功率半导体的作用主要是转换电能,控制电路,改变电压和频率,DC或交流电等。在电子设备中,它具有处理高电压和大电流的能力。
在过去很长一段时间里,功率半导体市场一直被欧美日等国外巨头牢牢占据。随着近年来新能源汽车的发展,很多本土企业也进入了这个市场。放眼市场,无论是传统的Si功率器件IGBT、MOSFET,还是以SiC、GaN等为代表的第三代半导体。,国内有企业布局。
01
IGBT市场爆发了。
2022年,中国IGBT行业进入爆发期。
中国汽车工业协会***新统计数据显示,2022年,我国新能源汽车持续爆发式增长,产销分别达到705.8万辆和688.7万辆,同比分别增长96.9%和93.4%,连续八年位居世界***。
作为新能源汽车的核心部件,IGBT的需求持续上升。IGBT芯片制造商包括英飞凌和安森美。这些大厂的平均发货时间都在一年以上。与此同时,欧美等海外电动车市场也开始进入快速增长期,他们会优先保证本地供应。因此,在供需紧张的情况下,国内IGBT厂商在车用IGBT领域的替代进程加快。
到2021年底,时代电气、斯隆微、华虹半导体的IGBT产能陆续投产,相关企业利润也快速增长。比如斯达半导体、士兰威、比亚迪半导体、时代电气、宏伟科技、华润微、信捷能等半导体公司的IGBT业务都有了很大的提升,车辆级的IGBT产品也在市场上取得了很大的突破。
根据DIGITIMES Research的统计和分析,2022年,由于电动汽车和光伏发电市场需求旺盛,在供给能力有限的情况下,整体供需缺口达到13.6%。对于中国市场,IGBT是近年来半导体和电动汽车布局的热点,但汽车级IGBT产品的国产化率仍然较低。
02
MOSFET收入超过1亿美元
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、高压电路中。它是电压覆盖面***广、应用***下游的功率器件之一。
随着新能源汽车的加速发展,汽车功率器件供应缺口扩大,以瑞萨为代表的大厂商逐渐退出部分中低压MOSFET市场。在供给优化和需求增加的驱动下,国内汽车动力装置制造商开始加速进入汽车供应链。
目前,士兰威和安石半导体在MOSFET市场份额上位居国内厂商前列。此外,华润微、杨洁科技、苏州固工、华为微电子、信捷能、东方半导体、捷杰微电子等国内厂商近年来在车载级MOSFET领域持续发展。
以士兰威、华润微、杨洁科技为代表的IDM已覆盖高压超结产品,并逐步扩大产品份额:士兰威已完成12英寸高压超结MOS工艺平台开发;华润微2022年Q1高压超级结产品收入突破1亿元;2022年,杨洁科技实现了Q1汽车MOS订单的大幅增长。
设计公司方面,以东威半导体、信捷能为代表的MOSFET厂商发展迅速:东威半导体2022年Q1高压超结MOS产品收入占比78.1%,车载充电器占比超过14%;信捷能2022年Q1超结MOS营收近1亿元(占比11.5%),汽车电子营收占比13%。
03
SiC持续超重
SiC作为第三代半导体材料,具有比硅更好的性能。它不仅具有较宽的带隙,还具有热导率高、饱和电子漂移率高、抗辐射能力强、热稳定性和化学稳定性好等优良特性。
SiC器件广泛应用于光伏逆变器、工业电源和充电桩市场,成为国内功率半导体厂商的必争之地。目前,Starr半先导车级SiC MOSFET模块已经开始大批量加载,并增加了一批使用车级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等器件领域逐步实现产品系列化;士兰威、文泰科技等企业也积极布局SiC器件的研发,并取得了阶段性进展。
面对市场需求的变化,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,相关计划中也有进展更新的消息。
04
花大钱“下注”
去年12月,华润微电子重庆12寸晶圆制造生产线和先进电源封测基地实现对接。其12英寸晶圆制造生产线项目总投资75.5亿元,功率半导体封装测试基地项目总投资42亿元。该线的顺利建成,标志着华润微车的功率器件产业基地已初具规模,并将继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,CRRC时代功率半导体器件核心制造产业园项目开工。该项目计划总投资超过52亿元。项目建成投产后,可增加年产36万片8英寸中低压元件基板的生产能力,产品主要面向新能源发电和工业家电领域。
去年6月,士兰威投资建设“年产720万辆汽车电源模块封装项目”,总投资30亿元。随后,10月份又投入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)。
05
当前的困境
可见我国功率半导体发展如火如荼,各大厂商大踏步前进。然而,在功率半导体行业仍有许多问题需要克服。
国内整体产出率还是低的。我国功率半导体产业增速快于全球,但总体来看,本土功率半导体器件自给率仍然较低,器件制造与自给之间存在巨大的供需缺口。根据中国商业产业研究院的数据,2020年国内功率半导体市场需求将达到56亿美元,约占全球需求的39%。中国是世界上***大的电力设备消费国,但国内电力设备整体自给率不到10%,自给率很低。90%以上的需求仍然依赖进口。
缺乏行业***。根据Omdia公布的2021年功率半导体市场十大厂商排名,英飞凌***,安森排名第二,意法半导体排名第三,中国仅文泰科技旗下安石半导体排名第八。可见,与美日欧强大的市场份额相比,中国还有不小的差距。
该产品处于劣势。功率半导体器件确实需要经过多重验证才能上车。目前,由意法半导体、英飞凌等公司设计和生产的SiC MOSFET。已经被大规模搬上火车。中国的斯达半导体和比亚迪半导体还处于小批量供货阶段。但随着技术的逐步突破,国内功率半导体产品正在逐步完成整车法规认证。
06
中国的英飞凌什么时候能用完?
***近,士兰威发布了一份关于从特定目标融资65亿元***以开发多种产品的报告,包括SiC和IGBT等功率器件。在报告中,士兰威分享了他们对功率半导体,尤其是中国功率半导体行业的看法。
史在报告中指出:
近年来,功率半导体行业呈现出稳步增长的趋势。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,以及物联网、通信、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将持续增长。根据IHS Markit的预测,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***大的新能源汽车市场,在车用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%,供需缺口巨大。而功率半导体器件技术迭代速度慢,服务周期长,国内厂商有足够的时间发展和追赶。
正如史所说,功率半导体采用的是不依赖尺寸的特色工艺,不追求7nm、5nm等先进工艺。所以功率半导体比逻辑ic工艺技术难度小,同时不需要投入几百亿的生产线,国内厂商更容易在技术上赶上。
根据中国半导体行业协会的数据,2021年中国十大功率半导体企业分别是安石半导体、华润微、杨洁科技、士兰威、华为微电子、杰杰微电子、斯达半导体、新杰能、比亚迪半导体、时代电气。在十强企业中,安盛半导体产品覆盖***全面,基本覆盖了二极管、MOS、IGBT、SiC等主要产品线。此外,士兰威、华润微、杨洁科技等老牌功率器件厂商的产品已经基本覆盖了市场主流的MOS、IGBT产品;比亚迪半导体和时代电气背靠母公司,终端市场强大,相关功率器件产品不仅自用,还走向市场,开始批量交付给其他大客户。
中国拥有一个增长***快、潜力***大的功率半导体应用特色市场,且市场比重持续增加。未来随着技术水平的提高和管理经验的积累,国内相关企业有望进一步形成对国外企业的竞争优势,占据更大的市场空间。
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