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【核芯觀察】功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈分析(二)

Hobby觀察 ? 來源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:梁浩斌 ? 2023-07-30 03:13 ? 次閱讀

前言:核芯產(chǎn)業(yè)梳理是電子發(fā)燒友編輯部出品的深度系列專欄,目的是用最直觀的方式令讀者盡快理解電子產(chǎn)業(yè)架構(gòu),理清上、中、下游的各個環(huán)節(jié),同時迅速了解各大細(xì)分環(huán)節(jié)中的行業(yè)現(xiàn)狀。功率半導(dǎo)體是大多數(shù)電力能源使用過程中必須要用到的器件,無論是由電池、發(fā)電機(jī)等提供的電能,大多都需要由功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換后才能夠供給用電設(shè)備使用。隨著綠色能源以及電動汽車的發(fā)展,功率半導(dǎo)體迎來新一輪增長。本期核芯觀察將分析功率半導(dǎo)體的市場格局現(xiàn)狀。


功率半導(dǎo)體市場現(xiàn)狀

功率半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,跟隨市場需求的變動,經(jīng)歷過器件耐壓等級、效率提升等歷程,這些需求變動來源于電力使用場景的變化,同時這些變化也是市場驅(qū)動的動力來源。包括從消費(fèi)電子的小尺寸低電壓,到變頻白電、工控、新能源等應(yīng)用中,大功率高電壓高可靠的功率器件。
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根據(jù)Yole的預(yù)測數(shù)據(jù),2022年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模約478億美元,細(xì)分來看的話,功率半導(dǎo)體市場三大部分中,功率IC市場規(guī)模達(dá)到262億美元,在整個功率半導(dǎo)體市場中占比54.8%;功率分立器件市場規(guī)模為144億美元。占比30.1%;功率模塊市場規(guī)模72億美元,占比15.1%。

可以看到功率IC的占比超過一半,這主要得益于消費(fèi)電子領(lǐng)域的小型化、高能效趨勢,使得集成度更高的功率IC受到青睞。比如智能手機(jī)市場中,在過去20多年中智能手機(jī)的性能越來越強(qiáng)大,功能越來越多,集成度越來越高,功率IC在簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化電源效率方面有很大幫助。

比如過往在手機(jī)上各個部分的供電大量采用LDO,但隨著需求的提高,轉(zhuǎn)換效率更高、升降壓同時適用的DC/DC開始取代LDO。為了進(jìn)一步提升集成度和簡化系統(tǒng)電路設(shè)計(jì),市場上又出現(xiàn)了電源管理單元(PMU)產(chǎn)品,它集成了多個電源管理組件,可以單個IC實(shí)現(xiàn)以往多個IC的功能。

不過隨著電動汽車、光伏、風(fēng)力等大功率電力應(yīng)用需求爆發(fā),未來功率IC市場的增長速度將會低于功率器件市場的增速。
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功率器件包括功率分立器件和功率模塊,細(xì)分來看,分立器件和功率模塊中占比最大的是MOSFETIGBT模塊,2022年的市場規(guī)模分別約83.5億美元和54.4億美元。

另外,分立IBGT市場規(guī)模約14.4億美元,二極管晶閘管合計(jì)市場規(guī)模約為37.8億美元,BJT市場約為5億美元,第三代半導(dǎo)體SiC與GaN功率分立器件市場分別為1.3億美元和1.2億美元。
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值得一提的是,SiC模塊的市場規(guī)模增速要高于IGBT模塊,2022年SiC模塊市場約為11.6億美元,按照Yole的預(yù)測,SiC模塊在2021-2027年的復(fù)合年均增長率將高達(dá)36.1%,2027年SiC模塊的市場規(guī)模將達(dá)到47.6億美元。

根據(jù)集邦咨詢數(shù)據(jù),2021年功率半導(dǎo)體下游應(yīng)用中,工業(yè)和汽車占比最大,分別占到35%和29%,消費(fèi)電子占18%,通訊、PC分別占10%和7%。其中汽車、光伏/風(fēng)電領(lǐng)域會是對功率半導(dǎo)體需求增速最快的幾個領(lǐng)域,新能源汽車即電動汽車相比傳統(tǒng)燃油汽車在動力系統(tǒng)部分采用電池、電機(jī)、電控取代傳統(tǒng)燃油車的油箱、發(fā)動機(jī)、變速器,因此對電子元器件,特別是功率器件的需求會大幅上漲。盡管汽車市場目前處于增速放緩甚至收縮的階段,但由于電動汽車取代燃油車的趨勢,單獨(dú)看電動汽車市場的增量在未來顯然會持續(xù)較高的增長率。
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同樣在清潔能源的趨勢下,光伏、風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電項(xiàng)目也將帶動功率半導(dǎo)體的需求增長。綜合多方數(shù)據(jù),電子發(fā)燒友網(wǎng)預(yù)測,到2025年,汽車和工業(yè)應(yīng)用在功率半導(dǎo)體市場中將分別占到38%和34%,新能源發(fā)電占5%、消費(fèi)電子占10%、通信7%、PC占4%。
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受到下游應(yīng)用領(lǐng)域分布變化的影響,功率器件的電壓等級分布也出現(xiàn)相應(yīng)變化。Yole數(shù)據(jù)顯示,2021年功率器件市場上,電壓等級600V的器件占比最高,達(dá)到46%;其次40V、100V、1200V分別占23%、12%、11%;1700V和2500V以上的器件分別占比2%和6%。

到2027年,Yole預(yù)測600V器件占比會提升至49%,1200V更是大幅提升至20%;其余40V和100V器件份額縮小至16%和8%;1700V和2500V以上等級變化不大,分別為3%和4%。

在應(yīng)用領(lǐng)域的變化中,可以明顯看到汽車等高電壓大功率的應(yīng)用需求增大,因此在大功率應(yīng)用中有較大優(yōu)勢的功率模塊在市場中占比也將會相應(yīng)提高。在功率器件市場上,2021年功率模塊占比31%,分立器件占比69%,Yole預(yù)測2027年功率模塊占比會提升至44%,相應(yīng)的分立器件占比降至56%。

下游應(yīng)用分析

功率半導(dǎo)體應(yīng)用廣泛,幾乎涵蓋電子產(chǎn)業(yè)鏈的方方面面。從上面功率半導(dǎo)體的下游應(yīng)用分布中可以看到,功率半導(dǎo)體近九成的應(yīng)用分布在汽車、工業(yè)、消費(fèi)電子、通信四個領(lǐng)域。

從下游應(yīng)用的市場趨勢,也可以反映出功率半導(dǎo)體的需求量變化。首先是消費(fèi)電子市場,消費(fèi)電子市場中占比最大的領(lǐng)域是智能手機(jī)等終端,但Counterpoint最新數(shù)據(jù)顯示,2023年第二季度,全球智能手機(jī)市場銷量年同比下降8%,環(huán)比下降5%,連續(xù)八季度出現(xiàn)年同比下降。

不過智能手機(jī)上也有一些新的功率器件技術(shù)導(dǎo)入,比如將GaN FET導(dǎo)入智能手機(jī)快充電路,可以減少傳統(tǒng)Si MOSFET用量等。

另外,消費(fèi)電子市場中家電產(chǎn)品的功率器件單機(jī)價值量也在持續(xù)提升,按照英飛凌的數(shù)據(jù),隨著家用空調(diào)、商用空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)和熱泵的變頻化進(jìn)一步普及,變速電機(jī)的應(yīng)用使得半導(dǎo)體單機(jī)價值量由 0.7 歐元提升至 9.5 歐元。其中,IPM 模塊、IGBT等功率半導(dǎo)體大量應(yīng)用于變頻白電中,以實(shí)現(xiàn)電流頻率的變化。

國內(nèi)作為全球最大的白色家電生產(chǎn)地,包括空調(diào)占全球80%產(chǎn)能,冰箱、洗衣機(jī)均占全球50%以上產(chǎn)能,因此家電IPM模塊國產(chǎn)化仍有不小的發(fā)展空間。

汽車產(chǎn)業(yè)正在從燃油車往新能源汽車轉(zhuǎn)變,根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù),汽車電動化和智能化芯片市場未來五年將分別以22%和21%的復(fù)合增速快速增長,2021年純電動汽車功率器件單車價值量約450美元,其中主逆變器占70%,車載充電器(OBC)、BMS 及 DC-DC 電源等系統(tǒng)占 30%。隨著自動駕駛、汽車功率提升、碳化硅及氮化鎵加速滲透,2025年純電動汽車功率器件單車價值量將約 700 美元。

工業(yè)領(lǐng)域,根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù),預(yù)計(jì)到 2040 年工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)耗電量將占 60%。全
球工業(yè)驅(qū)動市場高壓電機(jī)變頻器(>1kV)占9%;中低電壓驅(qū)動(<1kV)占91%,其中約三分之二為通用型占60%,包括風(fēng)機(jī)、泵類和空氣壓縮機(jī)及升降、起重電機(jī)和船舶驅(qū)動等領(lǐng)域;約三分之一為伺服驅(qū)動,包括協(xié)作機(jī)器人、物流機(jī)器人等。以協(xié)作機(jī)器人為例,其單機(jī)半導(dǎo)體價值量達(dá) 350 歐元,其中功率器件約 200 歐元。

通信應(yīng)用中,對功率器件的需求增長主要來源于基站和數(shù)據(jù)中心。4G基站中使用到的MIMO天線所需的功率半導(dǎo)體價值約為25美元,而在5G基站中,需要采用Massvie MIMO天線陣列,所需的功率半導(dǎo)體價值量增加至100美元。但隨著5G基站建設(shè)的逐步普及,未來對功率半導(dǎo)體需求的增長速度將放緩。

功率半導(dǎo)體市場格局

功率半導(dǎo)體最大的應(yīng)用市場是汽車和工業(yè),而這兩個領(lǐng)域的市場供應(yīng)量都相對封閉,海外廠商具備先發(fā)優(yōu)勢,在技術(shù)、市場占有率方面都大幅領(lǐng)先于本土廠商。根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù),按功率器件產(chǎn)品銷售額計(jì)算,英飛凌和安森美長期占據(jù)全球市場的前一、二名位置,而后面的廠商排名變動則較大。
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2021年,英飛凌功率半導(dǎo)體產(chǎn)品銷售額為48.7億美元(約合人民幣350億元)排名第一,安森美以20.5億美元(約合人民幣147億元)排名第二。3到10名依次是意法半導(dǎo)體、三菱電機(jī)、富士電機(jī)、東芝、威世、安世、瑞薩羅姆。排名第八的安世半導(dǎo)體是本土唯一進(jìn)入全球前十的功率半導(dǎo)體廠商。
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國內(nèi)廠商方面,同樣按功率器件產(chǎn)品營收計(jì)算,以2022年國內(nèi)功率器件上市公司的財(cái)報數(shù)據(jù)來看,聞泰科技旗下安世半導(dǎo)體以23.6億美元,約169.6億元人民幣的收入排名第一,揚(yáng)杰科技、華潤微和士蘭微分別以46.22億元、45.5億元和44.67億元位列二三四名,處于二到四名的第二梯隊(duì)廠商競爭較為激烈。

本土的功率器件玩家眾多,但目前來看,單功率器件業(yè)務(wù)規(guī)模上百億元的僅有安世半導(dǎo)體一家,且與第二梯隊(duì)玩家拉開相當(dāng)大差距。
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功率IC方面,根據(jù)芯謀研究的數(shù)據(jù),2022年全球功率IC廠商按營收統(tǒng)計(jì),TI穩(wěn)坐第一位置,ADI在并購Maxim后從2021年的第四躍居至全球第二。英飛凌排名第三,高通在2022年受智能手機(jī)市場低迷影響,排名從2021年的第二名下滑至第四。5-10名分別是安森美、STM、瑞薩、MPS聯(lián)發(fā)科、NXP。
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國內(nèi)功率IC廠商中,矽力杰2022年以營收48.6億元排名第一,士蘭微和圣邦微以21.1億元和20.1億元營收分列二三位。2022年?duì)I收10億元以上的本土功率IC廠商還有集創(chuàng)北方、南芯科技、杰華特、晶豐明源。

其中在國內(nèi)前十大功率IC廠商中,士蘭微、圣邦微、南芯科技、杰華特都在2022年取得了20%以上的增長。

下一期,我們將對功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的主要運(yùn)作模式,以及代表性企業(yè)進(jìn)行深入分析,記得關(guān)注我們~

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    筑強(qiáng)<b class='flag-5'>半導(dǎo)體</b><b class='flag-5'>產(chǎn)業(yè)鏈</b>,利爾達(dá)倡議成立未來科技城科創(chuàng)聯(lián)盟<b class='flag-5'>半導(dǎo)體</b>專委會