功率半導(dǎo)體步入放量之年，汽車、充電樁和光伏成為產(chǎn)業(yè)增量“三駕馬車”
此外，今年2月下旬，日經(jīng)亞洲報道，東芝計劃到2024年將碳化硅功率半導(dǎo)體的產(chǎn)量增加3倍以上，到2026年增加10倍。而據(jù)日媒3月16日最新消息，東芝又宣布要增加SiC外延片生產(chǎn)環(huán)節(jié)，布局完成后將形成：外延設(shè)備+外延片+器件的垂直整合模式。
除了東芝，國內(nèi)外代表企業(yè)如英飛凌、安世半導(dǎo)體等也在通過適時的投資和研發(fā)來擴(kuò)大其功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)并提高競爭力，功率半導(dǎo)體市場在今年步入放量之年。
功率半導(dǎo)體前景廣闊，汽車、充電樁和光伏多輪驅(qū)動
功率半導(dǎo)體應(yīng)用前景廣闊，幾乎涵蓋了所有電子產(chǎn)業(yè)鏈。以 MOSFET、IGBT 以 及 SiC MOSFET 為代表的功率器件需求旺盛。根據(jù)性能不同，廣泛應(yīng)用于汽車、充 電樁、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、消費電子、軌道交通、工業(yè)電機(jī)、儲能、航空航天和軍 工等眾多領(lǐng)域。
據(jù) Yole 數(shù)據(jù)預(yù)測，至 2025 年，全球功率半導(dǎo)體分立器件和模塊的市場規(guī)模將 分別達(dá)到 76 億美元和 113 億美元。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)，2023 年中國大陸地區(qū) IGBT 市場規(guī)模預(yù)計達(dá)到 290.8 億元，同比增長 11.6%。據(jù)中國半導(dǎo)體器件行業(yè)現(xiàn)狀 深度分析與未來投資預(yù)測報告數(shù)據(jù)，2023 年中國大陸地區(qū) MOSFET 市場規(guī)模將達(dá) 到 396.2 億元（56.6 億美元，人民幣兌美元匯率按照 7 計算），同比增長 4.8%。
以 MOSFET 為例，據(jù) Yole 預(yù)測，到 2026 年，全球 MOSFET（包括分立器件 和模塊）市場總規(guī)模預(yù)計將達(dá)到 94.8 億美元，復(fù)合增長率達(dá) 3.8%（2020 年至 2026 年）。 MOSFET 汽車應(yīng)用（電動汽車和汽車充電樁）占比居首位，高達(dá) 33%，其中電 動汽車和充電樁分別占比 25%和 8%。從耐壓范圍看，到 2026 年，低壓 MOSFET （0-40V）占總需求的 39%，中壓（41V-400V）占 26%，高壓（大于等于 600V）廣 泛應(yīng)用在 220V 系統(tǒng)中，占總需求的 35%。同時，SiC MOSFET 和 GaN MOSFET 市場滲透率在逐步提高。
2020 年以來，電動汽車、汽車充電樁和光伏逆變器可謂拉動功率半導(dǎo)體增長的三駕馬車。
電動汽車： 電動汽車進(jìn)一步滲透終端消費市場，帶動功率器件和模塊需求快速 增長。特別是 MOSFET 和 IGBT（包括單管及模組）的增長較為顯著。據(jù)貝殼投 研數(shù)據(jù)，2021 年中國車規(guī)級 IGBT 市場規(guī)模為 47.8 億元，預(yù)計到 2025 年，其 將達(dá)到 151.6 億元。據(jù)芯謀研究數(shù)據(jù)，2021 年和 2025 年中國車規(guī) MOSFET 的 市場規(guī)模分別為 73.5 億元（10.5 億美元，匯率按 7 計算）和 122.5 億元（預(yù)測 數(shù)據(jù)，17.5 億美元，匯率按 7 計算）。
充電樁： 受益于新能源汽車快速增長，與之配套的充電樁市場亦呈現(xiàn)快速發(fā) 展態(tài)勢。據(jù)億渡數(shù)據(jù)預(yù)測，至 2026 年，中國充電設(shè)施市場規(guī)模將達(dá) 2870.2 億元，2022 年到 2026 年復(fù)合增長率高達(dá) 37.83%。從直流充電樁相關(guān)零部 件分解可以看出，充電機(jī)是充電樁的最核心部件，成本占充電樁的 50%以上， 而功率半導(dǎo)體是充電機(jī)的最核心組成部分，成本占充電機(jī)的一半以上。
光伏：據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，至 2025 年，中國新增光伏裝機(jī)保守預(yù)測為 90GW，同比增長 10%。據(jù)未來智庫數(shù)據(jù)預(yù)測，2025 年中國光伏逆變器市場 規(guī)模達(dá) 196 億元。 逆變器是光伏系統(tǒng)的心臟，中高壓 MOSFET、IGBT 及碳化硅等功率器件是 光伏逆變器的核心，其決定著光伏逆變器的性能高低，進(jìn)而直接影響光伏系 統(tǒng)的穩(wěn)定性、發(fā)電效率以及使用壽命。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，光伏逆變器 主要由機(jī)械件、電感和半導(dǎo)體器件構(gòu)成，分別占比 27.6%、14.2%、11.8%。
綜上，在電動汽車、充電樁以及光伏逆變器等多輪驅(qū)動下，功率器件有望穩(wěn)健增 長，為千億賽道奠定堅實路基。
功率器件材料端演進(jìn) SiC、GaN成未來功率新趨勢
長期來看，相比傳統(tǒng)Si基，寬禁帶材料（SiC、GaN）能在耐壓和開關(guān)頻率上獲得更好的器件性能，未來將 逐步替代硅基器件成為高壓高頻應(yīng)用領(lǐng)域的市場主流。以電壓場景來分，0-300V 區(qū)間內(nèi)Si材料占據(jù)成本方面 優(yōu)勢，600V 以上的高壓區(qū)間內(nèi)SiC占據(jù)主要優(yōu)勢，300V-600V 區(qū)間則是GaN材料的優(yōu)勢領(lǐng)域。
SiC器件相對于Si器件的優(yōu)勢主要來自：Si 10倍的耐壓，1/10的能量損耗、更容易實現(xiàn)小型化、更耐高溫工 作。目前SiC功率器件的種類包括SiC 二極管、SiC MOSFET以及SiC模塊，其中SiC MOSFET模塊甚至能替代 硅基IGBT模塊的應(yīng)用區(qū)間。但由于襯底和外延的制造難度，SiC器件成本更高，在中高端場景優(yōu)勢更明顯， 特別是需要高壓、高能量密度應(yīng)用場景，如充電樁、車載充電機(jī)及汽車電驅(qū)等。
GaN 器件相對于Si器件的優(yōu)勢來自：Si 10倍的開關(guān)頻率，更適合高頻率應(yīng)用場景，但是在高壓高功率場景 不如 SiC。目前GaN功率器件主要以GaN晶體管為主，隨著成本的下降，GaN器件有望在中低功率領(lǐng)域替代二 極管、MOSFET 等硅基功率器件。
供不應(yīng)求，國產(chǎn)IGBT市場黃金期到來
2022年中國IGBT產(chǎn)業(yè)進(jìn)入爆發(fā)期，在經(jīng)歷了2020年始的兩年汽車缺芯后，IGBT愈發(fā)緊俏，在2022年下半年，其甚至超越車用MCU，成為影響汽車擴(kuò)產(chǎn)的最大掣肘。
此后隨著新能源汽車的發(fā)展，IGBT成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展焦點。中國汽車工業(yè)協(xié)會最新統(tǒng)計顯示，2022年中國新能源汽車持續(xù)爆發(fā)式增長，產(chǎn)銷分別完成705.8萬輛和688.7萬輛，同比分別增長96.9%和93.4%，連續(xù)8年保持全球第一。
IGBT作為新能源汽車核心零部件，需求量有增無減。今年IGBT芯片廠商英飛凌、意法半導(dǎo)體、安森美等交期不斷拉長。業(yè)界2月預(yù)計，ST（意法半導(dǎo)體）、Microsemi（美高森美）、Infineon（英飛凌）、IXYS（艾賽斯）、Fairchild（仙童半導(dǎo)體）這5大品牌的IGBT Q1與2022年Q4的交期基本維持一致，交期依舊緊張，最長為54周。
具體來看，在2023年第一季度中，ST的IGBT 貨期為47-52周，Microsemi的IGBT 貨期為42-52周，IXYS的IGBT 貨期為50-54周，Infineon的IGBT 貨期為39-50周，F(xiàn)airchild的IGBT 貨期為39-52周。不過，這5大品牌的貨期趨勢和價格趨勢都呈穩(wěn)定狀態(tài)，沒有上升的趨勢。
海外歐美電動車市場正處于高速增長期，在英飛凌、意法半導(dǎo)體、安森美等大廠優(yōu)先保障本土供應(yīng)情況下，國產(chǎn)IGBT廠商在車載IGBT領(lǐng)域的替代進(jìn)程加速。
我國許多代表企業(yè)不斷加強(qiáng)IGBT技術(shù)研發(fā)，如2022年上半年，斯達(dá)半導(dǎo)公司基于第七代微溝槽Trench Field Stop技術(shù)研發(fā)出的新一代車規(guī)級650V/750V IGBT芯片通過客戶驗證，在2022年下半年開始批量供貨；士蘭微則在2022年順應(yīng)新能源發(fā)展潮流，通過定增融資切入車規(guī)級IGBT模塊以及SiC MOSFET領(lǐng)域，其推出的車規(guī)級IGBT等產(chǎn)品已經(jīng)通過驗證，并已批量交貨上車。
公開資料顯示，自2021年底起，時代電氣、士蘭微和華虹半導(dǎo)體等廠商的IGBT產(chǎn)能相繼開出，企業(yè)營收也在攀升。同時，結(jié)合我國已經(jīng)公布2022年財報的各大企業(yè)數(shù)據(jù)看，營收超過百億的功率器件企業(yè)有時代電氣（180.34億元）和華潤微（100.60億元）。以凈利潤來看，華潤微、時代電氣超過20億元。其中值得關(guān)注的是，在功率器件行業(yè)，多家企業(yè)雖然營收較為靠后，但是凈利卻排名較高，比如揚杰科技、斯達(dá)半導(dǎo)、捷捷微電、新潔能、芯導(dǎo)科技等，這些功率器件企業(yè)表現(xiàn)更強(qiáng)的盈利能力。
