中國功率半導體的火從2020年開始燒起,在全球芯片短缺的需求缺口和中國擴大功率半導體產能的政策雙重助力下,中國功率半導體的發展已經初見成效。
這把功率半導體的火,是否還將越來越旺
功率半導體賽道火熱
承接2021年的緊張需求,功率半導體在2022年依舊供不應求。實際上功率半導體的特性就已經決定其發展的廣闊空間。
一方面,功率半導體屬于特色工藝產品,非尺寸依賴型,在制程方面不追求極致的線寬,不必遵循摩爾定律,而是需要專注結構、封裝技術以及基礎材料的迭代升級。另一方面,功率半導體是電力電子裝置的必備元件,全球市場規模穩定,在疫情影響下催生的汽車、工業、可再生能源和智能設備需求非常強勁。
正因如此,業內普遍看好功率半導體的市場前景,IGBT以及第三代半導體(如SiC、GaN)成為全球功率半導體企業集中發力方向。
安森美和英飛凌均傳出功率半導體訂單滿載的消息,瑞薩900億日元重啟甲府工廠,富士電機在2021年8月宣布追加投資400億日元(3.65億美元)擴充功率半導體產能,東芝也宣布將打造一座新的功率半導體12 英寸晶圓制造設施。
在市場的龐大需求下,我國功率半導體也早早起步。
當今的功率半導體市場由硅基器件主導,其中包括功率MOSFET、超級結MOSFET 和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。國內已經出現了多家MOSFET供應商,包括華潤微電子、士蘭微、揚杰科技、華微、新潔能、安世半導體、東微半導體、芯導科技、芯派科技、捷捷微電等;在IGBT方面,士蘭微、比亞迪半導體、斯達半導體、時代電氣、華大半導體也均有所布局。
從IDM和Foundry兩方面看,功率半導體選擇IDM模式似乎更好。例如,對于有著幾十年歷史的二極管、雙極管和MOSFET的英飛凌、ST、TI這類國際半導體巨頭,都在傳統功率半導體分立器件方面采用IDM模式。而國內企業中固锝、揚杰和華微等半導體廠商也同樣選擇IDM模式。
從資本方面看,從2008年-2020年我國功率半導體行業融資事件較少,平均每年發生一起融資事件。而在2021年,功率半導體開始受到資本關注,融資熱度陡然高漲。去年,發生融資事件共15起。2022年4月初,今年國內功率半導體企業就已官宣15筆融資。
在功率半導體產能方面,功率半導體對工藝制程的要求并不高。較低的資金門檻使得功率半導體有望率先成為國內廠商追趕國際先進水平。例如,士蘭微預計投資100億元新建的第二條12英寸生產線線寬65nm-90nm,可與意法半導體最先進的65nm BCD工藝相比肩。
2021年1月,聞泰科技位于上海臨港的12英寸晶圓廠動工,預計2022年7月投產,年產能約為40萬片;2021年6月,華潤微與大基金聯合投資75.5億元新建12英寸晶圓生產線,建成后預計將形成月產3萬片12英寸中高端功率半導體晶圓生產能力。
SEMI 稱,到 2023 年,中國大陸將成為全球功率和化合物半導體晶圓廠產能的領導者,占全球產能的最大份額,達到33%,其次是日本17%。
中國功率半導體會過剩嗎?
中國功率半導體是否過剩是一個偽命題。因為,中國是全球功率半導體最大需求國,2020年市場規模約153億美元,2021年增長至159億美元。而功率半導體用于所有電力電子領域,應用范圍涵蓋電源管理、計算機及外設設備、通信、消費電子、汽車電子、工業控制等多個領域。加上最近興起的新型領域如新能源汽車、可再生能源發電、變頻家電等將帶來的巨大需求缺口。
純電汽車的車載充電機(OBC)、DC-DC轉換器對于MOSFET的需求進一步增加,汽車車燈轉為LED大燈以后,MOSFET的需求量從原來每個車燈需要1顆增加至18顆。
傳統燃油車中僅有少量的IGBT單管用于發動機點火器,純電汽車的動力系統轉為電池以后,IGBT模塊成為電驅系統中逆變器的標配,此外新能源汽車在車載充電機(OBC)、DC-DC升壓器、電空調驅動也同樣需要用到IGBT單管。
預計2022年,國內新能源汽車銷量達到500萬輛,對應的增量需求為160萬片8英寸晶圓,折合13~14萬片月產能,如果2025年國內電動車銷量達到1000萬輛,對應增量需求為54-55萬片月產能。
截止2020年12月全球晶圓產能約為2082萬片/月(等效8英寸),中國大陸晶圓產能占比為15.3%,預計為318.4萬片/月(等效8英寸),國內主要晶圓廠12英寸產能約100萬片/月,8英寸產線約為115萬片/月。中信建投統計了國內所有功率半導體廠商新增產線的產能增量,預計2022年全年新增功率半導體產能為18萬片/月(等效8英寸)。
如果假設2022年國內新增電動車銷量為200萬臺,全球新增500萬臺電動車,所需要對應約250萬片8英寸的年產能,對應需要新增20.8萬片月產能,而全球功率半導體的新增產能幾乎都在中國,僅僅滿足全球的電動車的需求新增供給尚且不夠,如果考慮光伏需要的產能則供應缺口進一步增加。
自2020年下半年起,國內功率半導體需求呈現高景氣特征,疊加產能不足因素,供求出現顯著錯配。自2020年11月以來,相關功率半導體龍頭公司紛紛宣布提價。2021年2月,士蘭微發布部分產品品類漲價通知,包括MOS類、IGBT、SBD、FRD、功率對管等。
由此來看,中國功率半導體過剩的擔憂,完全沒有必要。
日本能否保住“功率半導體大國”的地位?
值得一提的是,日經認為功率半導體雖是有望提高設備節能性能的基礎零部件,中國供應過剩可能會和日本廠商激烈競爭,導致日本廠商收益惡化 。實際上,日經更多的是在為日本的功率半導體廠商擔心。
但其實這份擔心不無道理。Omdia報告顯示,2021年日本企業在功率半導體公司銷售額排名前十位中占據五席,分別是三菱電機(第四)、富士電機(第五)、東芝(第六)、瑞薩(第九)、ROHM(第十)。在2019—2021這三年間,這五家日本企業銷售額合計始終占前十名銷售總額的32%~33%左右。全球功率半導體公司前十中占據五席足以看出日本功率半導體的強勢。
但實際上,相較于2020年的市占率,日本的合計市占率下降的1.2個百分點。對于穩定保持功率半導體市占龍頭的日本,對“下降”并非是日本的杞人憂天。
日本廠商相對較小的規模,使其難以擴大生產和營銷規模。這使得日本廠商在英飛凌、意法等競爭對手不斷擴大客戶地理范圍的情況下陷入弱勢。例如,2021年,英飛凌在全球功率半導體市場中的份額已經達到21%,相當于日本前五大制造商的總和。
回顧日本功率半導體發展的歷史,日本廠商之所以能夠在功率半導體領域取得成功,在于日本以產業用途少量多品種定制需求為主,沒有卷入大尺寸晶圓演進帶來的設備投資競爭,可以靈活利用現有工廠來滿足需求。但是,隨著12英寸晶圓的發展,功率半導體也逐漸開始進入12英寸的賽道中,日本的小尺寸晶圓開始出現劣勢。
日本企業也發現了這一問題,當前正在努力拓展12英寸晶圓,強化功率半導體生產。例如,三菱電機在意大利米蘭附近建成了一座專用于功率和模擬半導體的12英寸晶圓工廠,預計將于2022年下半年投產。東芝也決定在其子公司加賀東芝電子內建造一座兼容12英寸晶圓的制造大樓,用于生產功率半導體。
盡管富士電機目前沒有12英寸的增產計劃,想要專注于8英寸的增產。但其2021年的銷售額比2019年增長了51%。富士電機表示,在電動汽車和可再生能源需求增加的背景下,決定將功率半導體的資本支出(包括對SiC功率半導體的投資)增加到1900億日元。
此外,最近日本半導體還出現了人才短缺的問題。日本電子信息產業協會估計,未來10年,日本8家大型生產商將需要招聘約3.5萬名工程師,以跟上投資的步伐。同時東芝、索尼也表示,日本工程師短缺威脅日本政府重振國內芯片產業。
該協會還表示:“2026-2030年是日本半導體行業重新站穩腳跟的‘最后也是最大’的機會。”在中國、韓國兩國奮力發展功率半導體的情況下,日本是否能夠守住“功率大國”的地位,已經成為一個問號。