挖呀挖，中国功率半导体发展潜力乍现

来源:半导体产业纵横发布时间:2023-07-28663浏览

当下，与火热的天气相比，全球电子半导体业一片肃杀之气，各种电子产品、IT设备和工商业应用系统需求疲软，导致对上游的芯片元器件需求整体低迷。目前来看，这种状况会持续到年底，在这个过程中，可能会有所回暖，但难以恢复到正增长局面。不过，在整体低迷的大环境下，依然有少数几个芯片细分领域呈现出供不应求的状态，典型代表就是用于高性能计算的AI芯片，显示面板驱动IC，以及功率半导体（包括功率分立器件和电源管理IC）。本文主要介绍功率半导体的市场状况。相对于芯片业整体表现，功率半导体市场要乐观很多，当然，这一市场也涉及到很多品类的产品，不同类型市场的表现也会有所差异。下面就从功率半导体（以功率器件为主）产品的需求端、供给端，以及先进工艺技术等方面介绍一下其市场情况。

01需求端有差异在功率器件应用市场，主要分为两大类：一是以新能源汽车和工业控制为代表的高功率应用场景；二是以消费类电子产品为代表的中低端应用市场。高功率应用方面，典型代表是大电流IGBT，以及SiC MOSFET，这也是重点市场，之所以说功率半导体相对于整体芯片元器件市场行情要好，主要也是体现在这些器件上，而以消费类电子产品为主要应用场景的二极管、三极管和中低端MOSFET，市场应用状况也不好。
显然，汽车和工业应用发展潜力更大，而消费类应用增长空间有限，再加上目前消费类电子产品市场低迷，人们把希望都寄托在汽车和工业应用上了。结合Omdia和Yole的统计数据，2025年，汽车和工控将成为功率器件最主要的应用市场，占比将达到41%和30%，预计2025年全球汽车功率器件市场将增至142亿美元，2021-2025 年复合增长率约为18%，工业控制市场规模将增至107亿美元，这期间的年复合增长率为 13%。另外，新能源发电市场将增至20亿美元(占6%)，年复合增长率达13%，电网市场将增至8亿美元(占2%)，年复合增长率达19%.。当下，人们讨论最多的是新能源汽车应用对功率器件市场发展的作用，实际上，未来工业对功率半导体产品的需求量也很可观。据英飞凌公司预测，到2040年，工业电机系统中电机耗电量将占整个系统的60%，全球工业用高压电机变频器（>1kV）市占率为9%，中低压的（<1kV）市占率达到91%，其中约三分之二为通用型产品，包括风机、泵类和空气压缩机，以及升降、起重电机和船舶驱动等，约三分之一为伺服驱动，包括协作机器人、物流机器人等，以协作机器人为例，其单机半导体价值量达到350欧元，其中功率器件约200欧元。随着光伏、风电和储能等新型直流装备陆续接入配电网络，配电网的整体架构发生明显变化，电能以直流或交流的形式转化，比以前更加复杂了，每次电能变换都需要用到功率器件。据英飞凌统计，光伏、风电与储能用到的逆变器等配电设备单位MW的功率器件价值量分别在2000-3500、2000-5000、2500-3500欧元左右。此外，由于配电网络遭受的扰动类型会增加，电网中将会用到越来越多的中高压大容量AC-DC换流器、DC-DC直流变压器，以及直流断路器等装置，对应的IGBT等中高压功率器件用量将大幅增加。以上主要介绍了以汽车和工业应用为主导的中高端功率器件市场，这部分处于增长态势，也是在不利大环境下撑起一片天的关键所在，而以消费类为主要应用市场的中低端功率半导体行情则不好，这些在国际大厂的财报中也有体现。例如，功率器件大厂英飞凌、ST（意法半导体）和Wolfspeed持续布局汽车和工业市场，2023年第一季度营收表现都不错，英飞凌同比增长24.9%，ST同比增长19.8%，Wolfspeed同比增长22%，其中，SiC衬底大厂Wolfspeed表示，射频市场需求持续疲软（该部分以中低端功率器件为主），而热泵和电动汽车车载充电器等应用需求强劲，该公司的营收表现很有代表性，体现出了当下市场不同版块的涨跌情况。

02供给端跟进由于功率半导体整体市场行情朝上，近些年，相关晶圆厂产能一直在进行扩展，无论是IDM，还是晶圆代工厂，都非常看重这一潜力巨大的市场。最近，Knometa发布了2023年全球晶圆产能报告，据统计，截至2022年底，全球共有167座12英寸晶圆厂，虽然半导体市场持续低迷，但2023年全球仍将有13座新建的12英寸晶圆厂上线，预计2024年将有15座，2025年将有17座开始生产。在所有这些新建的12英寸晶圆厂中，有越来越多的产线用于生产非IC类的分立器件，特别是功率器件。与IC的尺寸相比，功率器件普遍偏小，但凭借市场巨大的需求量，用12英寸晶圆生产功率器件具有越来越高的成本效益，很多厂商都在朝这个方向发展。

图1

从图1可以看出，在2023年开业的13座12英寸晶圆厂中，有6座是以生产功率器件为主的，而在其它7家晶圆代工厂中，也有很多会重点关注功率器件的代工业务，如格芯（GF）的Fab 7H，GTA的Fab 6，以及Powerchip的Fab P5。

03中国功率半导体的机遇目前，全球功率器件市场仍被国际大厂把持着，英飞凌、安森美、ST等厂商在原有基础上，都在紧跟市场需求的变化，在新产品研发和晶圆厂建设方面不遗余力。与此同时，中国大陆相关企业也在争取缩小与国际巨头之间的差距。目前来看，中国功率器件产业发展仍处于早期阶段，IGBT、超结MOSFET等中高端器件国产化率仍较低。近两年，在行业缺货、新能源汽车快速发展，以及国际贸易环境变化等多种因素作用下，汽车、光伏等新能源应用为中国本土功率半导体厂商提供了更多产品验证机会，使得国产化率快速提升。不过，工控、光伏等高技术门槛领域的国产化率仍较低。下面看一下IGBT市场，据统计，2022年全球IGBT市场规模约为76亿美元，同比增长19%，预计2023年全球IGBT市场规模有望达到86.2亿美元。2022年，中国大陆IGBT市场总规模达到321.9亿元RMB，国产化率达到30%-35%，其中，车规级IGBT厂商国内市占率已从2021年的32%提升至45-50%。预计2025年中国大陆IGBT市场总规模将达到468.1亿元，2022-2025年复合增长率为13.3%。车用IGBT市场份额占比在2022年已经超过工控，达到39.7%，成为IGBT最大应用市场，预计到2025年市场份额将进一步增长至50%。未来几年，风、光储能用IGBT需求增速有望超过汽车，2025年将升至9.6%。厂商方面，2022年中国本土车规级IGBT厂国内市占率大幅提升，比亚迪半导体、斯达半导体、时代电气市占率居前三，士兰微、华润微、宏微科技等企业均已实现批量出货。在风、光储能市场，大部分主流光伏逆变器用IGBT供应商仍以国外大厂为主，据中国光伏行业协会统计，2022年，中国光伏IGBT国产化率约为10%，不过，新洁能、宏微科技、扬杰科技、华微电子等厂商的光伏IGBT都已实现批量出货，增长势头明显。近一段时间，中国本土功率半导体企业也在加强与国际大厂的合作，例如，ST与三安光电在重庆成立了价值32亿美元的合资企业，将建立一个新的8英寸碳化硅（SiC）器件制造工厂，该厂将于2025年第四季度开始生产，三安光电将单独建设和运营一个新的8英寸SiC衬底制造产线，以满足合资企业的要求。另外，今年5月，中国的天岳先进、天科合达这两大厂商与英飞凌签订了供货协议，天岳先进将为英飞凌供应SiC衬底和晶棒，天科合达将为英飞凌供应SiC晶圆和晶锭，以上产品都是6英寸的。据悉，这两家企业的供应量均将占到英飞凌长期需求量的两位数百分比份额，与此同时，天岳先进和天科合达还将助力英飞凌向8英寸SiC晶圆过渡。在全球功率器件产能大幅扩张的背景下，中国本土企业表现也有差异，如前文所述，在汽车、工业等应用市场，相关功率器件上升势头良好，但是，在消费类电子应用方面，相应的功率器件，如MOSFET和小电流IGBT市场需求不足，部分以消费类MOSFET、二极管和晶闸管等传统器件为主营业务的厂商业绩压力很大，虽说整个行业已经出现复苏迹象，但势头不如上半年预期的那么理想，此时，本土企业呈现出“扎堆竞争”的局面，使得这类功率器件供过于求，下半年，部分小电流IGBT和超结MOSFET在市场竞争加剧的情况下很可能会面临更多的降价压力。中国本土功率器件的制造工艺与国际大厂相比，也存在差距。目前，国际功率器件大厂多为IDM，而中国本土相关IDM企业数量少，且实力比较弱，不过，由于中国本土特色工艺晶圆代工厂在政策和市场双重驱动下成长较快，形成了具有一定特点的本土功率半导体代工市场。通过总结中国本土生产MOSFET、IGBT的主要晶圆代工厂和IDM的产能数据，预计在2021-2025年间，我国特色工艺晶圆代工产能增速将高于IDM的产能增速，特别是以华虹、积塔半导体、中芯集成为代表的代工企业在工艺成熟度和产能方面都具备较强的竞争力，这使得中国本土功率半导体IDM竞争力提升幅度有限，在未来很长一段时期内，中国功率半导体晶圆代工水平和规模会持续提升，不知道这种状况下，与国际功率半导体IDM大厂竞争，是喜是忧？目前，美国对中国半导体制造的限制和打压还在进行中，在无法得到先进制程所需的半导体设备和EDA工具的情况下，大力发展以特色工艺为主的功率半导体是个不错的选择，这一点在图1中也有所体现，在13个新晶圆厂中，有4个位于中国，且其中3个以生产功率半导体产品为主，另一个晶圆代工厂也可以代工生产功率器件。相信在新兴市场需求，政府驱动，特色工艺，产业复苏等多种因素推动下，拥有足够的产业、政策、技术工人、资金、供应链、生产效率等诸多优势的中国大陆市场，未来几年在功率半导体制造方面会有突飞猛进的发展。