功率器件从分立、模块到功率IC的集成升级,关键拐点由下游应用对电压、频率要求的持续提升,以及光伏、新能源车等需求爆发共同驱动。简单来说,分立器件是功能上不能再细分的最小单元,多个分立器件组合封装在覆铜板上形成模块(IPM),不同模块再进一步组合才构成功率集成电路(Power IC)。而真正推动这一进程加速的,是新能源产业对器件性能与可靠性的更高要求。
从分立到模块再到IC:集成度如何演进
功率半导体(又称电力电子器件)是实现电能转换与电路控制的核心部件,其分类正是按照集成程度划分的。功能上不能再细分的是分立器件,将分立器件组合并装在覆铜板(DCB)上就形成模块(IPM),不同模块再组合则构成集成电路。平时常听到的IGBT、MOSFET等都属于分立器件范畴,而功率模块与功率IC则是集成度更高的形态。
随着社会进步,市场对功率器件的电压和频率要求越来越高,这使得MOSFET和IGBT逐渐成为主流分立器件。在2021年全球功率分立器件的产品构成中,IGBT与MOSFET分列前两位,市场占有率均超过30%,合计占比约63%,而传统的二极管、晶闸管份额则相对收缩。
新能源需求爆发:集成升级的核心拐点
如果说电压、频率要求的提升是技术演进的内生动力,那么光伏与新能源车需求的爆发则是集成程度升级的关键外部拐点。以光伏为例,逆变器的出货量跟随总装机量增长,且工商业、分布式装机比例增多,单GW所需逆变器数量高于集中式电站,逆变器出货增多直接带动IGBT需求增加。新能源车方面,随着电气化水平提高,单车功率半导体价值量也持续提升。
这种需求结构的变化,使得功率器件行业与传统消费类半导体形成明显分化。在半导体整体低迷的背景下,功率器件作为新能源产业的“卖水人”,其供需缺口反而持续放大,补库周期拉长——这背后正是光伏与新能源车两大下游的需求持续超预期上行,倒逼产业链在模块化、集成化方向上加速迭代。
常见问题
功率分立器件、功率模块和功率IC是什么关系?
三者是集成程度由低到高的递进关系。分立器件是最基础的功能单元,多个分立器件组合并封装在覆铜板(DCB)上形成模块(IPM),不同模块再进一步组合才构成功率IC。有些分类方法也将器件、模块、IC并列为三大类,但核心是理解三者的包含关系。
为什么MOSFET和IGBT能取代二极管、晶闸管成为主流?
核心驱动力是应用端对功率器件电压和频率的要求越来越高。MOSFET和IGBT更能满足现代电能转换场景对高压、高频、高效率的需求,因此在2021年全球分立器件市场中,两者合计占比约63%,成为绝对主流。
新能源需求如何具体影响功率器件的集成进程?
光伏逆变器出货量随装机量增长,且分布式比例提升使单GW所需逆变器更多,直接拉动IGBT需求。新能源车则因电气化程度提高,单车功率半导体价值量持续提升。两大下游的景气上行,促使功率器件在模块化和集成化方向上持续升级,以满足更高功率密度与可靠性要求。