中国功率半导体,开启黄金十年

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随着国内功率半导体厂商对相关产品的持续研发,以及国外巨头的产能不断扩张,功率半导体如今已成为竞争激烈的“红海市场”。

功率半导体的功能主要是对电能进行转换,对电路进行控制,改变电子装置中的电压和频率,直流或交流等,具有处理高电压,大电流的能力。

在过去相当长的一段时间里,功率半导体市场一直由欧、美、日等外资巨头牢牢占据着主导地位,随着近年来新能源汽车的发展,许多本土企业也纷纷入局。放眼市场,不论是传统Si功率器件IGBT、MOSFET,还是以SiC、GaN等为代表的第三代半导体,国内都有企业布局。

01 IGBT市场爆发

2022年中国IGBT产业进入爆发期。

根据中国汽车工业协会最新统计显示,2022年中国新能源汽车持续爆发式增长,产销分别完成705.8万辆和688.7万辆,同比分别增长96.9%和93.4%,连续8年保持全球*。

IGBT作为新能源汽车核心零部件,需求量持续高涨。IGBT芯片厂商包括英飞凌和安森美等,这些大厂的交期平均都在一年以上,同时海外如欧洲和美国的电动车市场也开始进入高速增长期,他们会优先保障本土供应。因此,在供需偏紧的情况下,国产IGBT厂商在车载IGBT领域的替代进程加速。

2021年底,时代电气、士兰微和华虹半导体等厂商的IGBT产能相继投产,相关企业利润也迅速增厚。比如:斯达半导、士兰微、比亚迪半导体、时代电气、宏微科技、华润微、新洁能等半导体企业IGBT业务均实现了极大提升,车规级IGBT产品在市场上也实现了极大突破。

根据DIGITIMES Research统计与分析,2022年IGBT因电动车与光伏发电市场的强劲需求,在供应端产能有限的情况下,整体供需缺口达13.6%。对于中国市场来说,IGBT是近年来半导体和电动汽车的布局热点,不过至今车规级IGBT产品国产化率仍然较低。

02 MOSFET营收超亿

MOSFET器件具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等特点,广泛应用于低中高压的电路中,是覆盖电压范围最广,下游应用最多的功率器件之一。

随着新能源汽车加速发展,汽车功率器件供应缺口拉大,以及以瑞萨为代表的大厂逐步退出中低压 MOSFET 部分市场。在供给优化与需求增加的双重驱动下,国产车规级功率器件厂商开始加速进入汽车供应链。

目前士兰微、安世半导体在 MOSFET 市场份额上位列国内厂商前列。此外,华润微、扬杰科技、苏州固锝、华微电子、新洁能、东微半导、捷捷微电等国内厂商近年来在车规级 MOSFET 领域持续发展。

以士兰微、华润微、扬杰科技为代表的 IDM 公司已覆盖高压超级结产品,并逐步扩大产品占有率:士兰微已完成 12 英寸高压超结 MOS 工艺平台开发;华润微2022年Q1高压超结产品收入超亿元;扬杰科技2022年Q1汽车 MOS 订单实现大幅增长。

在设计公司端,东微半导、新洁能为代表的 MOSFET 厂商发展迅速:东微半导 2022年Q1高压超结 MOS 产品收入占比达 78.1%,车载充电机收入占比超14%;新洁能2022年Q1 超结MOS 收入近亿元(占11.5%),汽车电子收入占比达 13%。

03 SiC持续加码

SiC作为第三代半导体材料,具有比硅更优越的性能。不仅禁带宽度较大,还兼具热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射性能强、热稳定性和化学稳定性好等优良特性。

SiC器件广泛用于光伏逆变器、工业电源和充电桩市场,已成为中国功率半导体厂商的必争之地。目前斯达半导车规级 SiC MOSFET 模块开始大批量装车应用,并新增多个使用车规级 SiC MOSFET 模块的主电机控制器项目定点;三安光电、华润微等企业在 SiC 二极管、SiC MOSFET 等器件领域已逐步实现产品系列化;士兰微、闻泰科技等企业也积极布局 SiC 器件研发,并已取得阶段性进展。

面对市场需求转变,功率半导体被认为是中国半导体产业崛起的可能突破口之一,中国厂商也投入了大量资金进行布局,相关计划也陆续传出进度更新的消息。

04 豪掷千金“下注”

去年12月,华润微电子重庆12英寸晶圆制造生产线以及先进功率封测基地实现通线。其12英寸晶圆制造生产线项目总投资75.5亿元,功率半导体封测基地项目总投资42亿元,成功通线标志着华润微车用功率装置产业基地已初步成形,将持续支持产品应用升级,进一步完善在车用功率半导体领域的布局。

去年10月,中车时代功率半导体器件核心制造产业园项目开工。该项目计划总投资逾52亿元。项目建成达产后,可新增年产36万片8英寸中低压组件基材的生产能力,产品主要面向新能源发电及工控家电领域。

去年6月,士兰微投资建设“年产720万块汽车级功率模块封装项目”该项目总投资30亿元。随后在10月,又投资65亿元,用于年产36万片12英寸芯片生产线项目(39亿元)、SiC功率器件生产线建设项目(15亿元)、汽车半导体封装项目(一期)(30亿元)等。

05 当下困局

可以看到,中国功率半导体的发展如火如荼,各大厂商正在大举进军,然而功率半导体行业仍存在着诸多难题需要克服。

整体国产率依旧较低。中国的功率半导体产业规模增速快于全球,但总的来说,本土功率半导体器件自给率依旧较低,在器件的生产制造和自身消费之间存在巨大供需缺口。据中商产业研究院数据显示,2020年国内功率半导体市场需求规模达到56亿美元,占全球需求比例约为39%。中国是全球*的功率器件消费国,但国内功率器件整体自给率不足10%,自给率很低,超过90%的需求还依靠进口。

缺乏行业龙头。根据Omdia公布的2021年功率半导体市场前十大厂商销售额排名,英飞凌*,安森美排名第二,意法半导体排名第三,中国则只有闻泰科技旗下安世半导体上榜,排名第八。可以看到,相比美日欧强势的市占率,中国还与之存在较大差距。

产品处于劣势。功率半导体器件真正实现“上车”需要经过多重验证。目前意法半导体、英飞凌等设计生产的SiC MOSFET已经大规模上车。中国厂商的斯达半导、比亚迪半导体等,尚处于少量供应阶段。不过随着技术逐步突破,国内功率半导体产品正在陆续完成车规认证。

06 何时能跑出中国的英飞凌?

近日,士兰微发布了向特定对象融资65亿元,以发展包括SiC和IGBT等功率器件在内的多项产品的报告。在报道中,士兰微分享了他们对功率半导体,特别是中国功率半导体行业的看法。

士兰微在报告中指出:

近年来,功率半导体行业呈现稳健增长的态势,根据 IHS Markit 的统计,2021 年全球功率半导体市场规模约为 462 亿美元。随着下游应用领域的不断拓展延伸 以及物联网、通信和新能源汽车等新兴应用领域的蓬勃发展,未来功率半导体市场仍将保持增长态势。根据 IHS Markit 预测,到 2024 年全球功率半导体市场规模将达到 522 亿美元。

中国作为全球*的新能源汽车市场,在车规级功率半导体市场领域一直被国际巨头占据,国内自给率不足 10%,存在巨大的供需缺口。但功率半导体器件技术迭代速度较慢,使用周期较长,国内厂商拥有充足的发展和追赶时间。

正如士兰微所言,功率半导体采用非尺寸依赖的特色工艺,不追求7nm、5nm等先进制程,因此功率半导体相对逻辑IC工艺技术难度低,同时不需要动辄百亿美金的产线投入,国产厂商更容易实现技术追赶。

根据中国半导体行业协会的数据,2021年中国功率半导体前十大企业为安世半导体、华润微、扬杰科技、士兰微、华微电子、捷捷微电、斯达半导、新洁能、比亚迪半导体、时代电气。前十大企业中,安世半导体产品覆盖最为全面,基本上涵盖了二极管、MOS、IGBT、SiC等主要产品线;此外,士兰微、华润微、扬杰科技等老牌功率器件厂商产品也基本上覆盖了市场主流的MOS和IGBT产品;而比亚迪半导体和时代电气,背靠母公司拥有强大的终端市场,相关功率器件产品除了自用外,也走向市场开始向其他大客户实现了批量出货。

中国拥有功率半导体应用增长最快、潜力*的特色市场,市场的比重也在继续提升,未来,随着技术水平的提升以及管理经验的积累,国内相关企业有望进一步对国外企业形成竞争优势,占据更大的市场空间。

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