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作者：九林
功率半导体，又称电力电子器件或功率电子器件，是电子产业链中最核心的器件之一。中国作为全球最大的功率半导体消费国，贡献了约40%的功率半导体市场。MOSFET和IGBT为功率半导体产品主力。
2023年，半导体正式步入下行周期。在下行的背景下，整个行业都面临着前所未有的挑战。功率半导体在瑟瑟的寒风中，却显得与众不同。本文中，我们将一起看看功率半导体的2023以及2024的变化情况。
MOSFET的2023
先来看看MOSFET的情况。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。
今年，低、高压MOSFET市场分化。从供应中，低压MOSFET供货情况缓解，低压MOSFET的交付周期约为46周或更长时间；高压MOSFET的交付周期为50周以上；中高压汽车MOSFET的短缺问题一直持续到年底。
高、低压MOSFET的整体货期和价格趋势略有不同，与下游需求结构性分化不无关系。低压MOSFET大量应用于消费性电子中，中、高压MOSFET则用于工业、通讯、电动车等产业，技术要求与产品需求有不断提高的趋势。从目前的市场来看，消费、部分工业类需求偏弱，汽车、光伏等新能源需求仍强劲。因此市场对低、高压MOSFET的需求也不一致。
IGBT的2023
再来看看IGBT的情况。根据Yole预测，至2026年，全球IGBT市场规模将达到121亿美元，2019年至2026年复合增长率达13.1%。中国是全球IGBT最大的消费市场，根据预测，至2026年，国内IGBT市场规模将达到35亿美元。
自问世以来，IGBT不断进行技术迭代，主要向着降低开关损耗和创建更薄的结构方向改善和发展。其在纵向结构、栅极结构以及硅片加工工艺方面不断升级改进，共经历了七次大型技术演变，各项指标在演变中不断优化。目前，IGBT芯片已经迭代至第七代精细沟槽栅场截止型IGBT，但考虑成本后，应用最广泛的仍是IGBT第四代产品。
市场表现
3月份IGBT出现大缺货，不仅价格涨翻天，业界更以“不是价格多高的问题，而是根本买不到”来形容缺货盛况。之后特斯拉宣布要大砍SIC用量，IGBT更是成为了潜在方案。可以说，今年全球IGBT持续紧缺。
导致IGBT缺货、涨价的原因主要有四点：其一，需求旺盛，车用、工业应用所需IGBT用量大增；其二，供给不足，产能扩增缓慢；其三，风光储需求旺盛带动IGBT需求强劲；其四，特斯拉大砍75%碳化硅用量。
光伏方面，光伏逆变器是太阳能光伏系统的心脏，而IGBT是光伏逆变器的核心器件。从需求侧看，2023年光伏产业还在持续发展，今年前三季度，全球光伏市场的增长速度都超过了多数行业分析师的预期。根据中国光伏行业协会统计数据，2023年全球将新增280-330GW，其中中国装机量有望达95-120GW，继续保持快速增长势头。
来源：中国光伏行业协会
IGBT作为光伏逆变器的核心元器件，一定会受到这一市场发展的直接带动。光伏储能用IGBT模块尤其是大功率模块、大电流单管等产品，非常紧俏。由于国内厂商暂时只导入了IGBT单管，在模块方面还没有太多份额，基本由海外巨头主导，英飞凌和安森美占据了全球光伏IGBT 80%以上的份额。
不过，今年国内厂商也有所动作，士兰微在三季度财报交流会上表示，已经在用新一代IGBT产品去争取光伏市场更多的份额，已经有很好的方案，预计2024上半年会有突破性进展。新洁净能在光伏领域增速很快，在光伏储能领域，公司的IGBT产品已经大量供应国内80%以上的TOP10企业。从上年财报来看，新洁能的新品大电流IGBT单管逐渐上量，IGBT模块产品在客户端的验证顺利推进，更大功率的IGBT模块产品亦在有序开发中。
汽车方面，IGBT与动力电池电芯并称为电动车“双芯”，是影响电动汽车性能的关键元器件。电动汽车所使用的IGBT数量高达上百颗，是传统燃油车的7~10倍。其成本占整车成本的7%~10%。
中国汽车产业持续狂飙。据中汽协数据显示，2023年1-11月，中国汽车产销分别完成2711.1万辆和2693.8万辆，同比分别增长10%和10.8%。其此前预计，2023年我国汽车总销量为3000万辆左右。
今年，车规级IGBT年内的订单基本都被锁定，供不应求极为严重。作为IGBT全球龙头，英飞凌目前积压的汽车订单为290亿欧元，是汽车行业预期收入的2倍。时代电气在与机构交流中直言，从市场的订单状况来看，目前IGBT的需求很旺盛，很多重要客户选择签了3年的长约（2024-2026年）。宏微科技在接受机构调研时表示，公司在电动汽车主驱IGBT模块产品上形成了批量化供应，主要出货给整车和Tier1客户，汽车端订单饱满。
IGBT的现货与交期
再来看看今年IGBT的现货和交期情况。从库存周转天数来看，自2022年Q4开始，头部IGBT厂商的库存天数始终在升，这个趋势从年头一直持续到年尾。
具体来看，去年四季度，英飞凌、意法半导体、安森美的IGBT存货周转天数分别为117天、97天、127天；到了今年三季度升至143、110、152天。国内市场方面，整体的库存有所波动，但大趋势和国际大厂相差不大。不过，随着连续2个季度的库存管控，相关厂商的库存整体和Q1相比，已经有了明显的下降。
从订单、交期和价格来看，头部IGBT大厂整体状态全年处于饱满。相较于2022年英飞凌超负荷接单，排期超过一看年；安森美一季度全年产能售罄的状态，今年交期基本持续在39-50周左右。但是风光储IGBT等部分紧缺料交期还在52周以上。
SIC的2023
SIC一直被归类于第三代半导体中，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。
自从特斯拉大规模使用碳化硅模组以来，国内外众多车企跟进上车。从应用情况来看，SiC功率半导体首先在高性能车型中取得应用。国内如比亚迪汉EV、蔚来ET7、小鹏G9、吉利Smart精灵#1等量产车型均有搭载碳化硅器件。
不过，SIC器件的成本不便宜。安森美的数据显示，在650V产品上，SiC MOSFET的原厂报价，是硅基IGBT的3.2倍。在1200V产品上，硅基器件的原厂报价为后者的2.2倍。这也就是3月份，特斯拉宣布下一代电动车将削减75%的SiC(碳化硅)用量的原因。
实际上，碳化硅产业能否实现实质性突破，其根本在于性价比能否优于IGBT。芯联集成赵奇表示：“只有当碳化硅器件的成本达到对应IGBT器件成本的2.5倍以下时，才是碳化硅器件大批量进入商业化应用的时代。”随着SiC器件的工艺升级，成本进一步下降后，将逐步渗透到B级车和部分A级轿车。
不管怎么说，SIC还是引起了诸多大厂的兴趣，意法半导体甚至因此赚得盆满钵满。意法半导体从2017年开始量产碳化硅器件，已应用于特斯拉、华为、现代、雷诺、宝马、小鹏、比亚迪、 Rivian、吉利、长城汽车等多个Tier1厂商和汽车制造商产品中。据统计，目前全球已搭载意法半导体的碳化硅产品的量产乘用车已经超 300 万辆，车规级碳化硅出货量已经突破一亿。
今年的2023碳化硅器件可以说是扩产之年。博世、意法半导体、英飞凌等都与中国企业签订碳化硅合约。
今年5月，天岳先进、天科合达两大厂商均在其官微宣布，与国际半导体大厂英飞凌签订了供货协议。根据协议，天科合达和天岳先进将为英飞凌供应用于生产SiC半导体的6英寸（150mm）碳化硅晶圆和晶锭，两家企业的供应量均将占到英飞凌未来长期预测需求的两位数份额。未来也将提供200mm直径碳化硅材料，助力英飞凌向200mm直径晶圆的过渡。
今年6月，意法半导体在官网宣布，将同三安光电在中国重庆建立一个新的8英寸碳化硅器件合资制造厂。新的SiC制造厂计划于2025年第四季度开始生产，预计将于2028年全面落成，届时将更好地支持中国的汽车电气化、工业电力和能源等应用日益增长的需求。同时，三安光电将利用自有SiC衬底工艺，单独建造和运营一个新的8英寸SiC衬底制造厂，以满足该合资厂的衬底需求。
功率半导体的2024
IGBT供不应求，中国大陆是扩产主力
IGBT产能紧缺下，不少企业都选择扩产。一条新的芯片产线从开始建设到最后投产需要3年时间，长于大部分科技产品的扩产周期。
大部分6英寸、8英寸的晶圆厂折旧，由于成本效益问题，很少有6英寸、8英寸晶圆厂会扩大IGBT的产能。
不过有部分12英寸的晶圆厂已经开始生产IGBT，比如电装和联电子公司联合半导体日本有限公司（USJC）合作，今年正式进入量产。据介绍，新一代IGBT，与早期元件相比，新一代IGBT可减少20%的功率耗损。预计到2025年，两家合作的IGBT每月产量将达到10,000片晶圆。还有英飞凌、安森美在12英寸晶圆厂 IGBT生产上有所进展。2023年，英飞凌的IGBT扩产选在了中国。11月，英飞凌决定扩大其无锡工厂的IGBT模块生产线。无锡工厂扩产后，将成为英飞凌最大的IGBT生产基地之一。
在庞大市场需求带动下，新洁能、宏微科技、士兰微、斯达半导、时代电气等本土IGBT企业出货量大增，同时不断迭代新产品。
士兰集昕公司“年产36万片12英寸芯片生产线项目”已有部分设备到厂并投入生产，并且加快转12吋产线量产的进度；士兰集科加快车规级IGBT芯片、超结MOSFET、高性能低压分离栅MOSFET芯片的产出和上量，已具备月产2万片IGBT芯片的生产能力。
捷捷微电宣布对全资子公司捷捷半导体有限公司投建的“功率半导体6英寸晶圆及器件封测生产线建设项目”增加投资，由最初的5.1亿元上调至8.1亿元。
中芯集成在今年6月表示，将发力高端功率半导体代工市场。中芯集成已经建成了国内最大车规级IGBT制造基地，预计IGBT产能在今年底前超过12万片/月。
低、高压MOSFET将进一步分化
未来低、高压MOSFET市场或将进一步分化。中低MOSFET技术相对成熟，市场准入门槛较低。伴随着终端市场的快速发展，下游需求的激增将不断推动更多厂家涌入中低压MOSFET领域，市场竞争愈发激烈，最终出现产品拼价局面，导致利润空间受挤压。
反观高压MOSFET市场则有望持续增长。据Omdia统计，2020年度全球/中国高压超级结MOSFET产品的市场规模为9.4/4.2亿美元，并将于2024年达到10/4.4亿美元。伴随下游高压领域需求增长，高压MOSFET将迎市场份额提升。根据Yole数据，汽车将成为MOSFET最大增量市场，至2026年占MOSFET市场份额有望超30%，从而带动高压MOSFET市场增长。其中电动汽车和充电桩分别占比25%和8%。
SiC，加快上
在已上市车型中，800V快充技术大多只“标配”在高版本车型上，而入门或主打销量的中低版本车型依然沿用400V电池包。但今年，多款搭载800V平台的车型发布，包括哪吒S、小米MS11、智己LS6、阿维塔12、理想MEGA、极星5。
因此随着800V平台的车型发布，碳化硅会迎来更大的需求。明年SIC将加快上车，随着工厂的进一步扩产和建设，SIC的产能将日益充足。
前文提到的天岳先进、天科合达、三安光电等公司均斥资提高碳化硅晶圆/衬底产能，目前这些中国企业每月的总产能约为6万片。随着各公司产能释放，预计2024年月产能将达到12万片，年产能150万。业界乐观预计，2024年中国碳化硅晶圆在全球的占比有望达到50%。
