2024年，功率半導體怎么走？

功率半導體，又稱電力電子器件或功率電子器件，是電子產業(yè)鏈中最核心的器件之一。中國作為全球最大的功率半導體消費國，貢獻了約40%的功率半導體市場。MOSFET和IGBT為功率半導體產品主力。

2023年，半導體正式步入下行周期。在下行的背景下，整個行業(yè)都面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。功率半導體在瑟瑟的寒風中，卻顯得與眾不同。本文中，我們將一起看看功率半導體的2023以及2024的變化情況。

01

MOSFET的2023

先來看看MOSFET的情況。MOSFET器件具有開關速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好等特點，廣泛應用于低中高壓的電路中，是覆蓋電壓范圍最廣，下游應用最多的功率器件之一。

今年，低、高壓MOSFET市場分化。從供應中，低壓MOSFET供貨情況緩解，低壓MOSFET的交付周期約為46周或更長時間；高壓MOSFET的交付周期為50周以上；中高壓汽車MOSFET的短缺問題一直持續(xù)到年底。

高、低壓MOSFET的整體貨期和價格趨勢略有不同，與下游需求結構性分化不無關系。低壓MOSFET大量應用于消費性電子中，中、高壓MOSFET則用于工業(yè)、通訊、電動車等產業(yè)，技術要求與產品需求有不斷提高的趨勢。從目前的市場來看，消費、部分工業(yè)類需求偏弱，汽車、光伏等新能源需求仍強勁。因此市場對低、高壓MOSFET的需求也不一致。

02

IGBT的2023

再來看看IGBT的情況。根據Yole預測，至2026年，全球IGBT市場規(guī)模將達到121億美元，2019年至2026年復合增長率達13.1%。中國是全球IGBT最大的消費市場，根據預測，至2026年，國內IGBT市場規(guī)模將達到35億美元。

自問世以來，IGBT不斷進行技術迭代，主要向著降低開關損耗和創(chuàng)建更薄的結構方向改善和發(fā)展。其在縱向結構、柵極結構以及硅片加工工藝方面不斷升級改進，共經歷了七次大型技術演變，各項指標在演變中不斷優(yōu)化。目前，IGBT芯片已經迭代至第七代精細溝槽柵場截止型IGBT，但考慮成本后，應用最廣泛的仍是IGBT第四代產品。

市場表現

3月份IGBT出現大缺貨，不僅價格漲翻天，業(yè)界更以“不是價格多高的問題，而是根本買不到”來形容缺貨盛況。之后特斯拉宣布要大砍SIC用量，IGBT更是成為了潛在方案?？梢哉f，今年全球IGBT持續(xù)緊缺。

導致IGBT缺貨、漲價的原因主要有四點：其一，需求旺盛，車用、工業(yè)應用所需IGBT用量大增；其二，供給不足，產能擴增緩慢；其三，風光儲需求旺盛帶動IGBT需求強勁；其四，特斯拉大砍75%碳化硅用量。

光伏方面，光伏逆變器是太陽能光伏系統(tǒng)的心臟，而IGBT是光伏逆變器的核心器件。從需求側看，2023年光伏產業(yè)還在持續(xù)發(fā)展，今年前三季度，全球光伏市場的增長速度都超過了多數行業(yè)分析師的預期。根據中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數據，2023年全球將新增280-330GW，其中中國裝機量有望達95-120GW，繼續(xù)保持快速增長勢頭。

來源：中國光伏行業(yè)協(xié)會

IGBT作為光伏逆變器的核心元器件，一定會受到這一市場發(fā)展的直接帶動。光伏儲能用IGBT模塊尤其是大功率模塊、大電流單管等產品，非常緊俏。由于國內廠商暫時只導入了IGBT單管，在模塊方面還沒有太多份額，基本由海外巨頭主導，英飛凌和安森美占據了全球光伏IGBT 80%以上的份額。

不過，今年國內廠商也有所動作，士蘭微在三季度財報交流會上表示，已經在用新一代IGBT產品去爭取光伏市場更多的份額，已經有很好的方案，預計2024上半年會有突破性進展。新潔凈能在光伏領域增速很快，在光伏儲能領域，公司的IGBT產品已經大量供應國內80%以上的TOP10企業(yè)。從上年財報來看，新潔能的新品大電流IGBT單管逐漸上量，IGBT模塊產品在客戶端的驗證順利推進，更大功率的IGBT模塊產品亦在有序開發(fā)中。

汽車方面，IGBT與動力電池電芯并稱為電動車“雙芯”，是影響電動汽車性能的關鍵元器件。電動汽車所使用的IGBT數量高達上百顆，是傳統(tǒng)燃油車的7~10倍。其成本占整車成本的7%~10%。

中國汽車產業(yè)持續(xù)狂飆。據中汽協(xié)數據顯示，2023年1-11月，中國汽車產銷分別完成2711.1萬輛和2693.8萬輛，同比分別增長10%和10.8%。其此前預計，2023年我國汽車總銷量為3000萬輛左右。

今年，車規(guī)級IGBT年內的訂單基本都被鎖定，供不應求極為嚴重。作為IGBT全球龍頭，英飛凌目前積壓的汽車訂單為290億歐元，是汽車行業(yè)預期收入的2倍。時代電氣在與機構交流中直言，從市場的訂單狀況來看，目前IGBT的需求很旺盛，很多重要客戶選擇簽了3年的長約（2024-2026年）。宏微科技在接受機構調研時表示，公司在電動汽車主驅IGBT模塊產品上形成了批量化供應，主要出貨給整車和Tier1客戶，汽車端訂單飽滿。

IGBT的現貨與交期

再來看看今年IGBT的現貨和交期情況。從庫存周轉天數來看，自2022年Q4開始，頭部IGBT廠商的庫存天數始終在升，這個趨勢從年頭一直持續(xù)到年尾。

具體來看，去年四季度，英飛凌、意法半導體、安森美的IGBT存貨周轉天數分別為117天、97天、127天；到了今年三季度升至143、110、152天。國內市場方面，整體的庫存有所波動，但大趨勢和國際大廠相差不大。不過，隨著連續(xù)2個季度的庫存管控，相關廠商的庫存整體和Q1相比，已經有了明顯的下降。

從訂單、交期和價格來看，頭部IGBT大廠整體狀態(tài)全年處于飽滿。相較于2022年英飛凌超負荷接單，排期超過一看年；安森美一季度全年產能售罄的狀態(tài)，今年交期基本持續(xù)在39-50周左右。但是風光儲IGBT等部分緊缺料交期還在52周以上。

03

SIC的2023

SIC一直被歸類于第三代半導體中，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優(yōu)勢，更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

自從特斯拉大規(guī)模使用碳化硅模組以來，國內外眾多車企跟進上車。從應用情況來看，SiC功率半導體首先在高性能車型中取得應用。國內如比亞迪漢EV、蔚來ET7、小鵬G9、吉利Smart精靈#1等量產車型均有搭載碳化硅器件。

不過，SIC器件的成本不便宜。安森美的數據顯示，在650V產品上，SiC MOSFET的原廠報價，是硅基IGBT的3.2倍。在1200V產品上，硅基器件的原廠報價為后者的2.2倍。這也就是3月份，特斯拉宣布下一代電動車將削減75%的SiC(碳化硅)用量的原因。

實際上，碳化硅產業(yè)能否實現實質性突破，其根本在于性價比能否優(yōu)于IGBT。芯聯集成趙奇表示：“只有當碳化硅器件的成本達到對應IGBT器件成本的2.5倍以下時，才是碳化硅器件大批量進入商業(yè)化應用的時代。”隨著SiC器件的工藝升級，成本進一步下降后，將逐步滲透到B級車和部分A級轎車。

不管怎么說，SIC還是引起了諸多大廠的興趣，意法半導體甚至因此賺得盆滿缽滿。意法半導體從2017年開始量產碳化硅器件，已應用于特斯拉、華為、現代、雷諾、寶馬、小鵬、比亞迪、 Rivian、吉利、長城汽車等多個Tier1廠商和汽車制造商產品中。據統(tǒng)計，目前全球已搭載意法半導體的碳化硅產品的量產乘用車已經超 300 萬輛，車規(guī)級碳化硅出貨量已經突破一億。

今年的2023碳化硅器件可以說是擴產之年。博世、意法半導體、英飛凌等都與中國企業(yè)簽訂碳化硅合約。

今年5月，天岳先進、天科合達兩大廠商均在其官微宣布，與國際半導體大廠英飛凌簽訂了供貨協(xié)議。根據協(xié)議，天科合達和天岳先進將為英飛凌供應用于生產SiC半導體的6英寸（150mm）碳化硅晶圓和晶錠，兩家企業(yè)的供應量均將占到英飛凌未來長期預測需求的兩位數份額。未來也將提供200mm直徑碳化硅材料，助力英飛凌向200mm直徑晶圓的過渡。

今年6月，意法半導體在官網宣布，將同三安光電在中國重慶建立一個新的8英寸碳化硅器件合資制造廠。新的SiC制造廠計劃于2025年第四季度開始生產，預計將于2028年全面落成，屆時將更好地支持中國的汽車電氣化、工業(yè)電力和能源等應用日益增長的需求。同時，三安光電將利用自有SiC襯底工藝，單獨建造和運營一個新的8英寸SiC襯底制造廠，以滿足該合資廠的襯底需求。

04

功率半導體的2024

IGBT供不應求，中國大陸是擴產主力

IGBT產能緊缺下，不少企業(yè)都選擇擴產。一條新的芯片產線從開始建設到最后投產需要3年時間，長于大部分科技產品的擴產周期。

大部分6英寸、8英寸的晶圓廠折舊，由于成本效益問題，很少有6英寸、8英寸晶圓廠會擴大IGBT的產能。

不過有部分12英寸的晶圓廠已經開始生產IGBT，比如電裝和聯電子公司聯合半導體日本有限公司（USJC）合作，今年正式進入量產。據介紹，新一代IGBT，與早期元件相比，新一代IGBT可減少20%的功率耗損。預計到2025年，兩家合作的IGBT每月產量將達到10,000片晶圓。還有英飛凌、安森美在12英寸晶圓廠 IGBT生產上有所進展。2023年，英飛凌的IGBT擴產選在了中國。11月，英飛凌決定擴大其無錫工廠的IGBT模塊生產線。無錫工廠擴產后，將成為英飛凌最大的IGBT生產基地之一。

在龐大市場需求帶動下，新潔能、宏微科技、士蘭微、斯達半導、時代電氣等本土IGBT企業(yè)出貨量大增，同時不斷迭代新產品。

士蘭集昕公司“年產36萬片12英寸芯片生產線項目”已有部分設備到廠并投入生產，并且加快轉12吋產線量產的進度；士蘭集科加快車規(guī)級IGBT芯片、超結MOSFET、高性能低壓分離柵MOSFET芯片的產出和上量，已具備月產2萬片IGBT芯片的生產能力。

捷捷微電宣布對全資子公司捷捷半導體有限公司投建的“功率半導體6英寸晶圓及器件封測生產線建設項目”增加投資，由最初的5.1億元上調至8.1億元。

中芯集成在今年6月表示，將發(fā)力高端功率半導體代工市場。中芯集成已經建成了國內最大車規(guī)級IGBT制造基地，預計IGBT產能在今年底前超過12萬片/月。

低、高壓MOSFET將進一步分化

未來低、高壓MOSFET市場或將進一步分化。中低MOSFET技術相對成熟，市場準入門檻較低。伴隨著終端市場的快速發(fā)展，下游需求的激增將不斷推動更多廠家涌入中低壓MOSFET領域，市場競爭愈發(fā)激烈，最終出現產品拼價局面，導致利潤空間受擠壓。

反觀高壓MOSFET市場則有望持續(xù)增長。據Omdia統(tǒng)計，2020年度全球/中國高壓超級結MOSFET產品的市場規(guī)模為9.4/4.2億美元，并將于2024年達到10/4.4億美元。伴隨下游高壓領域需求增長，高壓MOSFET將迎市場份額提升。根據Yole數據，汽車將成為MOSFET最大增量市場，至2026年占MOSFET市場份額有望超30%，從而帶動高壓MOSFET市場增長。其中電動汽車和充電樁分別占比25%和8%。

SiC，加快上車

在已上市車型中，800V快充技術大多只“標配”在高版本車型上，而入門或主打銷量的中低版本車型依然沿用400V電池包。但今年，多款搭載800V平臺的車型發(fā)布，包括哪吒S、小米MS11、智己LS6、阿維塔12、理想MEGA、極星5。

因此隨著800V平臺的車型發(fā)布，碳化硅會迎來更大的需求。明年SIC將加快上車，隨著工廠的進一步擴產和建設，SIC的產能將日益充足。

前文提到的天岳先進、天科合達、三安光電等公司均斥資提高碳化硅晶圓/襯底產能，目前這些中國企業(yè)每月的總產能約為6萬片。隨著各公司產能釋放，預計2024年月產能將達到12萬片，年產能150萬。業(yè)界樂觀預計，2024年中國碳化硅晶圓在全球的占比有望達到50%。