功率半導體，又稱電力電子器件或功率電子器件，是電子產(chǎn)業(yè)鏈中最核心的器件之一。中國作為全球最大的功率半導體消費國，貢獻了約 40% 的功率半導體市場。MOSFET 和 IGBT 為功率半導體產(chǎn)品主力。

2023 年，半導體正式步入下行周期。在下行的背景下，整個行業(yè)都面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。功率半導體在瑟瑟的寒風中，卻顯得與眾不同。本文中，我們將一起看看功率半導體的 2023 以及 2024 的變化情況。

MOSFET 的 2023

先來看看 MOSFET 的情況。MOSFET 器件具有開關速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好等特點，廣泛應用于低中高壓的電路中，是覆蓋電壓范圍最廣，下游應用最多的功率器件之一。

今年，低、高壓 MOSFET 市場分化。從供應中，低壓 MOSFET 供貨情況緩解，低壓 MOSFET 的交付周期約為 46 周或更長時間；高壓 MOSFET 的交付周期為 50 周以上；中高壓汽車 MOSFET 的短缺問題一直持續(xù)到年底。

高、低壓 MOSFET 的整體貨期和價格趨勢略有不同，與下游需求結(jié)構(gòu)性分化不無關系。低壓 MOSFET 大量應用于消費性電子中，中、高壓 MOSFET 則用于工業(yè)、通訊、電動車等產(chǎn)業(yè)，技術(shù)要求與產(chǎn)品需求有不斷提高的趨勢。從目前的市場來看，消費、部分工業(yè)類需求偏弱，汽車、光伏等新能源需求仍強勁。因此市場對低、高壓 MOSFET 的需求也不一致。

IGBT 的 2023

再來看看 IGBT 的情況。根據(jù) Yole 預測，至 2026 年，全球 IGBT 市場規(guī)模將達到 121 億美元，2019 年至 2026 年復合增長率達 13.1%。中國是全球 IGBT 最大的消費市場，根據(jù)預測，至 2026 年，國內(nèi) IGBT 市場規(guī)模將達到 35 億美元。

自問世以來，IGBT 不斷進行技術(shù)迭代，主要向著降低開關損耗和創(chuàng)建更薄的結(jié)構(gòu)方向改善和發(fā)展。其在縱向結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)以及硅片加工工藝方面不斷升級改進，共經(jīng)歷了七次大型技術(shù)演變，各項指標在演變中不斷優(yōu)化。目前，IGBT 芯片已經(jīng)迭代至第七代精細溝槽柵場截止型 IGBT，但考慮成本后，應用最廣泛的仍是 IGBT 第四代產(chǎn)品。

市場表現(xiàn)

3 月份 IGBT 出現(xiàn)大缺貨，不僅價格漲翻天，業(yè)界更以「不是價格多高的問題，而是根本買不到」來形容缺貨盛況。之后特斯拉宣布要大砍 SIC 用量，IGBT 更是成為了潛在方案?？梢哉f，今年全球 IGBT 持續(xù)緊缺。

導致 IGBT 缺貨、漲價的原因主要有四點：其一，需求旺盛，車用、工業(yè)應用所需 IGBT 用量大增；其二，供給不足，產(chǎn)能擴增緩慢；其三，風光儲需求旺盛帶動 IGBT 需求強勁；其四，特斯拉大砍 75% 碳化硅用量。

光伏方面，光伏逆變器是太陽能光伏系統(tǒng)的心臟，而 IGBT 是光伏逆變器的核心器件。從需求側(cè)看，2023 年光伏產(chǎn)業(yè)還在持續(xù)發(fā)展，今年前三季度，全球光伏市場的增長速度都超過了多數(shù)行業(yè)分析師的預期。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2023 年全球?qū)⑿略?280-330GW，其中中國裝機量有望達 95-120GW，繼續(xù)保持快速增長勢頭。

來源：中國光伏行業(yè)協(xié)會

IGBT 作為光伏逆變器的核心元器件，一定會受到這一市場發(fā)展的直接帶動。光伏儲能用 IGBT 模塊尤其是大功率模塊、大電流單管等產(chǎn)品，非常緊俏。由于國內(nèi)廠商暫時只導入了 IGBT 單管，在模塊方面還沒有太多份額，基本由海外巨頭主導，英飛凌和安森美占據(jù)了全球光伏 IGBT 80% 以上的份額。

不過，今年國內(nèi)廠商也有所動作，士蘭微在三季度財報交流會上表示，已經(jīng)在用新一代 IGBT 產(chǎn)品去爭取光伏市場更多的份額，已經(jīng)有很好的方案，預計 2024 上半年會有突破性進展。新潔凈能在光伏領域增速很快，在光伏儲能領域，公司的 IGBT 產(chǎn)品已經(jīng)大量供應國內(nèi) 80% 以上的 TOP10 企業(yè)。從上年財報來看，新潔能的新品大電流 IGBT 單管逐漸上量，IGBT 模塊產(chǎn)品在客戶端的驗證順利推進，更大功率的 IGBT 模塊產(chǎn)品亦在有序開發(fā)中。

汽車方面，IGBT 與動力電池電芯并稱為電動車「雙芯」，是影響電動汽車性能的關鍵元器件。電動汽車所使用的 IGBT 數(shù)量高達上百顆，是傳統(tǒng)燃油車的 7~10 倍。其成本占整車成本的 7%~10%。

中國汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)狂飆。據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2023 年 1-11 月，中國汽車產(chǎn)銷分別完成 2711.1 萬輛和 2693.8 萬輛，同比分別增長 10% 和 10.8%。其此前預計，2023 年我國汽車總銷量為 3000 萬輛左右。

今年，車規(guī)級 IGBT 年內(nèi)的訂單基本都被鎖定，供不應求極為嚴重。作為 IGBT 全球龍頭，英飛凌目前積壓的汽車訂單為 290 億歐元，是汽車行業(yè)預期收入的 2 倍。時代電氣在與機構(gòu)交流中直言，從市場的訂單狀況來看，目前 IGBT 的需求很旺盛，很多重要客戶選擇簽了 3 年的長約（2024-2026 年）。宏微科技在接受機構(gòu)調(diào)研時表示，公司在電動汽車主驅(qū) IGBT 模塊產(chǎn)品上形成了批量化供應，主要出貨給整車和 Tier1 客戶，汽車端訂單飽滿。

IGBT 的現(xiàn)貨與交期

再來看看今年 IGBT 的現(xiàn)貨和交期情況。從庫存周轉(zhuǎn)天數(shù)來看，自 2022 年 Q4 開始，頭部 IGBT 廠商的庫存天數(shù)始終在升，這個趨勢從年頭一直持續(xù)到年尾。

具體來看，去年四季度，英飛凌、意法半導體、安森美的 IGBT 存貨周轉(zhuǎn)天數(shù)分別為 117 天、97 天、127 天；到了今年三季度升至 143、110、152 天。國內(nèi)市場方面，整體的庫存有所波動，但大趨勢和國際大廠相差不大。不過，隨著連續(xù) 2 個季度的庫存管控，相關廠商的庫存整體和 Q1 相比，已經(jīng)有了明顯的下降。

從訂單、交期和價格來看，頭部 IGBT 大廠整體狀態(tài)全年處于飽滿。相較于 2022 年英飛凌超負荷接單，排期超過一看年；安森美一季度全年產(chǎn)能售罄的狀態(tài)，今年交期基本持續(xù)在 39-50 周左右。但是風光儲 IGBT 等部分緊缺料交期還在 52 周以上。

SIC 的 2023

SIC 一直被歸類于第三代半導體中，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優(yōu)勢，更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

自從特斯拉大規(guī)模使用碳化硅模組以來，國內(nèi)外眾多車企跟進上車。從應用情況來看，SiC 功率半導體首先在高性能車型中取得應用。國內(nèi)如比亞迪漢 EV、蔚來 ET7、小鵬 G9、吉利 Smart 精靈 #1 等量產(chǎn)車型均有搭載碳化硅器件。

不過，SIC 器件的成本不便宜。安森美的數(shù)據(jù)顯示，在 650V 產(chǎn)品上，SiC MOSFET 的原廠報價，是硅基 IGBT 的 3.2 倍。在 1200V 產(chǎn)品上，硅基器件的原廠報價為后者的 2.2 倍。這也就是 3 月份，特斯拉宣布下一代電動車將削減 75% 的 SiC(碳化硅) 用量的原因。

實際上，碳化硅產(chǎn)業(yè)能否實現(xiàn)實質(zhì)性突破，其根本在于性價比能否優(yōu)于 IGBT。芯聯(lián)集成趙奇表示：「只有當碳化硅器件的成本達到對應 IGBT 器件成本的 2.5 倍以下時，才是碳化硅器件大批量進入商業(yè)化應用的時代?！闺S著 SiC 器件的工藝升級，成本進一步下降后，將逐步滲透到 B 級車和部分 A 級轎車。

不管怎么說，SIC 還是引起了諸多大廠的興趣，意法半導體甚至因此賺得盆滿缽滿。意法半導體從 2017 年開始量產(chǎn)碳化硅器件，已應用于特斯拉、華為、現(xiàn)代、雷諾、寶馬、小鵬、比亞迪、 Rivian、吉利、長城汽車等多個 Tier1 廠商和汽車制造商產(chǎn)品中。據(jù)統(tǒng)計，目前全球已搭載意法半導體的碳化硅產(chǎn)品的量產(chǎn)乘用車已經(jīng)超 300 萬輛，車規(guī)級碳化硅出貨量已經(jīng)突破一億。

今年的 2023 碳化硅器件可以說是擴產(chǎn)之年。博世、意法半導體、英飛凌等都與中國企業(yè)簽訂碳化硅合約。

今年 5 月，天岳先進、天科合達兩大廠商均在其官微宣布，與國際半導體大廠英飛凌簽訂了供貨協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，天科合達和天岳先進將為英飛凌供應用于生產(chǎn) SiC 半導體的 6 英寸（150mm）碳化硅晶圓和晶錠，兩家企業(yè)的供應量均將占到英飛凌未來長期預測需求的兩位數(shù)份額。未來也將提供 200mm 直徑碳化硅材料，助力英飛凌向 200mm 直徑晶圓的過渡。

今年 6 月，意法半導體在官網(wǎng)宣布，將同三安光電在中國重慶建立一個新的 8 英寸碳化硅器件合資制造廠。新的 SiC 制造廠計劃于 2025 年第四季度開始生產(chǎn)，預計將于 2028 年全面落成，屆時將更好地支持中國的汽車電氣化、工業(yè)電力和能源等應用日益增長的需求。同時，三安光電將利用自有 SiC 襯底工藝，單獨建造和運營一個新的 8 英寸 SiC 襯底制造廠，以滿足該合資廠的襯底需求。

功率半導體的 2024

IGBT 供不應求，中國大陸是擴產(chǎn)主力

IGBT 產(chǎn)能緊缺下，不少企業(yè)都選擇擴產(chǎn)。一條新的芯片產(chǎn)線從開始建設到最后投產(chǎn)需要 3 年時間，長于大部分科技產(chǎn)品的擴產(chǎn)周期。

大部分 6 英寸、8 英寸的晶圓廠折舊，由于成本效益問題，很少有 6 英寸、8 英寸晶圓廠會擴大 IGBT 的產(chǎn)能。

不過有部分 12 英寸的晶圓廠已經(jīng)開始生產(chǎn) IGBT，比如電裝和聯(lián)電子公司聯(lián)合半導體日本有限公司（USJC）合作，今年正式進入量產(chǎn)。據(jù)介紹，新一代 IGBT，與早期元件相比，新一代 IGBT 可減少 20% 的功率耗損。預計到 2025 年，兩家合作的 IGBT 每月產(chǎn)量將達到 10,000 片晶圓。還有英飛凌、安森美在 12 英寸晶圓廠 IGBT 生產(chǎn)上有所進展。2023 年，英飛凌的 IGBT 擴產(chǎn)選在了中國。11 月，英飛凌決定擴大其無錫工廠的 IGBT 模塊生產(chǎn)線。無錫工廠擴產(chǎn)后，將成為英飛凌最大的 IGBT 生產(chǎn)基地之一。

在龐大市場需求帶動下，新潔能、宏微科技、士蘭微、斯達半導、時代電氣等本土 IGBT 企業(yè)出貨量大增，同時不斷迭代新產(chǎn)品。

士蘭集昕公司「年產(chǎn) 36 萬片 12 英寸芯片生產(chǎn)線項目」已有部分設備到廠并投入生產(chǎn)，并且加快轉(zhuǎn) 12 吋產(chǎn)線量產(chǎn)的進度；士蘭集科加快車規(guī)級 IGBT 芯片、超結(jié) MOSFET、高性能低壓分離柵 MOSFET 芯片的產(chǎn)出和上量，已具備月產(chǎn) 2 萬片 IGBT 芯片的生產(chǎn)能力。

捷捷微電宣布對全資子公司捷捷半導體有限公司投建的「功率半導體 6 英寸晶圓及器件封測生產(chǎn)線建設項目」增加投資，由最初的 5.1 億元上調(diào)至 8.1 億元。

中芯集成在今年 6 月表示，將發(fā)力高端功率半導體代工市場。中芯集成已經(jīng)建成了國內(nèi)最大車規(guī)級 IGBT 制造基地，預計 IGBT 產(chǎn)能在今年底前超過 12 萬片/月。

低、高壓 MOSFET 將進一步分化

未來低、高壓 MOSFET 市場或?qū)⑦M一步分化。中低 MOSFET 技術(shù)相對成熟，市場準入門檻較低。伴隨著終端市場的快速發(fā)展，下游需求的激增將不斷推動更多廠家涌入中低壓 MOSFET 領域，市場競爭愈發(fā)激烈，最終出現(xiàn)產(chǎn)品拼價局面，導致利潤空間受擠壓。

反觀高壓 MOSFET 市場則有望持續(xù)增長。據(jù) Omdia 統(tǒng)計，2020 年度全球/中國高壓超級結(jié) MOSFET 產(chǎn)品的市場規(guī)模為 9.4/4.2 億美元，并將于 2024 年達到 10/4.4 億美元。伴隨下游高壓領域需求增長，高壓 MOSFET 將迎市場份額提升。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，汽車將成為 MOSFET 最大增量市場，至 2026 年占 MOSFET 市場份額有望超 30%，從而帶動高壓 MOSFET 市場增長。其中電動汽車和充電樁分別占比 25% 和 8%。

SiC，加快上車

在已上市車型中，800V 快充技術(shù)大多只「標配」在高版本車型上，而入門或主打銷量的中低版本車型依然沿用 400V 電池包。但今年，多款搭載 800V 平臺的車型發(fā)布，包括哪吒 S、小米 MS11、智己 LS6、阿維塔 12、理想 MEGA、極星 5。

因此隨著 800V 平臺的車型發(fā)布，碳化硅會迎來更大的需求。明年 SIC 將加快上車，隨著工廠的進一步擴產(chǎn)和建設，SIC 的產(chǎn)能將日益充足。

前文提到的天岳先進、天科合達、三安光電等公司均斥資提高碳化硅晶圓/襯底產(chǎn)能，目前這些中國企業(yè)每月的總產(chǎn)能約為 6 萬片。隨著各公司產(chǎn)能釋放，預計 2024 年月產(chǎn)能將達到 12 萬片，年產(chǎn)能 150 萬。業(yè)界樂觀預計，2024 年中國碳化硅晶圓在全球的占比有望達到 50%。