳化硅电力电子器件应用市场快速增长，本土企业借助本土市场优势以及国家政策扶持等加快发展，已具有一定竞争力，但整体的技术水平、市场份额与国际大型企业相比仍存在差距。

影响功率半导体器件市场前景的因素

1. 技术创新因素

(1) 研发能力影响产品性能提升

功率半导体器件的技术创新对于其市场前景具有根本性的影响。企业和研究机构在功率半导体器件的研发投入，可以推动像IGBT、MOSFET、SiC等功率半导体器件性能的提升。例如通过改进制造工艺，MOSFET的线宽制程从10微米缩减至0.15 - 0.35微米，从而提升其密度、品质因数(FOM)和开关效率等性能指标；改进IGBT器件结构，能提高其在不同电压、电流下的表现，满足更多应用场景需求。性能提升后的功率半导体器件能够更好地适应新能源汽车、光伏、风电等行业对功率器件的高精度、高效率、高可靠性的要求，从而扩大其市场应用范围和市场规模。

(2) 新材料应用促进市场升级

碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料的研发和应用是影响功率半导体市场前景的关键技术因素。由于这些新材料具有优异的电气性能，如高耐压、高频率、低损耗等，能够制造出下一代高效功率半导体器件。例如碳化硅器件能在高温、高压、高频环境下工作且能量损失低，氮化镓器件在高频、高效、高功率应用方面优势明显，它们一旦突破成本控制和工艺技术这两个关键瓶颈，在电动汽车、新能源发电、5G通信等领域的大规模应用将开启新的功率半导体市场增长极，吸引更多企业投入与市场竞争，重塑功率半导体器件的市场格局。

2. 政策因素

(1) 国家战略扶持产业发展

国家战略政策对功率半导体器件市场的支持力度非常大。在国家大力推动新能源、智能制造、高新技术产业发展的背景下，功率半导体作为产业发展的基础核心部件得到众多政策利好。如在中国《十四五规划》中提出集中优势资源攻关关键元器件零部件等领域关键核心技术的要求，各地方政府也纷纷出台配套政策，鼓励功率半导体企业加大研发投入、扩大生产规模、提升国产化率等。这些政策有助于国内功率半导体企业的发展壮大，加速进口替代进程，从而在国内市场和国际市场竞争中提升竞争力，对国内功率半导体市场规模的扩大和前景的提升产生积极影响。

(2) 标准规范引导市场发展

功率半导体行业的行业标准和规范由相关政府部门和行业协会共同制定。标准规范一方面能够保证市场上功率半导体器件的质量和安全性、兼容性等，促进市场的健康有序发展；另一方面，当国家制定一些能效标准时，如针对各类电器的节能标准、新能源汽车的能耗标准等，这会促使企业在功率半导体的性能提升上进行研发投入，从而拉动高性能功率半导体的市场需求，推动功率半导体器件的市场升级和发展。

3. 市场需求因素

(1) 新兴产业发展创造新需求

新兴产业如新能源汽车、光伏发电、5G基站建设等的发展态势极大地影响着功率半导体器件市场前景。以新能源汽车为例，汽车的电动化、智能化发展使得整车对于功率半导体器件的需求快速增长，从电池管理系统、电机控制系统到车载充电机等都需要大量功率半导体。据预测到2025年，中国新能源汽车所用IGBT市场规模将达到210亿元。光伏产业的大规模扩张使得光伏逆变器对IGBT等功率半导体器件的需求持续增加，5G基站的建设则为功率半导体在通信电源领域开拓新的市场空间。新兴产业发展带来的新需求为功率半导体市场带来广阔的增长空间，使市场前景向好。

(2) 传统产业升级换代带来需求变化

在传统产业中，工业自动化升级、传统家电的智能化升级等需求使得原有的功率半导体器件无法满足新的生产或使用要求，从而带来新的市场需求机遇。在工业领域，自动化生产线的升级要求更高效、更智能的功率半导体来实现电机调速、能量管理等功能；对于智能家居方面，智能空调、智能冰箱等设备需要功耗更低、功能更丰富的功率半导体来满足新的性能标准。这种传统产业的升级不仅促使功率半导体器件企业对自身产品进行升级换代，同时也为整个功率半导体器件市场带来新的增长机会，更大程度地推动功率半导体市场不断发展壮大。

功率器件芯片清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

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