功率半導(dǎo)體“扶搖直上”全因搭上新能源汽車，產(chǎn)業(yè)鏈機會如何把握？
關(guān)鍵詞： 半導(dǎo)體 新能源汽車 消費電子
無獨有偶，北京君正、匯頂科技、卓勝微等主攻消費電子的企業(yè)，其凈利潤都出現(xiàn)了下滑，甚至有的企業(yè)凈利潤下滑達到了49.61%，接近50%。
而功率半導(dǎo)體的風(fēng)景獨好。當整個行業(yè)都在忙于去庫存時，功率半導(dǎo)體成為唯一的例外。安森美及英飛凌的車規(guī)MOSFET等產(chǎn)品價格持續(xù)高位，IGBT始終是短缺的貨源，SIC更是乘著汽車的大風(fēng)，需求一路“扶搖直上”。
功率半導(dǎo)體IDM龍頭華潤微在談到業(yè)績營收增長的情況時表示：“公司工控及汽車電子在營收中的占比不斷提升，占比近50%。消費類目前尚未見明顯好轉(zhuǎn)?！?/span>
當消費電子需求降至冰點，新能源汽車的爆發(fā)帶來了功率半導(dǎo)體的新增長點。
功率半導(dǎo)體“攀上”了汽車
要了解功率半導(dǎo)體是如何”攀上“汽車的，還得從汽車的火爆開始說起。
眾所周知，在市場對節(jié)能減排和駕駛舒適性的更高要求下，新能源汽車逐步走向時代舞臺中央。全球來看，2022年全球純電動汽車銷量達到780萬輛，同比增長68%，而在全球新車銷量下滑1%的背景下，這更加突顯出新能源汽車的強勁增長。更加值得注意的是，我國新能源汽車的產(chǎn)銷已經(jīng)連續(xù)8年保持全球第一。
新能源汽車的閃亮登場，背后是對功率半導(dǎo)體需求的大幅增加。據(jù)Strategy Analytics測算，傳統(tǒng)燃油車功率半導(dǎo)體用量僅71美元，而新能源汽車上功率半導(dǎo)體用量至少翻番，純電動車(BEV)上更是大幅增長至384美元，增幅高達441%。
也就是說，生產(chǎn)一臺電動汽車需要的功率半導(dǎo)體遠比之前多得多。新能源汽車的火爆帶來了對于功率半導(dǎo)體的需求增長，但碰巧遇上了半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的供應(yīng)不足，這就帶來了長期以來的“缺芯”。
實際上，產(chǎn)業(yè)內(nèi)一直在說的缺芯中，就是汽車的芯片缺貨最嚴重。在汽車工廠不斷尋找芯片的時候，小鵬汽車董事長何小鵬甚至有一次在微博上用可達鴨玩偶急求汽車芯片。
雖然半導(dǎo)體供應(yīng)鏈在2022年已經(jīng)恢復(fù)，消費電子還出現(xiàn)庫存積壓的情況，但目前來說，汽車對于功率半導(dǎo)體的需求仍然沒有緩解。
車規(guī)功率半導(dǎo)體，交貨期一再延長，截至2022年11月，功率半導(dǎo)體的交貨時間已從5月底的31~51周延長至39~64周。
IGBT成為短缺的大戶，全球知名元器件分銷商富昌電子公布了2023年半導(dǎo)體產(chǎn)品Q1貨期，從交貨周期看，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。
業(yè)界人士談IGBT缺貨現(xiàn)象，直言“漲價搶貨已不是新鮮事，不是價格多高的問題，而是根本買不到”，其分析這波缺貨潮還會延續(xù)一陣子。
正是在這場“新能源”的風(fēng)暴中，攀上汽車大生意的功率半導(dǎo)體企業(yè)賺的盆滿缽滿。
以國際功率半導(dǎo)體龍頭英飛凌為例來看，在這波動的下行周期中，英飛凌發(fā)布了最好的業(yè)績。英飛凌發(fā)布的財報顯示，在截至9月30日的第四財季，其營收41.43億歐元，同比增長38%至11.36億歐元；同期利潤達到7.35億歐元，同比增長58%。
品類眾多，市場規(guī)模高達452 億美元
從發(fā)展歷程來看，20世紀50年代，功率二極管、功率三極管面世并應(yīng)用于工業(yè)和電力系統(tǒng)；20世紀60至70年代，晶閘管等半導(dǎo)體功率器件快速發(fā)展；20世紀70年代末，平面型功率MOSFET發(fā)展起來；20世紀80年代后期，溝槽型功率MOSFET和IGBT逐步面世，半導(dǎo)體功率器件正式進入電子應(yīng)用時代；20世紀90年代，超結(jié)MOSFET逐步出現(xiàn)，打破傳統(tǒng)“硅限”以滿足大功率和高頻化的應(yīng)用需求。
技術(shù)演進方面，隨著社會電氣化程度的不斷提高，功率半導(dǎo)體器件從早期簡單的二極管逐漸向高性能、集成化方向發(fā)展。從結(jié)構(gòu)和等效電路圖看，為滿足更廣泛的應(yīng)用需求和復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，器件設(shè)計及制造難度逐漸提高。
以功率MOSFET為例，技術(shù)驅(qū)動的性能提升主要包括三個方面：更高的開關(guān)頻率、更高的功率密度以及更低的功耗。為了實現(xiàn)更高的性能指標，MOSFET器件主要經(jīng)歷了工藝進步、器件結(jié)構(gòu)改進與使用寬禁帶材料等幾個方面的演進。在制造工藝上，線寬制程從10 微米縮減至0.15-0.35 微米，提升了功率器件的密度、品質(zhì)因數(shù)（FOM）以及開關(guān)效率；在器件結(jié)構(gòu)改進方面，功率器件經(jīng)歷了平面（Planar）、溝槽（Trench）、超級結(jié)（Super Junction）等器件結(jié)構(gòu)的變化，進一步提高了器件的功率密度和工作頻率；而在材料方面，新興的第三代半導(dǎo)體功率器件采用了碳化硅（SiC）、氮化鎵(GaN)材料，進一步提升了器件的開關(guān)特性、降低了功耗，也改善了其高溫特性。
發(fā)展至今，按照類別的不同，功率半導(dǎo)體逐漸形成了功率IC 和功率器件兩大類。其中，MOSFET和IGBT屬于電壓控制型開關(guān)器件，相比于功率三極管、晶閘管等電流控制型開關(guān)器件，具有易于驅(qū)動、開關(guān)速度快、損耗低等特點，逐漸成為功率器件的主流產(chǎn)品，目前二者合計占比約為71%。
市場規(guī)模方面，根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)，2020年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模達到 452 億美元，其中功率 IC 市場規(guī)模為 243 億美元，功率器件市場規(guī)模為 209 億美元。功率器件中，二極管、晶閘管、BJT、功率 MOS 和 IGBT 的市場規(guī)模分別為 38.7 億美元、4.7 億美元、18.1 億美元、81 億美元和 66.5 億美元。隨著“雙碳”政策的逐步推進，據(jù)其預(yù)測到2024年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模達到522億美元。
作為全球最大的功率半導(dǎo)體消費國，2020年中國功率半導(dǎo)體市場規(guī)模達到172 億美元，占全球市場比例高達38%。預(yù)計未來中國功率半導(dǎo)體將繼續(xù)保持平穩(wěn)增長，2024 年市場規(guī)模有望達到206 億美元。
產(chǎn)業(yè)鏈細分市場
功率半導(dǎo)體上游為各類原材料及設(shè)備；中游包括二極管、晶體管、晶閘管、AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC變換器、電源管理芯片、驅(qū)動芯片等；下游應(yīng)用于消費電子、新能源汽車、光伏產(chǎn)業(yè)、工業(yè)控制、智能電網(wǎng)、家用電器、軌道交通等領(lǐng)域。
上游分析
1.半導(dǎo)體設(shè)備
國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備廠商厚積薄發(fā),產(chǎn)品驗證與新機研發(fā)齊頭并進,品線擴張與設(shè)備放量賦能長期高成長，市場規(guī)模增速明顯。2021年，中國半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模達1993.35億元，同比增長達58.1%，連續(xù)兩年成為全球第一大半導(dǎo)體設(shè)備市場。預(yù)計2022年市場規(guī)模將進一步增長至2745.15億元。
2.硅片
硅片是半導(dǎo)體領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一種，在晶圓生產(chǎn)中占據(jù)了35%的市場份額。2020年全球半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模達112億美元，與2019年持平，沒有出現(xiàn)下滑趨勢。目前全球硅片市場供不應(yīng)求現(xiàn)象明顯，價格不斷上漲。受益于硅片行業(yè)景氣度提升，需求不斷增長，預(yù)計2022年市場規(guī)模將增長至121億美元。
3.光刻膠
近年來，電子信息產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代速度加快，半導(dǎo)體、顯示面板產(chǎn)業(yè)東移，國內(nèi)光刻膠需求量快速增長，市場前景廣闊。2020年中國光刻膠市場規(guī)模達84億元，同比增長3.19%，預(yù)計2022年將進一步增長至98.6億元。
中游分析
1.市場規(guī)模
隨著“智能制造”和“新基建”等國家政策的深入推進，以及雙碳戰(zhàn)略的落實，功率半導(dǎo)體作為實現(xiàn)電氣化系統(tǒng)自主可控以及節(jié)能環(huán)保的核心零部件，在智能電網(wǎng)、新能源汽車等領(lǐng)域需求量將大幅提升。中國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈正在日趨完善，技術(shù)也在不斷突破，2021年中國功率半導(dǎo)體市場規(guī)模約為183億美元，同比增長6.4%，預(yù)計2022年將進一步增長至191億美元。
2.市場結(jié)構(gòu)
目前功率半導(dǎo)體市場中占比最多的是功率IC，以54.3%的占比成為功率半導(dǎo)體第一大細分市場，功率IC包括的電源管理芯片、驅(qū)動芯片、AC/DC轉(zhuǎn)換器等；MOSFET、功率二極管、IGBT占比分別為16.4%、14.8%、12.4%。
3.細分市場
（1）電源管理芯片
電源管理芯片是除MCU之外最緊缺的芯片品類之一，供應(yīng)嚴重短缺，行業(yè)高度景氣。近年來，中國電源管理芯片市場規(guī)模一直保持增長，2020年中國電源管理芯片市場規(guī)模達118億美元，占全球約35.9%市場份額。未來幾年，隨著國產(chǎn)電源管理芯片的應(yīng)用拓展，市場規(guī)模仍將快速增長，預(yù)計2022年市場規(guī)模將增長至149.6億美元。
（2）驅(qū)動芯片
驅(qū)動芯片是放大控制電路的信號使其能夠驅(qū)動功率晶體管的中間電路，其被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、電源、能源以及汽車等領(lǐng)域。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的扶持鼓勵、顯示面板產(chǎn)業(yè)鏈向大陸轉(zhuǎn)移加速以及終端應(yīng)用領(lǐng)域的需求提升，中國驅(qū)動芯片出貨也逐年穩(wěn)定增長。2021年，中國驅(qū)動芯片出貨量381.73億顆，同比增長8.3%，預(yù)計2022年出貨量將進一步增長至417.14億顆。
（3）IGBT
IGBT廣泛應(yīng)用于電機節(jié)能、軌道交通、新能源汽車等領(lǐng)域。目前電動車是驅(qū)動IGBT需求的主要動力，受益于國內(nèi)新能源車的高速發(fā)展，中國IGBT產(chǎn)量快速增長。2021年中國IGBT產(chǎn)量為2580萬只,同比增長27.7%，預(yù)計2022年將大幅增長至4120萬只。
4.競爭格局
目前中國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，市場主要由國外企業(yè)主導(dǎo)，市場集中度不高，前五企業(yè)市場份額占比低于40%。其中市場份額最高的是英飛凌，占比達12.99%。其次分別為安森美、德州儀器、戴濼格、高通，占比分別為7.89%、7.01%、5.34%、5.07%。
下游分析
1.新能源汽車
新能源汽車電池動力模塊都需要功率半導(dǎo)體，混合動力汽車的功率器件占比達40%，純電動汽車的功率器件占比達55%。相比傳統(tǒng)汽車，新能源車隊功率半導(dǎo)體需求提升接近9倍，功率半導(dǎo)體在新能源汽車領(lǐng)域潛力巨大。
中國是全球最大的新能源汽車市場，新能源汽車市場發(fā)展速度快。2021年中國新能源汽車銷量達333.41萬輛，同比增長167.64%，預(yù)計2022年將進一步增長至465.43萬輛。
2.光伏產(chǎn)業(yè)
在光伏行業(yè)中,功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用在逆變器中,功率半導(dǎo)體器件IGBT是光伏逆變器的核心零部件。逆變器是光伏系統(tǒng)并網(wǎng)的必要設(shè)備，光伏裝機容量的不斷增長帶動逆變器行業(yè)增長，同時也為功率半導(dǎo)體行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供動力。
在“雙控”及“雙碳”政策的推動下，中國光伏產(chǎn)業(yè)制造端發(fā)展向好。近年來，中國光伏發(fā)電累計裝機容量保持增長。截止至2022年7月，中國光伏發(fā)電累計裝機容量為34351萬千瓦，同比增長26.7%。
