功率半导体是指什么？

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解析:

“power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。

在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。

“power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。

从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。

20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。

这一转变的主要原因是，这些器件或集成电路能在比以前高10倍以上的频率下工作，而电路在高频工作时能更节能、节材，能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip，简写PSOC)，它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上，使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能，其优越性不言而喻。国际专家把它的发展喻为第二次电子学革命。

在半导体领域，功率器件的总体表现一向以平稳著称，然而近段时期产业热度却在迅速提高，相关投资扩建的消息不断涌现。这与市场需求的迅速增长密切相关。

“新基建”的激励之下，市场对电力电子设备的需求越来越强烈，这为功率半导体器件行业的发展添了一把火。在功率半导体领域深耕多年的华微电子，也携带自身优势，率先入局新基建赛道，助推行业发展。

在过去的半个多世纪中，华微电子持续突破诸多关键技术，加速推动功率半导体器件的国产化替代，助力我国工业强基与民族产业发展，成为具有国际竞争力的功率半导体企业。

现如今，华微电子厚积薄发，在国内功率半导体器件市场低端产品竞争加剧且中高端产品大量依赖进口的形势下，华微电子也加快高端产品的推广和研发布局，从2016 年开始，华微电子便开始规划生产高性能功率器件，包括超结MOSFET、CCTMOSFET、Trench FS IGBT、超高压快恢复二极管、Trench肖特基产品和大功率IGBT模块等。

未来几年，随着新能源汽车、5G通信等新兴产业日益崛起，功率半导体市场需求势必会持续增长，而作为国内主要功率半导体生产商之一的华微电子，其具有全系列的功率半导体器件门类，随着国内功率半导体器件市场保持快速且稳定的增长，华微电子也将迎来发展的快车道。

替代进口的有力竞争者

作为全球汽车和工业大国，中国是全球最大的功率半导体器件市场。然而，在经济的快速发展中，国外在极力阻止中国的崛起特别是美国对中国高科技技术发展制造了障碍，中兴、华为事件给我国功率半导体行业的发展敲响了警钟，目前中国功率半导体市场被美国、欧洲和日本品牌掌控，在国内市场占有绝对的优势，市场占有率60%以上。

华微电子自成立以来，一直致力于建设芯片制造能力，扩大生产线规模及提高芯片交付能力，目前拥有4英寸、5英寸与6英寸功率半导体芯片生产线，加工能力为每年400万片，在建8英寸生产线，设计产能96万片/年，具有单管封装资源为24亿只/年，IPM模块封装1800万块/年。

经历了半个多世纪的技术积累，华微电子在终端设计、工艺制造和产品设计方面拥有了多项专利及工艺诀窍，尤其在IGBT薄片工艺、Trench工艺、寿命控制和终端设计技术等方面拥有独特的核心技术达到国内领先，国际同行业先进水平。其中，IGBT产品五大关键技术，包括薄片制造技术、透明集电极IGBT制造技术、纵向和横向结构设计技术、背面注入及激活和硅片测试技术均已攻破难关，研发完成600V-650V，1200V-1350V的IGBT产品，产品采用国际主流的Trench-FS技术，主要应用在新能源电动汽车、变频家电和电磁炉等领域。Trench MOS先后经历了几代产品开发后，成功解决了深Trench刻蚀技术、阻挡层金属化淀积技术、W回刻技术等，已经完成了30V-250V的产品开发。

“要实现国产化替代，目前公司面临的主要困难是客户对国产半导体功率器件的接受度，主要是在新的应用领域和高端应用领域，需要客户给予一定的机会和时间，给予国产品牌与客户磨合的机会。”华微电子表示，当下，公司主要解决的问题是，在产品应用方面加强与客户的交流和改进，同时根据客户的实际应用需求开发更加契合应用场景的定制化产品。而这也逐渐在实现，华微电子的产品广泛应用于消费类电子、汽车电子、电力电子、工业控制与LED照明等领域，并不断在新能源汽车、光伏逆变、轨道交通等战略性新兴领域快速拓展，是飞利浦、松下、日立、海信、创维、长虹等国内外知名企业的配套供应商。

向高端细分领域迈进

在国内功率半导体器件市场低端产品竞争加剧且中高端产品大量依赖进口的形势下，华微电子也加快高端产品的推广和研发布局，在工业、汽车电子、5G、充电桩等领域产品的应用，已经取得一定的效果，并获得了国内知名企业的认可。

谈及未来的发展，华微电子表示将继续以公司传统的功率半导体芯片制造为核心，继续做大做强芯片制造能力，纵向发展建立8英寸芯片生产线，实现高端VDMOS、IGBT器件制造，满足快速增长的市场需要，横向扩展建立硅外延生产线，保证材料安全供应，建立封装测试生产线，重点建设模块生产线，向高压大功率方向发展，打造功率半导体产业制造基地，完善功率半导体产业链，加速功率半导体国产化进程。

“华微电子会继续发展自主研发、平台建设的IDM优势，不断升级硅基功率器件的性能和品质。公司具有IGBT、MOSFET、二极管、可控硅和BJT等全功率器件工艺平台，包括单管、IPM及PM等各类封装形式的产品，未来公司仍会把功率半导体作为主要的技术发展方向，结合公司市场领域，逐步建立配套的驱动IC生产线。”华微电子表示，在中低压MOSFET上，公司将进一步升级现有技术平台，不久将会推出第二代CCT MOSFET，以100V产品为例，单位面积导通电阻达到40毫欧。完善产品电压等级，建立起从10V~250V产品的全系列的电压平台，除了在消费类领域内应用外，拓展到服务器电源、5G、工业、人工智能和汽车电子。

对于高压MOSFET，今年年底会推出第二代超结MOSFET产品，进一步提升该系列产品的耐用性和效率，应用于充电桩和基站电源。在未来2~3年我们会继续提升超结MOS平台，采用多层外延结构，开发第三代超结MOS平台，达到与国际品牌一致的性能，产品系列涵盖了500V-900V，4A-72A全系列，能满足各个领域的产品需求。

“FRD二极管和IGBT一直是我们的核心产品，在未来2~3年，我们将致力于开发用于轨道交通和电网领域内需求的超高压产品系列，电压涵盖1700V~6500V。”华微电子还表示，Trench肖特基方面，公司已完成45V、60V、100V产品Trench SBD平台建设，正在开发80V、150V产品平台，具备势垒高度可调技术，可满足客户对于使用效率的更高需求，比平面产品具有更高的可靠性能力，应用在光伏领域和电源领域。此外，华微电子积极布局GaN和SiC器件，研发和生产增强型GaNHEMT，先在快充领域做GaN器件和应用方案，然后过渡到工业和通信电源领域；对于SiC器件，目前已经研发出了650V SBD二极管产品，将进一步拓展到1200V二极管和SiC MOSFET，主要应用于新能源汽车及充电桩。

市场红利渐释放

近几年来，中国功率半导体器件在工业控制、汽车电子、网络通讯等多领域应用带动下，需求持续上涨，中国功率半导体器件市场保持快速且稳定的增长。

“受新冠肺炎疫情影响，2020年功率半导体市场将会面临一定幅度的回落，之后将迎来快速复苏，预计到 2022年，中国功率半导体市场规模将达到 1960 亿元，2019~2022年年均复合增长率将会达到3.7%。”华微电子认为，未来几年，国内市场对功率半导体的需求仍然强劲。

这对华微电子来说，公司利润持续稳定增长已经有迹可循，公司具有全系列的功率半导体器件门类，随着市场需求的增长，公司也将会迎来发展的快车道。

而从细分市场结构来看，工业控制、汽车和网络通信，需求将大幅增长，其中 MOSFET和IGBT 成为最大受益产品。业内预计，2022年，MOSFET和IGBT 的市场份额合计占比超过30%，其MOSFET复合增长率为5.4%，至2022年市场规模将达到365 亿元；IGBT年市场规模达到251亿元，复合增长率7.4%。

“ MOSFET 和IGBT 已成为最主流的功率器件之一，广泛应用于汽车电子、工业电子、新能源汽车、充电桩、物联网、光伏新能源等领域。”但是，高端的MOSFET和IGBT绝大部分进口，只有华微电子等少数厂商可以生产，目前先进的生产技术基本被国外厂商垄断，全球最大的功率器件生产商有德国的英飞凌、美国的安森美、日本的三菱机电等。

2019 年初，华微电子计划投资新型电力电子器件基地项目建设，本次投资主要是为了建设8英寸生产线，以满足公司新型功率器件的生产，项目生产的产品主要有IGBT、低压Trench-MOS 、超结MOS 以及IC芯片，针对的市场是目前国内相对空白的高低功率半导体市场，产品下游市场增长迅速，进口替代空间巨大。投资项目产品性能和技术水平虽然与国际大厂的产品还略有差距，但是其主要性能已经和国际主流公司的产品相当，个别参数还具有一定优势。业内预测，未来几年，随着中高端技术产品在市场规模化应用，新产品、新领域重点项目指标的达成将带动华微电子整体业绩持续稳步增长。

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