功率半導體，不相信下行周期

日前，半導體市場研究機構IC insights公佈的數據顯示，2022年全球功率半導體的銷售額預計將同比增長11%，達到245億美元，實現連續第六年的增長，達到創紀錄的歷史最高水平。

IC insights表示，功率半導體銷售額的持續增長，主要是因為這一細分市場產品的平均銷售價格（ASP）達到了近十多年來的最高漲幅，功率半導體的平均銷售價格在2021年同比增長了8%，預計2022年將同比增長11%，這是自2010年從2007-2008年金融危機引發的經濟衰退中復甦以來的最高增長率。

預計至2026年，功率半導體市場年銷售額將穩步增長，達到289億美元，複合年增長率（CAGR）為5.5%。

相比之下，當前半導體下行周期的冷風吹向了行業的方方面面。

臺積電不久前聲稱，預計2023年芯片需求將面臨一個下滑周期。同時，有半導體行業風向標之稱的存儲芯片，在2022年上半年開始就在不斷下滑。據TrendForce集邦諮詢研究顯示，四季度DRAM價格跌幅將擴大至13-18%。

鑑於此，美光表示：「我們大幅削減了資本支出，現在預計2023財年的資本支出將在80億美元左右，同比下降逾30%。」美光準備利用庫存而非增產以滿足訂單需求，並將減少對新廠和設備的支出。

近日，AMD和三星也紛紛發佈今年三季度預測業績，兩家大廠深受消費市場疲軟影響，AMD預測今年三季度比之前的預測降低約11億美元；三星Q3營業利潤則同比大降31.7%，為近三年來首次下滑。由於三星電子主力產品DRAM價格進一步下跌，業界預測三星電子第四季度前景也並不樂觀。

不難看出，在高通脹影響下，衝擊消費類電子產品需求，致使消費類芯片、存儲芯片等價格不斷下跌、訂單鋭減。

緊接着晶圓代工持續吹着降價風，半導體市場進入去庫存調整期，晶圓代工成熟製程報價也持續下跌。根據半導體行業周期規律來看，市場預期這波庫存修正將延續到2023年。

半導體行業協會（SIA）統計：「近幾個月來，全球半導體銷售增長停滯不前，8月份的月度銷售額環比下降幅度為2019年2月以來的最大百分比」。

相比之下，功率半導體及第三代半導體市場卻頻頻傳來擴廠、擴建、加大投資的消息，這股持續的「暖流」好像沒有被「寒氣」擊退，反而愈演愈烈。

功率半導體的「底氣」

功率半導體器件（Power Electronic Device）又稱為電力電子器件和功率電子器件，是指可直接用於處理電能的主電路中，實現電路變換和控制的核心電子器件，其作用主要分為功率轉換、功率放大、功率開關、線路保護和整流等。

從產品形態分類，功率半導體大致可分為分立器件（Power Discrete）(包括功率模塊)和功率 IC兩大類。

據Omdia統計數據，2017-2021年功率半導體領域中功率芯片佔比超過50%，是功率半導體領域的主要細分產品，其次為功率半導體分立器件，2021年全球功率芯片和功率半導體分立器件產品佔比分別為55.78%和32.03%。預計到2024年，功率半導體全球市場規模將達到538億美元，市場前景廣闊。

功率半導體行業「逆風」而起，緣起何處？

汽車功率半導體的增量時代

功率半導體發揮電能轉換的作用，是新能源車最重要的芯片部件之一。

新能源汽車銷量走勢圖

（圖源：馭勢資本）

隨着新能源汽車井噴式上量，功率半導體的價值量和市場規模隨之快速提升。

根據Strategy Analytics的統計數據，2019年傳統燃油車中功率半導體的價值量僅為71美元，價值量較低；而混合動力汽車中功率半導體的價值量提升至425美元，是傳統燃油車的6倍；純電動汽車中的功率半導體價值量提升至387美元，是傳統燃油車的5.5倍。

在全球功率分立器件的下游需求中，汽車市場佔比最高，達到35%左右。以MOSFET為代表的中低壓分立器件廣泛應用於汽車的電動天窗、雨刮器、安全氣囊、后視鏡等領域，電動汽車的車載充電機（OBC）、DC-DC轉換器對於MOSFET的需求進一步增加。

另外，汽車車燈轉為LED大燈以后，MOSFET的需求量從原來每個車燈需要1顆增加至18顆，很多造車新勢力熱衷的車頂和側邊漸變玻璃對於MOSFET的需求也在增長。

從全球競爭格局來看，MOSFET市場基本被歐美日企業壟斷，英飛凌以24.6%的市佔率位居第一，CR5約59.8%，安世半導體和華潤微電子分別以4.1%和3%的市佔率位列第八和第九。

今年中旬，全球功率半導體的巨頭英飛凌稱由於市場供需平衡及上游材料漲價，暗示將漲價。基於英飛凌在MOSFET領域的龍頭地位，其漲價預警或對整個行業有重要意義。

據英飛淩統計數據，傳統燃油乘用車單車半導體價值量約500美元，功率半導體價值量約佔20%，即約100美元，然而純電、插混新能源汽車單車半導體價值量則陡增至約1000美元，在價值增量中，用於實現開關、整流基礎功能的功率半導體佔據絕大部分份額。

雖然當前以手機、PC為代表的消費電子市場需求疲軟給功率半導體帶來一定影響，但汽車領域的應用增量成為支撐其市場空間和走勢的關鍵因素，力保功率半導體「逆勢而上」。

IGBT方興未艾

再往細看，相較於MOSFET，IGBT適用於較低開關頻率和大電流的應用。

IGBT功率半導體是眾多電力電子應用的關鍵，具有導通電阻小、開關速度快、工作頻率高等特點，可以在各種電路中提高功率轉換、傳送和控制的效率，實現節約能源、提高工業控制水平的目的。

依據電壓等級不同，IGBT可劃分爲低壓、中壓和高壓IGBT，分別廣泛應用於消費電子、新能源汽車、新能源發電、軌交以及電網等領域。600V以下的低壓IGBT主要應用於消費電子領域，600V-1200V的中壓IGBT主要應用於新能源車、光伏、家電、工業領域，1700V以上的超高壓IGBT主要應用於軌交、風電、智能電網領域。

據華經產業研究院，新能源車IGBT在2020年就已成為中國IGBT第一大應用領域，佔比約 30%。此外，工業控制、消費電子與新能源發電市場分別佔比27%、22%、11%，為中國新能源汽車外前三大應用領域。

Yole預計，在新能源車逐漸普及的推動趨勢下，在2020年至2026年間，IGBT的複合年增長率為7.5%，屆時將達到84億美元。可見，汽車成為驅動IGBT需求的主要動力。據比亞迪半導招股書，汽車電動化、智能化推動車規級IGBT成為增長最快的細分領域，遠超行業平均增速。

從市場供需情況來看，英飛凌表示，包括尚未確認的訂單在內，2022年1-3月積壓的訂單金額從去年四季度的310億歐元增長了19.4%至370億歐元，這些訂單當中超過五成是汽車相關產品，75%的訂單在未來12個月內才能交貨，積壓訂單顯然遠超出英飛凌的交付能力。

天風證券近日在對國內25家IGBT企業的調查顯示，在車規領域，55%的企業訂單完成率不足75%；在光伏領域，65%的廠商訂單完成率不足75%。IGBT行業內普遍存在訂單積壓問題，現有產能仍無法滿足市場整體需求。

在此行業現狀下，各公司競相佈局，產能逐漸成為功率半導體搶灘市場的關鍵點。

富士通半導體業務前負責人Masao Taguchi表示，隨着電動汽車的大規模起量，功率半導體可能會變得更加標準化，從而使能夠擴大生產規模的公司主導市場。

對此，IGBT頭部企業相繼宣佈投建新產能，以應對訂單積壓，而訂單飽滿也反映在國內IGBT公司上半年業績中，已披露業績預告的IGBT公司盈利均大幅增長。其中，功率半導體海外頭部廠商（英飛凌、安森美、ST、三菱電機、富士電機）Q2季度營收同比平均增速達21.67%，較一季度19.14%的增速出現進一步加速。

據IHS統計數據，中高端產品生產廠商主要集中在歐洲、美國和日本地區。其中英飛凌無論在MOSFET、IGBT器件還是IGBT模塊上，都是市佔率排名第一，2020年其市場份額佔比達到19.7%。據初步統計，2021年英飛凌市場份額超20%。

不過，供應格局在本輪缺芯潮中悄然改變。全球芯片產業鏈陷入短缺，上述大廠產能有限，而且價格高昂，於是國產公司一把被推上了檯面，技術好、價格低、定義準、迭代快的企業更受歡迎。國內百舸爭流，國產IGBT替代加速。

國產車載IGBT拐點已至，市佔率正在快速上升。據統計，2022年一季度國內出貨量前五的功率器件供應商中，已經有三家中國本土企業入列，分別為斯達半導、比亞迪半導體、時代電氣，三家合計裝機量佔比約40%。

比亞迪半導體具備產業下游的支持，隨着比亞迪新能源車的銷量增長，比亞迪半導體的IGBT高速發展；斯達半導生產的應用於主電機控制器的車規級IGBT 模塊持續放量，2021年合計配套超過60萬輛新能源汽車；時代電氣具備高壓IGBT的豐富經驗，並且擁有中車集團的下游支持，2022年新能源車IGBT預計年內交付的在手訂單70萬台。

9月22日，時代電氣公告稱對外投資中低壓功率器件建設項目，子公司中車時代半導體獲得法雷奧集團某電驅動系統項目定點，成為其IGBT模塊供應商。除此之外，9月23日，時代電氣再次擴產，擬投資111.19億元投資兩個中低壓功率器件項目，年三期規劃產能合計爲二期產能3倍。

此外，還有士蘭微、華潤微、江蘇宏微科技等一批有代表性的國內功率半導體企業發展迅速。可見，在近年來產業國產化進程顯著加速的趨勢下，本土功率廠商正在快速佈局。

第三代半導體「蜂擁而至」

除了硅基功率半導體，當前第三代半導體市場正煥發着別樣生機。尤其是在后摩爾定律時代，第三代半導體的出現彷彿是賭桌上潛力無限的新賭注。

與硅相比，以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體具有高效率、低能耗、散熱快等特性，當用於半導體器件中時，第三代半導體器件可以提供高耐壓、高速開關和低導通電阻。鑑於該特性，其將成為有助於降低能耗和縮小系統尺寸的下一代低損耗器件。

據TrendForce指出，目前，第三代半導體已經成為高性能器件廠商的最佳選擇，且SiC、GaN作為第三代半導體的代表材料，已經在電動汽車、充電樁和基站功放場景中率先得到應用。

根據Yole的數據，2021年全球碳化硅功率器件市場規模為10.90億美元，其中應用於汽車市場的碳化硅功率器件市場規模為6.85億美元，佔比約為63%；其次分別是能源、工業等領域，2021 年市場規模分別為 1.54 億、1.26 億美元，佔比分別為 14.1%、11.6%。

汽車是碳化硅功率器件最大的下游應用市場，主要用於主驅逆變器、車載充電系統(OBC)、電源轉換系統和非車載充電樁。全球碳化硅領域龍頭廠商Wolfspeed公司預測，到2026年汽車中逆變器所佔據的碳化硅價值量約為83%，是電動汽車中價值量最大的部分。其次為OBC，價值量佔比約為15%；DC-DC轉換器中SiC價值量佔比在2%左右。

特斯拉和比亞迪在其電機控制器的逆變器中已經採用了SiC MOSFET的芯片作為核心的功率器件。豐田、大眾、本田、寶馬、奧迪等汽車企業也都將SiC功率器件作為未來新能源汽車電機驅動系統的首選解決方案。此外，電動汽車充電樁也是SiC器件的一大應用領域。

據TrendForce研究，為進一步提升電動汽車動力性能，全球各大車企已將目光鎖定在碳化硅功率元件，並陸續推出了多款搭載相應產品的高性能車型。隨着越來越多車企開始在電驅系統中導入碳化硅技術，預計2026年車用碳化硅功率元件市場規模將達到39.4億美元。

隨着越來越多新能源車型採用碳化硅器件，碳化硅對傳統車用硅基IGBT的替代已經逐漸展開。需求高漲之下，給第三代半導體廠商帶來巨大利益的同時，也在加劇賽道玩家的佈局力度。

在此前文章《SiC/GaN，海外巨頭瘋狂擴產！》中，筆者梳理了英飛凌、安森美、羅姆、意法半導體、瑞薩電子、東芝等國外廠商的規劃佈局，釋放出強化競爭優勢以搶奪日漸增長的市場份額的信號。以及，如今處於汽車領域的SiC應用的關鍵市場窗口期，上下游企業紛紛開始擴充、綁定產能，以應對未來的市場爆發。

第三代半導體戰略意義重大，世界各個國家和地區均在努力推進發展工作。歐洲的SPEED計劃、MANGA計劃，美國的SWITCHES計劃、NEXT計劃，日本的新一代功率電子項目都是意在通過政府資助和企業加強投資的方式推動新一代化合物半導體落地的計劃，背后都具有明顯的戰略意圖。

可見，行業巨頭爭相擴產和投資，第三代半導體在內的功率半導體正在成為新的競爭高地。不僅僅是擴產，對優質標的的併購也成為巨頭廠商之間的主旋律。其中，ASM收購LPE的所有流通股；安森美對GT Advanced Technologies、Qorvo對UnitedSiC的併購均已完成。

TrendForce強調，隨着碳化硅材料技術和市場不斷取得突破，以及芯片結構及模組封裝工藝趨於成熟，SiC功率元件於車用市場滲透率持續攀升，並由目前的高階車型應用逐步延伸至中、低階車型中，從而加速汽車電動化進程。隨着越來越多車廠開始在電驅系統中導入SiC技術，市場規模將呈現每2年翻1倍的急速成長態勢。

拋開如火如荼的擴產投資，第三代半導體產業格局逐漸迎來空前重構和變化，產業鏈佈局正在加速。

第三代半導體的優勢給諸多供應鏈廠商帶來了極大的吸引力，不僅臺積電、聯電、世界先進等在內的各大代工廠陸續加入，硅晶圓企業環球晶也開始佈局SiC晶片。

面對差距以及行業巨頭的大舉進攻，本土芯片供應商應該以技術創新為驅動，更加註重推動第三代半導體功率器件的研發和應用，同時聚焦下游市場，通過綁定家電龍頭，聯手新能源汽車企業，加速科研成果轉化和技術應用落地。

國內SiC供應商中，比亞迪半導體實現了SiC三相全橋模塊在新能源汽車電機驅動控制器中大批量裝車。天岳先進、士蘭微、派恩傑、晶盛機電、芯導科技、露笑科技等國內廠商也相繼跟進。

同時，整車廠也在積極發力第三代功率半導體，2022年，國內造車新勢力蔚來ET7、小鵬G9均採用了碳化硅器件，理想汽車的功率半導體項目生產基地近日也落户蘇州，由理想汽車與三安光電共同出資組建蘇州斯科半導體公司，主要專注於第三代半導體碳化硅車規芯片模組的研發及生產。國內車廠的SiC MOSFET滲透率有望加速提升，隨着搭載高功率電機的新能源車銷量增長，車載SiC MOSFET需求將持續增長。

不僅如此，在國家政策和資金支持下，各地方政府掀起了第三代半導體投資熱潮，目前已初步形成了京津冀魯、長三角、珠三角、閩三角、中西部等五大重點發展區域，北京、深圳、濟南、保定等多個城市都有深入佈局，政府也「置身事內」，打造覆蓋襯底、外延、芯片及器件、模組、封裝檢測以及設備和材料研發的第三代半導體全產業鏈生態。

雖然目前國內的第三代半導體產業在襯底材料、外延、設計製造等各個環節，均有對標海外巨頭的企業。但中國第三代半導體在技術成熟度、穩定量產能力、產業鏈配套等方面與海外還存在較大差距，例如電動汽車主驅、特高壓電網用碳化硅功率器件現階段完全依賴進口，另外5G基站用的氮化鎵射頻器件仍缺少穩定可靠的產品供貨能力。

另外，我國的第三代半導體材料上面還存在短板。例如對材料研究方面，不如美日歐，行業高端產品應用不足，難以形成產業循環。同時還存在無序競爭嚴重的問題。

近年來，第三代半導體在多個領域嶄露頭角。以碳化硅、氮化鎵為主的第三代化合物半導體已然成為產業端和投資界的寵兒。

綜合來看，各類型的半導體有其適合應用之處，未來不論是硅基的IGBT、MOSFET或是以SiC為基底的IGBT、MOSFET，都會根據所需效能及材料特性，找到適合的應用場域。

從全球擴產情況來看，國外供應商擴產項目以12英寸功率半導體產線，以及6英寸、8英寸碳化硅產線為主。產能釋放時間在2023年之后，因此短期內，全球功率半導體仍將呈現供需緊張的局面。

國內功率半導體供應商中，華潤微、士蘭微、聞泰科技、燕東微電子均有12英寸線的在建產能。華潤微、士蘭微、斯達半導、時代電氣等正在建設、規劃碳化硅6至8英寸的產線。比亞迪、上汽、蔚小理等主機廠也在積極佈局IGBT和碳化硅模塊、芯片產線。

對本土功率半導體企業而言，想要保住乃至攫取更多「勝利果實」，需要在產能這一單一維度的比拼之外，拓展更豐富的競爭工具。另外，如何把握住此輪第三代半導體市場機遇，把握從6英寸向8英寸過渡的技術趨勢，對於國產碳化硅企業來説也至關重要。

寫在最后

站在今天的時間節點回顧，「天時地利」交織，為本土功率半導體行業打開了前所未有的市場空間。

本土功率半導體行業之所以發展迅速，與其他半導體大類賽道有着共通驅動因素，即國產替代與芯片短缺。

2020年以來的「芯片荒」中，海外老牌原廠面對突然爆發的超額訂單，不得不將產能優先用於保障核心大客户，分銷渠道流通價格也隨之飆升，甚至出現「有價無市」的情況，如果説此前國內外政策的「推」和「拉」確立了國產替代進程，使扶持本土廠商發展成為產業鏈共識，那麼現實的芯片短缺，則使下游中小用户，特別是技術、標準壁壘較低的消費類細分市場用户「不得不」大批量換用國產器件，從而大大加速了這一進程。

除了共性因素之外，對功率半導體而言，上文提到的諸多要素，新能源汽車增量市場、IGBT方興未艾、第三代半導體迅猛發展之勢等，都給功率半導體器件帶來了巨大的增量需求。

長期來看，下游的供需關係將會沿着產業鏈向上遊市場傳導。這或許也是如今半導體下行周期肆虐，大部分細分市場需求疲軟，功率半導體仍舊「逆勢而上」的原因所在。