功率半導體器件又稱電力電子器件，是電力電子裝置實現電能轉換、電路控制的核心器件，主要用于變頻、整流、變壓、功率縮放、功率調節等場景。功率半導體具有不同功率和頻率類型，以適應不同的應用需求，已廣泛應用于消費電子、通訊、汽車、軌道交通、發電配電、工業控制等領域，是電氣化產品的核心零部件。

　　經過一百多年的發展，功率半導體的種類不斷豐富，SiC 及 GaN 等寬禁帶半導體（第三代功率半導體）是未來的發展方向。從 1904 年電子管問世以來，功率半導體經歷了水銀整流器時代、晶閘管時代、晶閘管及 MOSFET 時代、Si-IGBT 時代，并逐漸進入了寬禁帶半導體時代。自 2001 年以來，SiC二極管、SiC-BJT、SiC-MOSFET 及 GaN-HEMT 等寬禁帶的第三代半導體產品相繼開發成功并量產。第三代半導體功率產品的主要特點是禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率高、抗輻射能力強、發光效率高、頻率高，可廣泛用于通訊、汽車、航空航天等高功率領域，前景廣闊。

　　隨著功率半導體技術的發展，產品種類不斷豐富的同時也逐漸體系化，按照不同的分類標準，可分為多種產品類別。按開通及關斷是否受器件端控制，功率半導體可分為不可控型、半可控型和全可控型三類；按驅動類型，功率半導體可分為電流、電壓和光驅動三類；按是否集成電路分類，功率半導體可以分為分立器件、功率模組和功率 IC。不同種類的產品具有不同的性能參數，對應不同的應用場景和領域。

　　// 1.1 汽車行業是功率半導體的最大應用領域

　　汽車行業是功率半導體的最大應用領域，國內市場份額達27%。功率半導體產品功率范圍從 500W 以下到 1KW 以上均有覆蓋，開關頻率最高達 10萬 Hz 以上，產品應用分布于電網、風能、軌道交通、家電、汽車、太陽能、工業等眾多領域。2019 年，汽車行業是國內功率半導體應用最多的領域，市場占比達 27%，其次是消費電子，市場份額達到 23%。

　　功率半導體是汽車電力系統的核心部件，廣泛應用于汽車的各個系統。功率半導體的主要功能為直流轉交流（逆變）、交流轉直流（整流）、變頻、變相等，與電能轉換有關的系統都離不開功率半導體的參與，在汽車的動力、車身、底盤、網絡、安全和娛樂等系統均有分布。隨著電動化、智能化、網聯化的不斷推進，汽車中與電力相關的設備將不斷增加，與之相應的功率半導體產品的用量也將持續上漲。

　　// 1.2 政策支持推動國產替代，電動化拉動需求增長

　　1.2.1  政策法規推動功率半導體國產化進程

　　國家大力支持高端汽車功率半導體行業，通過政策法規加快國產替代。為保證國內汽車功率半導體供應鏈的安全，實現關鍵部件的自主可控，推動高端汽車功率半導體市場國產替代，近年來國家在汽車功率半導體及相關領域陸續出臺了一系列政策法規，鼓勵新一代汽車功率半導體產品研發、制造及測試，支持加大對汽車功率半導體重點項目的投入。

　　1.2.2 功率半導體是汽車電動化的剛需，單車價值量不斷提升

　　能源結構優化勢在必行，化石燃料的消耗量將逐漸減少，國內交通的電氣化程度將不斷提升。據國家發改委《中國可再生能源展望 2019》預測，化石能源消耗量占比將從 2020 年的 86%降低至 2050 年的 35%，其中，原油消耗量占比將從 2020 年的 20%下降至 2050 年的 7%，而清潔能源將是未來的主流能源。與化石燃料消耗量遞減相對的是國內交通電氣化程度將不斷提高，自 2018 年到 2035 年，電氣化程度將從 2%至少提升至 12%，2050 年的電氣化程度將超過 30%。

　　作為交通電氣化的重要組成部分，汽車電動化是未來發展趨勢，與電動化密切相關的功率半導體的需求將大幅提升。英飛凌數據顯示，純電動汽車半導體價值為 750 美元，相對于燃油車的 447 美元，半導體整體價值量提升了 68%。同時，傳統燃油車中功率半導體價值量占整車半導體價值量的 21%，而純電動車中功率半導體價值量占整車半導體價值量的比例高達 55%，增幅達到 34%。

　　電動汽車的驅動系統對電能轉換要求高，功率半導體是不可或缺的組成部分。電動汽車電力電源系統較為復雜，動力系統運行時需要頻繁進行電壓和電流的轉換，加之電動汽車對電能管理需求更加精細化，需要大量的DC-DC、DC-AC 逆變器、變壓器、換流器等功率半導體器件。如驅動系統需要逆變器 DC-AC，用來將電池包中 12V 的直流電轉換為 220V 的交流電以驅動電機。

　　IGBT 在電動汽車中的需求量較大，約占整車總成本的 6%~10%。相關數據顯示，電機驅動系統成本占電動汽車整車成本的 15%-20%，其中，IGBT占電機驅動系統成本的 40%-50%，即約占整車總成本的 6%-10%左右。以特斯拉為例，其三相交流異步電機共使用了 96 個 IGBT，而單個 IGBT 的價格在 4~5 美元，單車僅電機用 IGBT 的價值就達到 384~480 美元。

　　// 1.3  受益于電動化進程的推進，國內汽車功率半導體市場需求持續上漲

　　隨著國內混動汽車和純電動車滲透率的不斷提升，對汽車功率半導體的需求旺盛，2025 年市場規模將達 250 億元。參照《汽車半導體系列報告（一）：國產替代優化存量市場，電動化與智能化拉動增量需求》中的測算方法，傳統汽車的功率半導體市場規模維持在 85 億元左右；混動汽車銷量較小，預計2025 年將突破 10 億元；純電動車銷量快速增長，預計 2025 年市場規模將達155 億元，占汽車功率半導體的比例高達 62%。隨著電動化進程的深入，國內汽車功率半導體市場規模將持續擴大。

　　2.MOSFET 和 IGBT 市場需求旺盛，技術突破助力國產替代

　　功率半導體種類繁多，汽車中用量最大的功率半導體器件是 IGBT、MOSFET 和功率 IC 等。汽車功率半導體主要分布在動力、車身、驅動等核心系統，涉及到引擎控制、車燈控制、電機控制、變速箱控制、制動控制、轉型控制等功能。功率 IC 主要為包括 IGBT/MOSFET 的模組，可以看出 IGBT和 MOSFET 分立器件是汽車半導體的關鍵，鑒于此，下文主要對 IGBT 和MOSFET 進行重點論述。

　　依據上下游關系，功率半導體的產業鏈可分為三個部分：

　　（1）上游主要為半導體材料及半導體設備廠商；

　　（2）中游主要為功率器件的設計、生產、封裝、測試等加工制造過程，最終得到功率分立器件、功率 IC 和功率模組三類產品。

　　（3）下游主要為消費電子、工業控制、通訊設備、航空航天、汽車電子、光伏風電等應用領域。

　　// 2.1 電動化助推 MOSFET 市場需求快速增長，第三代半導體產品滲透率穩步提升

　　2.1.1 功率半導體是汽車電動化的剛需，單車價值量不斷提升

　　MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），全稱金屬-氧化物半導體場效應晶體管，由于這種場效應管的柵極被絕緣層隔離，所以又叫絕緣柵場效應管，一般也簡稱為 MOS 管，是一種重要的功率半導體產品。基于工作載流子的不同極性，MOSFET 通常分為 N 型與 P 型兩種類型，即NMOSFET 與 PMOSFET，也簡稱為 NMOS、PMOS 等。

　　MOSFET 通常由源極（S）、柵極（G）和漏極（D）組成，而 VGS 為源極與柵極之間的電壓。以 N 溝道增強型 MOSFET 為例，當 VGS 增加時，將吸引更多的 P 襯底表面層電子；當 VGS 達到某一數值時，電子在柵極附近的 P 襯底表面形成連接兩個 N+區的 N 型薄層，即 N 型溝道；VGS 越大，吸引到 P襯底表面的電子就越多，導電溝道越厚，溝道電阻越小。

　　基于載流子種類和摻雜方式的不同，MOSFET 形成了多種類型結構，其中，N 溝道增強型 MOSFET 是應用最廣泛的結構。依據載流子種類的不同，可將 MOSFET 分為 P 溝道和 N 溝道兩種類型；依據摻雜方式的不同，可分為增強型和耗盡型；結合載流子種類和摻雜方式，MOSFET 主要分為 P 溝道增強型、P 溝道耗盡型、N 溝道增強型、N 溝道耗盡型等四個大類。由于高頻率低功耗是 MOSFET 的發展方向，故高功率的 N 溝道和低成本的增強型MOSFET 是行業主流結構。

　　2.1.2 第三代半導體基 MOSFET 將搶占高壓場景市場份額

　　MOSFET 在汽車上的應用廣泛，電動汽車進一步拉動市場需求。在傳統燃油車上，MOSFET 主要應用于汽車車門控制、電動助力轉向裝置、冷卻風扇、風擋雨刮、電動后備箱、前照燈、水泵、踏板等系統；在電動汽車上，除了傳統的應用外，又將應用范圍擴展到車載充電、電池管理、主驅動、DC-DC、高壓負載等系統。可見，電動化增加了汽車市場對 MOSFET 的需求，隨著電動化的不斷深入，MOSFET 行業有望開啟新一輪的快速增長。

　　硅基 MOSFET 耐壓性較低的缺點，限定其主要應用于 DC/DC、低電壓電機驅動、OBC 等低壓高頻模塊。目前，硅基 MOSFET 的電動化應用主要有：啟停技術汽車中，功率在 1.5-10kW（平均 3.5kW）的啟動/停止模塊；輕混電動車、強混電動車、插電式混合動力汽車、純電動車中，功率在 1.5-30kW（平均 2.25kW）的 DC-DC 模塊；輕混電動車中，功率在 5-20kW（平均 15kW）的主電機驅動模塊；插電式混合動力汽車、純電動車中，功率在 3-6kW 的 OBC（充電+逆變）模塊。

　　以第三代半導體為基材的 MOSFET 克服了硅基 MOSFET 耐壓性差、損耗大的缺點，將搶占高壓場景的應用市場。車規級產品屬于高端產品，特別是用于主驅電機等高電壓系統的產品，產品要求更高。目前汽車高電壓系統應用的功率器件主要是 IGBT，但是 IGBT 的開關頻率相對 MOSFET 較低，第三代半導體基 MOSFET 兼具硅基 MOSFET 的高頻性和 IGBT 的耐高壓優點。隨著 SiC、GaN 等第三代半導體基 MOSFET 的成熟及量產，GaN 及 SiC將滲透部分 Super Junction MOSFET、Trench MOSFET、IGBT 市場，SiC 或GaN-MOSFET 將占據更大的高壓汽車功率半導體市場。

　　2.1.3 新能源汽車 MOSFET 市場需求增長較快，國內廠商亟待突破

　　2022 年全球汽車 MOSFET 市場規模將突破百億元，其中，新能源汽車市場增長迅速。資料顯示，2022 年全球汽車 MOSFET 市場規模將達 116 億元，年復合增長率為 5%;根據 Yole 預測，2024 年全球新能源汽車 MOSFET 模塊市場規模將從 2018 年的 0.5 億美元增長到 2.41 億美元，年復合增長率為 30%，表現出強勁的增長性。隨著各國電動化戰略的推進，新能源汽車市場的MOSFET 將迎來井噴式增長。

　　國外頭部廠商占據全球 MOSFET 市場 81.2%的份額，國內廠商的市場份額較小。2019 年全球 MOSFET 市場占有率前三位的廠商分別是英飛凌（24.6%）、安森美（12.8%）、意法半導體（9.5%），CR3 達 46.9%;其中，國內廠商安世半導體（聞泰科技收購）排名第九（占 4.1%市場份額），華潤微市占率進入前十（占 3.0%市場份額）。由此可見，國內廠商必須提高自身的技術實力，提升市場競爭力。（詳情請參考《汽車半導體系列報告（一）：國產替代優化存量市場，電動化與智能化拉動增量需求》）

　　// 2.2 高壓場景凸顯 IGBT 性能優勢，本土企業實現突破

　　2.2.1 小型化和低功耗是 IGBT 技術的發展方向

　　IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），全稱絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT（雙極型三極管）和 MOS（絕緣柵型場效應管）復合而成的全控型電壓驅動功率半導體，兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導通壓降兩方面的優點。主要應用于直流電壓為 600V 及以上的高壓變流系統，如交流電機、電源管理、照明電路、牽引傳動、驅動系統等領域。

　　IGBT 是通過 VGS 形成的電場效應來控制開關的耐高壓電子元器件。IGBT 和 MOSFET 結構十分接近，近似為 MOSFET 背面增加 N+和 P+層（“+” 意味著更高的自由電子或者空穴密度），從而增加了載流能力和抗壓能力。當 VGS 增加時，吸引更多漂移區表面層電子，電子在柵極附近的 P 層表面形成連接 N+和 N 區的 N 型薄層，IGBT 處于導通狀態，相反則處于關閉狀態。

　　IGBT 技術已迭代至第五代，技術進步主要圍繞小型化及低損耗。自 20世紀八十年代起，IGBT 已先后經歷了 PT、NPT、FS、Trench-FS、MPT 等五代技術。近年來，IGBT 產品種類不斷豐富的同時，通過 FS、微溝道等技術，IGBT 產品體積逐步縮小，重量不斷減少；與此同時，隨著 TC、FS、溝槽柵、微溝道等技術的逐步應用，相同電壓下 IGBT 器件的損耗逐步降低，可有效滿足目前電動汽車及高壓電網使用需求。

　　2.2.2 IGBT 多用于高壓場景，決定能量釋放速度和轉化效率

　　IGBT 主要分布于汽車電力管理、驅動及控制等高壓高功率系統。IGBT主要分為 IGBT 分立器件和 IGBT 模塊兩種形式，分立器件及模塊耐壓大部分在 600V 以上。由于其良好的耐壓性能，IGBT 主要用于汽車中需要承受較高電壓和功率的系統（平均功率均高于 15kW，大部分用于 25kW 以上）。IGBT主要分布于汽車主驅動、高壓負載、車載充電、轉向助力等系統中，承擔交直流電的轉換、高低壓電的轉換等功能。

　　不同動力的汽車中，應用 IGBT 的系統不同。主要應用系統有：強混電動車、插電式混合動力車、純電動車中，功率在 20kW-150kW（平均 70kW）的發電機系統、功率在 20kW-40kW（平均 30kW）的主電機驅動系統；輕混電動車中，功率在 5-20kW（平均 15kW）的主電機驅動系統；插電式混合動力車、純電動車中，功率在 10-40kW（平均 25kW）的 OBC（充電+逆變）系統等。

　　IGBT 的性能是決定整車能量釋放速度和轉化效率的關鍵因素。BJT 具有飽和壓降低、載流密度大的優勢，但其驅動電流較大；MOSFET 的驅動功率很小、開關速度快，但其具有飽和壓降大、載流密度小的缺點。IGBT 是由BJT 和 MOS 復合而成，這也使其兼具兩者驅動功率小、飽和壓降低的優點。IGBT 的主要作用是交流直流轉換、高低壓轉換，可以使電機瞬間爆發巨大能量和瞬間減少輸出，還可以根據用電需求對電機進行變頻調速，提高能量轉化效率，是電機驅動系統最核心的元件。

　　2.2.3 國內車規級 IGBT 市場快速增長，本土企業發展勢頭良好

　　國內汽車 IGBT 市場規模快速擴張，且擴張速度連續多年遠高于汽車總銷量增速。Trendforce 數據顯示，到 2025 年，國內汽車 IGBT 的市場規模將從 2018 年的 48 億元快速增長至 310 億元，年復合增長率高達 30.54%;市場快速增長的背后反映的是國內電動化程度不斷加深的現狀，電動化也是 IGBT市場增長的主要驅動力。與此同時，汽車 IGBT 市場增速連續 5 年超過汽車總銷量增速，超額增速最高達到 23.81%;IGBT 市場增速遠高于汽車總銷量增速主要是由于單車 IGBT 價值量提升造成的，增速差距越大，說明單車的電氣化程度越高。

　　國外 IGBT 產業成熟、產品體系完整，國外頭部廠商占據全球 IGBT 市場 78.6%以上的份額。由于國外起步較早，國外廠商技術積累深厚、產品體系豐富、產品應用廣泛，全面領先國內廠商。Omdia 數據顯示，2019 年全球IGBT 市場占有率前十的廠商中有九家是國外廠商，且國外廠商市占率超過78.6%;國內廠商只有斯達半導進入前十，而占比僅為 2.5%。2019 年國內新能源汽車 IGBT 模塊市場占有率前十的國內廠商有比亞迪、斯達半導、中車時代三家，且三家企業的市占率達到 37.7%，發展勢頭良好。（詳情請參考《汽車半導體系列報告（一）：國產替代優化存量市場，電動化與智能化拉動增量需求》）

　　材料、設計、封裝、運營模式協同發展，提升汽車功率器件廠商競爭力

　　// 3.1  材料端：基材 SiC 化是方向，晶圓大尺寸化是趨勢

　　3.1.1 SiC 將成為汽車功率半導體的重要基材

　　SiC 基材產品具有明顯的性能優勢，相關產品已應用于量產車型中。SiC作為第三代半導體材料，在擊穿場強、禁帶寬度、電子飽和速度、熔點及熱導率方面都有較大優勢，同時，可實現低導通電阻、高速開關和耐高溫高壓工作。相比于 Si-MOSFET，SiC-MOSFET 電壓隔離區厚度僅為其 1/10，漂移區阻值降低至原來的 1/300。目前，特斯拉 Model 3 車型已全部使用SiC-MOSFET 產品，2020 年上市的比亞迪漢也采用了相關的 SiC 產品。隨著制造成本的下降，未來將有更多車型裝配 SiC 功率器件產品，市場滲透率持續提升。

　　全球車規級 SiC 功率器件產業成熟度較低，整個行業處于大規模放量前期。目前，國內外均未出現高成熟度的車規級 SiC 功率器件產品，意法半導體和科銳的車規級產品成熟度相對較高（應用于汽車領域成功率在 90%以上），其中，意法半導體的相關產品已成功應用于特斯拉車型上。在技術層面，相關廠商主要采用 DMOS 和 UMOS 兩種工藝。在市場層面，由于目前SiC 器件價格為傳統器件的 3~5 倍，甚至達到 10 倍，行業整體放量仍需時間。

　　車規級 SiC 功率器件將逐漸替代部分 IGBT，并成為電動車及充電設施的關鍵功率器件，汽車產業將成為 SiC 功率器件的主要應用領域之一。相對于 IGBT，SiC-MOSFET 有以下優點：可處理大功率電流且開關速度更高；功率模塊需要集成的其它元器件更少，可有效降低整體模塊成本；SiC-MOSFET關斷時不會引起尾電流，開關損耗較小。Yole 預測，2024 年全球 SiC 市場規模將達到 19.3 億美元，年復合增長率達 29%，其中，汽車行業的應用將占 49%的份額。

　　隨著電動化進程的不斷深入，汽車領域對 SiC 功率器件的需求不斷擴大，2025 年全球市場需求量達 17.78 億美元。Yole 預測，2025 年全球電動汽車用SiC 功率器件（包括主逆變器、OBC、DC/DC）的市場規模達 15.53 億美元，年復合增長率為 38%;充電樁用 SiC 功率器件的市場規模達 2.25 億美元，年復合增長率為 90%。電動化浪潮將持續推高市場對 SiC 功率器件的需求。

　　3.1.2 8 英寸晶圓是功率器件的主力，部分廠商布局 12 英寸

　　全球 8 英寸晶圓產能增長趨緩，12 英寸晶圓產能增長迅速。從 2017 年到2022 年，全球 8 英寸晶圓每月的產能增長率為 11%，但 2020 年之后 8 英寸晶圓廠數量已呈下降趨勢。盡管 MEMS 芯片、功率半導體、邏輯芯片等市場需求依然強烈，但 8 英寸晶圓所需設備市場供給有限，限制了產能釋放。在 12英寸晶圓方面，全球晶圓廠的數量將從 2019 年的 123 家快速增長至 2024 年的 161 家；與此同時，每月產能也將增加約 180 萬片，到 2024 年，每月總產能將突破 700 萬片，增長率高達 33%。

　　中高端功率器件主要采用 8 英寸晶圓，部分高端產品開始使用 12 英寸晶圓。數據顯示，MOSFET 及分立器件用 8 英寸晶圓份額已占 8 英寸晶圓全部產能的 40%，是 8 英寸晶圓最重要的應用領域之一。目前，晶閘管（TVS、TSS、可編程過壓保護集成電路等）和二極管（高阻斷電壓二極管、低壓降二極管、整流橋等）主要使用 4 英寸生產線；高端肖特基二極管和高壓 MOSFET主要使用 6 英寸生產線；IGBT、溝槽 MOSFET 和超結 MOSFET 等多使用 8英寸生產線；少部分高端 IGBT 已開始使用 12 英寸生產線。

　　半導體產品多采用 8 英寸晶圓進行生產，行業產能緊缺擠占汽車半導體產能份額，短期難以緩解的現狀倒逼汽車半導體產業優勝劣汰加劇。通常情況下，新建晶圓廠的建設周期至少需要 2 年，樂觀估計目前的緊缺行情至少將延續至明年初；若需求持續上升，緊缺行情將持續更長時間。在芯片長期緊缺的背景下，眾多技術及資源實力較弱的中小型芯片設計企業將面臨缺乏代工產能的困境，大部分芯片設計公司將面臨兼并重組的風險。同時，芯片生產成本的提高，將淘汰生產管理粗放、制造技術落后的部分廠商，優質廠商優勢凸顯。

　　// 3.2  設計端：小型化設計是功率器件的發展方向

　　功率半導體設計公司的工作內容包括從結構版圖到生產工藝、封裝測試等的全流程設計。傳統芯片設計公司的主要工作內容是單純的結構版圖設計，不涉及后端生產、封測等工藝層面的內容；而功率半導體設計公司的設計內容包括從器件版圖設計到制造設計、封裝設計和測試設計，即既包括器件結構版圖的設計，又包括生產工藝及流片方案、質量控制、封裝工藝及控制規范、測試方案及規范等全流程的設計。全流程的設計正是功率半導體設計公司與傳統芯片設計公司的最大區別，對設計人才能力的要求更加全面。

　　具有全流程設計實戰經驗的人才是功率器件廠商的核心競爭力。功率半導體的研發涉及微電子、材料學、物理學、機械、熱力學等學科，對相關人才的多學科融合能力要求高；由于功率半導體的整體性能與產品設計、生產、封測等環節均有密切關系，這就要求研發設計人員不僅具有較強的設計能力，還要對生產和封測等工藝有全方位的理解和掌握；同時，不同應用場景的產品在性能參數等方面存在較大差異，供應商需要具備定制化開發的能力，需要具有豐富的實戰經驗。由于核心技術長期被歐美等國際巨頭壟斷，目前國內在該領域內，既懂設計又懂工藝，且實戰經驗豐富的高素質人才短缺。

　　功率器件的仿真優化是功率器件設計的重要難點之一。由于功率器件產品對電流、電壓、頻率、抗沖擊能力、導通損耗等參數有較高的要求，而參數的設計需要經過大量的仿真和優化；功率器件的材料物理特性是功率器件性能的根本條件，穩定的材料屬性及材料之間的影響是分析器件作用效果的前提，因此，功率器件設計人員需要具備足夠的材料基礎知識及生產工藝基礎，并結合實驗測試數據，針對性地將特定材料參數賦值到相對應的器件物理模型中，才能展開真實可靠的仿真計算。

　　小型化是功率半導體未來的發展趨勢。為提高功率器件單位效率、提升電子產品相關性能、降低生產成本，功率器件小型化是必然趨勢。功率器件小型化可通過多種方式實現，主要包括通過簡化單元結構來減少芯片面積及降低芯片厚度，以縮小器件的整體體積；提高芯片可靠工作的溫度范圍，從而通過減少冷卻來減小功率模塊系統體積；提高芯片集成度，以壓縮功率模塊體積，進而降低汽車生產系統成本。

　　優化設計是實現功率器件小型化的必由之路。功率器件通過選擇新材料方案，提高功率器件頻率及耐壓能力，減少周邊電路的體積，降低功率器件重量；設計更優異的電路結構，實現高密度立體化器件排布設計，可以進一步縮短電荷運動路徑，降低電芯阻抗，縮小功率器件體積，節省系統成本；優化功率器件封裝設計及冷卻方案設計，用氣冷替代水冷來提高功率器件散熱效率，縮小功率器件封裝體積，實現系統小型化。

　　3.3 封裝端：車規級封裝技術圍繞標準化和小型化發展

　　依據封裝材料和連接方式不同，可將半導體封裝分為多種類型，其中，塑料及貼裝式封裝為主流封裝技術。對于半導體的封裝方式，按封裝材料不同，可分為金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝三種，其中，汽車電子主要采用塑料封裝；按連接方式不同，主要分為通孔式和貼裝式，汽車電子的適用環境相對較為惡劣，通孔式及貼裝式均有使用，但主流技術是貼裝式。

　　目前，全球主流半導體封裝技術處于面積陣列封裝階段的成熟期，并向堆疊式封裝階段發展。自 20 世紀 80 年代以來，半導體封裝技術經歷了插孔原件、表面貼裝、面積陣列封裝、堆疊式封裝等四個階段。現階段，第三代的面積陣列封裝技術發展較為成熟，與此同時，部分廠商正向第四代的堆疊封裝技術邁進并已實現小批量出貨。

　　汽車電子的多樣性決定了封裝要求的多樣性，車規級功率器件通過多種封裝形式來滿足市場需求。汽車半導體分布范圍廣泛，包括信息娛樂和遠程信息、攝像頭模塊、車身電子、安全系統、電氣化系統和 MEMS 及傳感器等六大板塊。根據工作環境及應用需求的不同，汽車電子封裝技術需要保持高可靠性和可擴展性，目前是一種非標準化的封裝。其中，車規級功率器件及功率模組可以選用 DPAK、HSON、SOP、LFPAK、CSP、PQFN、PSMC、SOD、TOLL、TO 等多種封裝類型。

　　以 Amkor 車規級功率器件及模塊封裝服務為例，可分為中壓、高壓及先進小型封裝三種：（1）中壓封裝類型：DPAK、HSON、PQFN、TSON 等；（2）高壓封裝類型：D2PAK、LFPAK、TO 等；（3）小型化封裝類型：CSP、PSMC、SOP、SOD、TOLL 等。

　　功率器件對熱流量密度、耐高溫、耐高壓、抗干擾等性能有較高要求，相比于 IC 芯片，封裝難度更大。相對于邏輯 IC，功率半導體器件的熱流量密度高出 1-2 個數量級，對封裝的要求更高。功率器件的工作溫度較高、工作電壓較大、開關頻率干擾較高的特點進一步提升了封裝難度。基于對自身特性、工作環境、市場需求等方面的考慮，功率器件在封裝技術上需實現以下目標：

　　（1）高可靠性。需要在高溫高壓的條件下有長時間的穩定使用壽命。

　　（2）高效率。需要將功率元器件整合封裝為應用較廣、集成度較高的功率模塊，同時需保持高電導率以降低寄生電阻、寄生電容、寄生電感等性能。

　　（3）低成本。需要保持較低的封裝成本來降低客戶終端系統成本，以提高市場競爭力。

　　相對于 Si 基半導體器件，SiC 等寬禁帶半導體器件對高溫、高壓、高頻率等方面的要求更高，未來寬禁帶半導體的封裝難度將進一步加大。

　　車規級產品對生命周期、損耗、散熱效率等性能的要求更高，提升了車規級功率器件的封裝難度。汽車電子是長生命周期產品，通常需要保證在 10年甚至以上的時間里保持穩定、安全運行。高質量的車規級功率器件封裝需要實現低導通電阻、低電感、高電流密度、優異的抗電磁干擾性、最大程度擴大源極和漏極的連接面積、消除產生損耗接口、降低器件貼片高度、提高散熱效率等性能；同時，還需要使用無鉛電鍍和無鹵素模塑化合物等綠色、耐高溫的先進材料。

　　汽車功率半導體封裝技術將沿標準化、小型化的方向發展。目前，半導體封裝行業相對分散，各廠商在界面材料、模具化合物及鍵合方式等方面存在很大差異，非標準化降低了封裝效率的同時也增加了成本，隨著材料及工藝的演進，汽車功率半導體封裝將走向標準化；基于對耐高溫、低熱膨脹系數及高熱導系數材料的突破，將過濾器、控制器及傳感器等組件進行更高水平的集成封裝成為可能。標準化和集成化有利于成本的降低和體積的減小，這對于成本控制極嚴、空間利用率極高的汽車行業是一大利好。

　　3.4 模式端：IDM 模式更適合汽車功率半導體產業

　　半導體廠商的經營模式主要有四種，即 IDM、Fabless、Foundry、Fablite。IDM 模式是集芯片設計、芯片制造、芯片封裝和測試等多個產業鏈環節于一身，有助于充分發掘技術潛力；Fabless 模式只負責芯片的電路設計與銷售，將生產、測試、封裝等環節外包，資產較輕，運營費用較低，初始投資規模小，適合初創公司；Foundry 模式只負責制造、封裝或測試的其中一個環節，不負責芯片設計，不承擔由于市場調研不準、產品設計缺陷等風險造成的損失。Fablite 模式介于 IDM 和 Fabless 之間，屬于輕晶圓廠模式，迫于工藝更新換代和維護成本的壓力，眾多 IDM 廠商已紛紛轉向該模式。

　　IDM 運營模式有利于提高車規級產品的整體性能。設計、制造、封裝、選材等環節均對功率模塊的性能有較大影響，除了設計過程外，封裝及制造過程中也需要平衡體積、功耗、熱管理、耐壓、抗沖擊等多個指標，且功率器件后道加工價值量占比達 35%以上，遠高于普通數字邏輯芯片的 10%。對于對系統整體性能要求極高的車規級產品而言，通過選材、設計及生產工藝等全流程的協同，更有利于提高產品的性能、降低開發成本，進而提升企業的產品競爭力，因此，IDM 模式更有利于車規級產品的開發，且極具優勢。

　　國外功率半導體廠商大多采用 IDM 模式，且有向 Fablite 模式轉型的趨勢。由于國外半導體產業發展較為成熟，且功率半導體多采用成熟制程及工藝，為了保持市場競爭優勢，國外功率半導體廠商大多采用 IDM 運營模式。但由于 IDM 模式投入巨大，為了緩解成本壓力，部分國外廠商已開始轉型到Fablite 這種輕晶圓廠模式，將部分產能外包。國內功率半導體產業起步較晚，相關企業的規模相對較小，大部分仍只有芯片設計業務，采用 Fabless 這種低低成本的運營模式。