功率半導(dǎo)體作為電子產(chǎn)業(yè)鏈中極為關(guān)鍵的一類器件，肩負(fù)著電能轉(zhuǎn)換與電路控制的重任，在電路里發(fā)揮著功率轉(zhuǎn)換、放大、開(kāi)關(guān)、線路保護(hù)以及逆變、整流等諸多重要作用。其身影廣泛出現(xiàn)在電網(wǎng)輸變電、新能源汽車、軌道交通、新能源、變頻家電等眾多領(lǐng)域，是推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)電氣化進(jìn)程的核心力量。

在當(dāng)前的功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，以 SiC(碳化硅)和 GaN(氮化鎵)為代表的化合物半導(dǎo)體正成為新興的發(fā)展焦點(diǎn)。與傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體相比，它們?cè)诟邏骸⒏哳l、高溫以及高功率應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。例如，在新能源汽車的逆變器中，SiC 功率器件能夠大幅提升電能轉(zhuǎn)換效率，降低能量損耗，進(jìn)而有效增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程;在 5G 基站的電源模塊里，GaN 功率半導(dǎo)體憑借其高頻特性，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的信號(hào)處理與電源管理，減小設(shè)備體積與重量。這種卓越的性能表現(xiàn)，使它們成為未來(lái)功率半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也高度契合了不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)于高效、高性能電子器件的迫切需求。

根據(jù) WSTS 和賽迪的數(shù)據(jù)，2017 年，全球 IGBT 芯片和模組的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 40.6 億美元，約占全球功率器件市場(chǎng)總規(guī)模的 19%。到了 2018 年，受功率器件漲價(jià)因素的影響，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)增長(zhǎng)至 49.1 億美元。從應(yīng)用市場(chǎng)的維度來(lái)看，汽車和工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)了 IGBT 應(yīng)用的主導(dǎo)地位，占比分別為 27% 和 28%。特別是在新能源汽車領(lǐng)域，其動(dòng)力產(chǎn)生和傳輸機(jī)制與傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)大相徑庭，需要頻繁進(jìn)行電壓變換以及直流 - 交流轉(zhuǎn)換，例如將電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的交流電，或者將高電壓降至車載電子設(shè)備適用的 12V 等。加之純電動(dòng)汽車對(duì)高續(xù)航里程的追求，對(duì)電能管理的精細(xì)化程度提出了極高要求。高效的能量轉(zhuǎn)換不僅能降低能量損耗，還能減小鋰離子電池的容量需求，從而減輕整車重量，提升單次充電后的續(xù)航里程。實(shí)現(xiàn)這些功能，離不開(kāi)大量的逆變器、變壓器和變流器，這使得新能源汽車對(duì) IGBT 等功率器件的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)汽車。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu) Strategy Analytics 的數(shù)據(jù)顯示，純電動(dòng)汽車的半導(dǎo)體成本高達(dá) 704 美元，相較于傳統(tǒng)汽車的 350 美元翻了一倍，其中功率器件成本為 387 美元，占比達(dá) 55%。在相比傳統(tǒng)汽車新增的半導(dǎo)體成本中，功率器件成本約為 269 美元，占總增加成本的 76%。以特斯拉(雙電機(jī)全驅(qū)動(dòng)版)為例，其整車共計(jì)使用了 132 個(gè) IGBT，總價(jià)值可達(dá) 650 美元。在 2017 年，全球新能源汽車銷量突破 120 萬(wàn)輛，占全球汽車總銷量的 1.2%，當(dāng)年新能源汽車用 IGBT(包含芯片、模組)的市場(chǎng)規(guī)模在 IGBT 整體市場(chǎng)中占比 17%，規(guī)模達(dá)到 7 億美元。

在全球 IGBT 市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局中，主要的參與者包括德國(guó)英飛凌(Infineon)、日本三菱、富士電機(jī)、美國(guó)安森美(On Semi)、瑞士 ABB 等企業(yè)，前五大企業(yè)的市場(chǎng)份額總和超過(guò) 70%。而在全球 SiC 器件市場(chǎng)，Infineon、科銳(Cree)、羅姆(ROHM)和意法半導(dǎo)體(ST)等企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)，前四大企業(yè)的市場(chǎng)份額超過(guò) 80%?？梢钥闯?，在 IGBT 和 SiC 這兩個(gè)對(duì)未來(lái)功率半導(dǎo)體發(fā)展具有關(guān)鍵意義的技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)企業(yè)與全球行業(yè)巨頭之間仍存在著較大差距。

國(guó)內(nèi)的 IGBT 企業(yè)，如華虹宏力、中芯國(guó)際、士蘭微、華潤(rùn)微電子、上海先進(jìn)、株洲中車時(shí)代電氣等正在積極布局與發(fā)展。其中，中車時(shí)代電氣表現(xiàn)較為突出，其憑借早期對(duì)加拿大 Dynex 公司的技術(shù)收購(gòu)，以及在電力機(jī)車市場(chǎng)的深厚應(yīng)用基礎(chǔ)和多年來(lái)在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的持續(xù)投入與積累，已成功掌握第 5 代 IGBT 技術(shù)，并計(jì)劃于 2019 年實(shí)現(xiàn)第 6 代 IGBT 技術(shù)的量產(chǎn)，其產(chǎn)品電壓等級(jí)覆蓋 650 - 6500V。同時(shí)，中車時(shí)代電氣擁有一條 8 英寸 IGBT 生產(chǎn)線，年產(chǎn)能可達(dá) 24 萬(wàn)片。在 SiC 器件制造方面，國(guó)內(nèi)有株洲中車、泰科天潤(rùn)、中電科 13 所、55 所等企業(yè)參與角逐。株洲中車的 6 英寸 SiC 生產(chǎn)線已完成技術(shù)通線，正蓄勢(shì)待發(fā)準(zhǔn)備大規(guī)模生產(chǎn);中電科 55 所也已建成 6 英寸 SiC 器件生產(chǎn)線;泰科天潤(rùn)則建成了國(guó)內(nèi)第一條 4 英寸 SiC 器件生產(chǎn)線，其 SBD 產(chǎn)品電壓范圍覆蓋 600V - 3300V，并且正在積極開(kāi)展 MOSFET 器件的研發(fā)工作。

面對(duì)新一代功率半導(dǎo)體廣闊的市場(chǎng)前景與激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)企業(yè)若要縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，可從以下幾個(gè)方面著手：

加大技術(shù)研發(fā)投入：持續(xù)投入資金與人力，深入開(kāi)展基礎(chǔ)研究，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，如提升 SiC 和 GaN 材料的晶體質(zhì)量與制備工藝，優(yōu)化器件的設(shè)計(jì)與制造流程，以提高產(chǎn)品性能與可靠性。同時(shí)，積極跟蹤國(guó)際前沿技術(shù)動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，加速科技成果的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。

完善產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)之間的合作與協(xié)同創(chuàng)新，從原材料供應(yīng)、芯片制造、封裝測(cè)試到應(yīng)用開(kāi)發(fā)，形成緊密協(xié)作的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈的整合與優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本，提高整體產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

拓展應(yīng)用市場(chǎng)：在鞏固現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，積極開(kāi)拓新興市場(chǎng)，如智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域?qū)β拾雽?dǎo)體的需求。通過(guò)深入了解市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)針對(duì)性的產(chǎn)品與解決方案，提高市場(chǎng)份額。

培養(yǎng)專業(yè)人才：功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展離不開(kāi)專業(yè)人才的支持。企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)與高校、科研機(jī)構(gòu)的合作，建立人才培養(yǎng)體系，吸引和留住優(yōu)秀人才，為企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的人才保障。

加強(qiáng)國(guó)際合作與交流：積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)與合作，通過(guò)與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)的技術(shù)交流、合作研發(fā)、并購(gòu)重組等方式，學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)，提升自身的技術(shù)水平與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

新一代功率半導(dǎo)體的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。中國(guó)企業(yè)需要充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，積極應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，通過(guò)持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，逐步縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，在全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)中占據(jù)更為重要的地位，為我國(guó)電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展乃至整個(gè)社會(huì)的電氣化進(jìn)程貢獻(xiàn)力量。