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。
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，加快上车
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%。
