功率半导体是什么意思-功率半导体，不相信下行周期

本文来自半导体行业观察，作者/L晨光。

日前，半导体市场研究机构IC Insights发布的数据显示，2022年全球功率半导体销售额预计同比增长11%，达到245亿美元，实现连续第六年增长增长并创历史新高。

ICsights表示，功率半导体销售额的持续增长主要是由于该细分市场产品的平均销售价格（ASP）达到十多年来的最高增幅，并且功率半导体的平均销售价格将同比增长2021年预计2022年同比增长11%，这是自2010年从2007-2008年金融危机引发的衰退中复苏以来的最高增速。

功率半导体市场的年销售额预计将稳定增长功率半导体是什么意思，到2026年达到289亿美元，复合年增长率（CAGR）为5.5%。

相比之下，当前半导体下行周期的寒风已经吹到了行业的方方面面。

台积电不久前声称，预计2023年芯片需求将面临下行周期。与此同时，被誉为半导体行业风向标的存储芯片自2022年上半年以来一直在下滑。根据TrendForce研究，第四季度DRAM价格将下降13-18%。

有鉴于此，美光表示：“我们已大幅削减资本支出，目前预计2023财年的资本支出约为80亿美元，同比减少30%以上。” 美光准备利用库存而不是增加产量来满足订单需求，并将减少新工厂和设备的支出。

近日，AMD和三星也发布了今年第三季度的业绩预测。 两大厂商深受消费市场疲软影响。 AMD预计今年第三季度营收将比之前预测减少约11亿美元； 三星Q3营业利润将同比下降31.7%，为近三年来首次下降。 由于三星电子主要产品DRAM的价格进一步下跌，业界预计三星电子第四季度的前景并不乐观。

不难看出，在高通胀影响下，消费电子产品需求受到冲击，导致消费芯片、存储芯片价格持续下滑，订单大幅下降。

紧接着，晶圆代工厂持续刮起降价之风，半导体市场进入去库存调整期，晶圆代工厂成熟工艺报价也持续下跌。 根据半导体行业的周期，市场预计这波库存修正将持续到2023年。

半导体行业协会（SIA）统计：“近几个月全球半导体销售增长陷入停滞，8月份月度销售额降幅创2019年2月以来最大百分比”。

相比之下，在功率半导体和第三代半导体市场，工厂扩建、扩建、加大投资的消息频传。 这股持续不断的“暖流”似乎并没有被“冷空气”排斥，反而愈演愈烈。

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功率半导体的“底气”

功率半导体器件（Power Electronic Device），又称电力电子器件、电力电子器件，是指可直接用于主电路中处理电能，实现电路变换和控制的核心电子器件。 其功能主要分为功率变换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等。

从产品形态分类，功率半导体大致可分为两类：分立器件（Power Discrete）（包括功率模块）和功率IC。

据Omdia统计，2017-2021年功率芯片在功率半导体领域占比超过50%，是功率半导体领域的主要细分产品，其次是功率半导体分立器件。 2021年，全球功率芯片和功率半导体分立器件产品占比分别为55.78%和32.03%。 预计到2024年，全球功率半导体市场规模将达到538亿美元卡通人物，市场前景广阔。

来源：腾讯科技

功率半导体产业何处逆风崛起？

汽车功率半导体的增量时代

功率半导体起着电能转换的作用，是新能源汽车最重要的芯片元件之一。

新能源汽车销量走势图

（来源：御石资本）

随着新能源汽车的兴起，功率半导体的价值和市场规模将快速增长。

据Strategy Analytics统计功率半导体是什么意思，2019年传统燃油汽车中功率半导体的价值仅为71美元，相对较低； 而混合动力汽车中功率半导体的价值则增至425美元，是传统燃油汽车的6倍； 纯电动汽车中功率半导体的价值已增至387美元，是传统燃油汽车的5.5倍。

全球功率分立器件下游需求中，汽车市场占比最高，达到35%左右。 以MOSFET为代表的中低压分立器件广泛应用于汽车电动天窗、雨刷、安全气囊、后视镜等领域。 电动汽车车载充电器（OBC）和DC-DC转换器对MOSFET的需求进一步增加。

此外，车灯改用LED头灯后，每个车灯对MOSFET的需求量从1个增加到18个。 许多新造车厂商热衷的车顶和侧面渐变玻璃对MOSFET的需求也在不断增加。 增加。

汽车 MOSFET 和 IGBT

（来源：御石资本）

从全球竞争格局来看，MOSFET市场基本被欧美日企业垄断。 英飞凌以24.6%的市场份额排名第一，CR5约为59.8%，安世半导体和华润微电子分别为4.1%和3%。 市场份额排名第八、第九位。

今年年中，全球功率半导体巨头英飞凌表示，由于市场供需平衡以及上游材料价格上涨，暗示将提价。 基于英飞凌在MOSFET领域的领先地位，其涨价预警或许对整个行业意义重大。

据英飞凌统计，传统燃油乘用车单车半导体价值约为500美元，功率半导体价值占比约20%，约合100美元。 在价值增量中，用于实现开关和整流等基本功能的功率半导体占据了绝大多数份额。

虽然当前以手机、PC为代表的消费电子市场需求低迷对功率半导体造成一定影响，但汽车领域应用的增加已成为支撑其市场空间和趋势的关键因素，我们将确保功率半导体半导体“逆势而行”。

IGBT方兴未艾

仔细观察，与 MOSFET 相比，IGBT 适合较低开关频率和大电流应用。

IGBT 功率半导体是许多电力电子应用的关键。 具有导通电阻小、开关速度快、工作频率高的特点。 可以提高各种电路中电能转换、传输和控制的效率，实现节能，提高工业控制水平。 的目标。

根据电压等级不同，IGBT可分为低压、中压和高压IGBT，广泛应用于消费电子、新能源汽车、新能源发电、轨道交通、电网等领域。 600V以下低压IGBT主要应用于消费电子领域，600V-1200V中压IGBT主要应用于新能源汽车、光伏、家电、工业领域，1700V以上超高压IGBT主要应用于新能源汽车、光伏、家电、工业领域。主要应用于轨道交通、风电、智能电网领域。

据华晶产业研究院预计，2020年新能源汽车IGBT将成为我国IGBT最大的应用领域，占比30%左右。 此外，工业控制、消费电子和新能源发电市场占比分别为27%、22%和11%，成为我国新能源汽车三大应用领域。

Yole预计，在新能源汽车逐步普及的推动下，2020年至2026年间IGBT的复合年增长率将为7.5%，届时将达到84亿美元。 可见，汽车已成为IGBT需求的主要驱动力。 比亚迪半导体招股书显示，汽车电动化、智能化推动车规级IGBT成为增长最快的细分领域，远超行业平均增速。

从市场供需角度来看，英飞凌表示，包括未确认订单在内，2022年1月至3月积压订单从去年第四季度的310亿欧元增长19.4%至370亿欧元。 超过50%是汽车相关产品，75%的订单将在未来12个月内交付。 积压的订单显然远远超出了英飞凌的交付能力。

天风证券近期对国内25家IGBT企业进行调查显示，在车规领域，55%的企业订单完成率低于75%； 在光伏领域，65%的厂商订单完成率低于75%。 IGBT行业普遍存在订单积压的情况，现有产能仍无法满足市场整体需求。

在这一行业现状下，各家企业竞相布局，产能逐渐成为功率半导体抢占市场的关键点。

富士通半导体业务前负责人田口正夫表示，随着电动汽车的普及，功率半导体可能会变得更加标准化，从而使能够扩大生产规模的公司能够主导市场。

对此，领先的IGBT企业纷纷宣布建设新产能，以应对订单积压，而订单的饱满也体现在国内IGBT企业上半年的业绩中。 已披露业绩预告的IGBT企业利润大幅增长。 其中，海外排名前列的功率半导体厂商（英飞凌、安森美、ST、三菱电机、富士电机）Q2季度平均同比增速为21.67%，较19.14%的增速进一步加快第一季度的利率。

据IHS统计，中高端产品制造商主要集中在欧洲、美国和日本。 其中，英飞凌在MOSFET、IGBT器件和IGBT模块方面的市场份额排名第一，2020年市场份额将达到19.7%。据初步统计，2021年英飞凌市场份额将超过20%。

然而，供应格局在本轮缺芯中悄然发生变化。 全球芯片产业链供不应求。 上述大厂家产能有限，价格较高。 因此，国内企业被推上台面。 技术好、价格低、定义准确、迭代快的公司更受欢迎。 国内数百家竞争对手争夺头把交椅，国产IGBT替代正在加速。

国产汽车IGBT拐点已经到来，市场份额快速上升。 据统计，2022年一季度国内出货量排名前五的功率器件供应商中，已有3家中国本土企业上榜，分别是思达半导体、比亚迪半导体、时代电气。 三者总装机容量约占40%。 %。

比亚迪半导体有下游产业的支持。 随着比亚迪新能源汽车销量的增加，比亚迪半导体的IGBT发展迅速； Star半导体用于主电机控制器的车规级IGBT模块量持续增加。 2021年，累计配套新能源汽车超过60万辆； 时代电气在高压IGBT方面拥有丰富的经验，并有中车的下游支持。 2022年，新能源汽车IGBT预计年内交付70万台订单。

9月22日，时代电气宣布投资中低压功率器件建设项目，旗下中车时代半导体获法雷奥集团电驱动系统项目指定，成为其IGBT模块供应商。 此外，9月23日，时代电气再次扩产，拟投资111.19亿元建设两个中低压电力装置项目。 年内三期规划产能是二期的三倍。

此外，士兰微、华润微、江苏宏伟科技等一批具有代表性的国内功率半导体企业发展迅速。 可以看到，在近年来产业本土化进程明显加快的趋势下，本土电源厂商正在快速布局。

第三代半导体“蜂拥而至”

除了硅基功率半导体之外，当前第三代半导体市场也充满活力。 尤其是在后摩尔定律时代，第三代半导体的出现似乎成为赌桌上潜力无限的新赌注。

与硅相比，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体具有效率高、能耗低、散热快的特点。 当用于半导体器件时，第三代半导体器件具有高耐压、高速开关、低导通电阻等优点。 鉴于这一特性，它将成为下一代低损耗器件，有助于降低功耗和缩小系统尺寸。

集邦咨询表示，目前第三代半导体已成为高性能器件厂商的最佳选择ip形象，而SiC和GaN作为第三代半导体的代表材料，已率先应用于电动汽车、充电桩和基站等领域。功放场景。

据Yole数据显示，2021年全球碳化硅功率器件市场规模为10.9亿美元，其中用于汽车市场的碳化硅功率器件市场规模为6.85亿美元，占比约63%； 其次是能源、工业等领域，2021年市场规模分别为1.54亿美元和1.26亿美元，占比分别为14.1%和11.6%。

汽车是碳化硅功率器件最大的下游应用市场，主要用于主驱动逆变器、车载充电系统（OBC）、功率转换系统和非车载充电桩。 全球碳化硅领域领先制造商Wolfspeed预测，到2026年，汽车中的逆变器将占碳化硅价值的83%左右，是电动汽车最大的组成部分。 其次是OBC，价值占比15%左右； SiC在DC-DC转换器中的价值占比约为2%。

特斯拉和比亚迪已在其电机控制器逆变器中使用SiC MOSFET芯片作为核心功率器件。 丰田、大众、本田、宝马、奥迪等汽车企业也将SiC功率器件作为未来新能源汽车电机驱动系统的首选解决方案。 此外，电动汽车充电桩也是SiC器件的主要应用领域。

据TrendForce研究显示，为了进一步提升电动汽车的动力性能，全球各大车企都将目光集中在碳化硅动力元件上，并陆续推出了多款搭载相应产品的高性能车型。 随着越来越多的车企开始将碳化硅技术引入电驱动系统，预计2026年车用碳化硅功率部件市场规模将达到39.4亿美元。

随着越来越多的新能源汽车采用碳化硅器件，碳化硅对传统车用硅基IGBT的替代已逐渐开始。 高需求之下，在给第三代半导体厂商带来巨大收益的同时，也在加紧赛道玩家的布局。

在之前的文章《SiC/GaN，海外巨头疯狂扩产！》中，笔者梳理了英飞凌、安森美、罗姆、意法半导体、瑞萨电子、东芝等国外厂商的规划和布局，并发布了信号是加强自己的竞争优势，抢占不断增长的市场份额。 并且，现在正值SiC应用在汽车领域的关键市场窗口期，上下游企业已经开始扩大和绑定产能，以应对未来的市场爆发。

之后，行业厂商还在继续布局：

意法半导体近期宣布扩产计划，将在意大利建设一座价值7.3亿欧元的碳化硅晶圆厂；

未来两年，安森美半导体的扩产将使罗兹诺夫基地的SiC产能增加16倍； 此外，预计到2022年底，安森美半导体哈德逊碳化硅（SiC）工厂将使安森美半导体SiC晶锭产能同比增加五倍。 安森美半导体还计划到2025年将公司碳化硅前端工艺产能扩大到目前产能的10倍以上；

博世再投资30亿欧元拓展SiC和MEMS；

为了应对功率半导体日益激烈的竞争，日本罗姆计划2022年在福冈县开设新工厂大楼，相当于2025财年之前计划的三倍；

英飞凌预计斥资超过20亿欧元在马来西亚居林建设第三座工厂，用于生产碳化硅和氮化镓功率半导体产品；

Wolfspeed将在美国建设全球最大的碳化硅材料工厂。

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第三代半导体战略意义重大，世界各国和地区都在努力推动发展。 欧洲的SPEED计划和MANGA计划，美国的SWITCHES计划和NEXT计划，日本的新一代电力电子项目，都是通过政府资助和加大投资来推动新一代化合物半导体落地的计划。企业。 战略意图。

可见，行业巨头竞相扩产投资，包括第三代半导体在内的功率半导体正在成为新的竞争高地。 不仅是扩产，优质标的的并购也成为巨头厂商的主旋律。 其中，ASM收购LPE全部流通股； 安森美半导体对 GT Advanced Technologies 的收购以及 Qorvo 对 UnitedSiC 的收购已经完成。

集邦咨询强调，随着碳化硅材料技术和市场的不断突破，以及芯片结构和模块封装技术的成熟，SiC功率元件在汽车市场的渗透率持续上升，并从目前的高位逐步延伸。高端汽车应用到中低端车型，从而加速汽车电动化进程。 随着越来越多的汽车制造商开始将SiC技术引入电驱动系统，市场规模将呈现每两年翻一番的快速增长趋势。

除了扩产投资的猖獗之外，第三代半导体产业结构正在逐步发生前所未有的重组和变化，产业链布局正在加速。

第三代半导体的优势给众多供应链厂商带来了巨大的吸引力。 不仅包括台积电、联电、世超等各大代工厂纷纷加入，硅晶圆公司环晶也开始布局SiC晶圆。

面对差距和行业巨头的大举进攻，本土芯片供应商应以技术创新驱动，更加关注第三代半导体功率器件的开发和应用，同时聚焦下游市场。 企业，加快科研成果转化和技术应用。

国内SiC供应商中，比亚迪半导体已实现SiC三相全桥模块在新能源汽车电机驱动控制器中的批量搭载。 国内厂商如天岳先进技术有限公司、士兰微电子有限公司、派杰科技有限公司、晶盛机电有限公司、芯岛科技有限公司、露笑科技有限公司等。有限公司也跟进了。

与此同时，整车厂也在积极开发第三代功率半导体。 2022年，国内新造车蔚来ET7和小鹏G9将采用碳化硅器件。 理想汽车功率半导体项目生产基地也于近日落户苏州。 理想汽车与三安光电共同出资成立苏州思科半导体有限公司，主要致力于第三代半导体碳化硅汽车级芯片模组的研发和生产。 SiC MOSFET在国内汽车厂商的渗透率预计将快速提升。 随着配备大功率电机的新能源汽车销量的增加，车用SiC MOSFET的需求将持续增长。

不仅如此，在国家政策和资金的支持下，地方政府掀起了第三代半导体投资热潮。 目前，京津冀、河北、山东、长三角、珠三角、闽三角、中西部五个重点发展区域已初步形成。 北京、深圳、济南、保定等多个城市深度布局，政府也在“里面”打造涵盖衬底、外延、芯片与器件、模组、封装测试、设备与材料研究的第三代半导体并发展全产业链生态。

虽然目前国内第三代半导体产业在衬底材料、外延、设计和制造等各个方面都有与海外巨头竞争的企业。 但我国第三代半导体在技术成熟度、稳定量产能力、产业链配套等方面与海外相比仍存在较大差距。 例如，电动汽车的主驱动和特高压电网的碳化硅功率器件目前完全依赖进口。 5G基站用氮化镓射频器件仍缺乏稳定可靠的产品供应能力。

此外，我国第三代半导体材料还存在不足。 比如在材料研究方面，不如美国、日本和欧洲，高端产品在行业的应用不足，难以形成产业循环。 同时，无序竞争问题还很严重。

近年来，第三代半导体在多个领域涌现。 以碳化硅、氮化镓为主的第三代化合物半导体成为产业界和投资界的宠儿。

一般来说，每种类型的半导体都有其适合的应用。 未来，无论是硅基IGBT或MOSFET还是SiC基IGBT或MOSFET，都会根据所需的性能和材料特性找到合适的应用领域。 。

从全球扩产情况来看，国外供应商的扩产项目主要以12英寸功率半导体生产线、6英寸、8英寸碳化硅生产线为主。 产能将在2023年后释放，因此短期内全球功率半导体仍将处于供需紧张的局面。

国内功率半导体供应商中，华润微、士兰微、闻泰科技、燕东微电子均拥有在建的12英寸线产能。 华润微、士兰微、思达半导体、时代电气等正在建设规划6～8英寸碳化硅生产线。 比亚迪、上汽、威小力等整车厂也在积极布局IGBT和碳化硅模块及芯片生产线。

对于本土功率半导体企业来说，想要保住甚至攫取更多“胜利果实”，就需要在产能的单一维度竞争之外，拓展出更多的竞争手段。 此外，如何把握这个第三代半导体市场的机遇，把握6英寸向8英寸过渡的技术趋势，对于国内碳化硅企业来说也至关重要。

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写在最后

回望今天的时间节点，“天时地利”的交织，为本土功率半导体行业打开了前所未有的市场空间。

本土功率半导体产业之所以快速发展，与其他主要半导体电路有着共同的驱动因素，即国产替代和芯片短缺。

在2020年以来的“芯片荒”中，面对突然爆发的过剩订单，海外老牌厂商不得不优先考虑产能，以保障核心客户。 ”，如果国内外政策的“推”和“拉”确立了国产替代的进程，让支持本土厂商发展成为产业链共识，那么芯片的实际短缺将使下游中小用户尤其是技术方面，标准壁垒较低的消费细分市场用户“不得不”大量转用国产设备，大大加速了这一进程。

除了共性因素外，对于功率半导体而言，上述诸多因素，如新能源汽车增量市场、方兴未艾的IGBT、第三代半导体的快速发展等，都给功率半导体器件带来了巨大的挑战。 增量需求。

长期来看，下游供需关系将沿着产业链向上游市场传导。 这或许也是在半导体下行周期肆虐、大部分细分市场需求疲软的情况下，功率半导体依然“逆势而上”的原因。