功率半导体大厂，都在走这条路

文｜半导体产业纵横

​去年，半导体行业景气度严重分化，而功率半导体这边却风景独好。当整个行业都在忙于去库存时，功率半导体成为唯一的例外。

如今功率半导体大厂纷纷踏上了一条与汽车紧密结合的路。这究竟是怎样的一条道路？汽车领域又有着怎样的魅力，使得众多业界巨头纷纷踏上这条征程？

而这一谜题的答案，需从汽车功率半导体的供需格局中去探寻。

01车用功率半导体，量价齐升

从需求端来看。

当前，汽车电气化需求狂飙，推动各种DC-DC模块、电机控制系统、电池管理系统、高压电路等部件需求量急剧攀升，功率半导体作为电子装置电能转换与电路控制的核心元器件，需求量也跟着水涨船高。

根据Strategy Analytics数据，相较传统燃油车，纯电动车型中的功率半导体使用量大幅提升，目前占比已达最高，为55％；其次为MCU，达到11％；传感器则占比7％。

除了使用量大幅增长之外，新能源汽车的单车功率半导体价值量也在往上走。根据英飞凌数据，目前新能源汽车的单车功率半导体价值量达458.7美元，约为传统燃油车的5倍。受量价齐升带动，汽车领域功率半导体市场份额逐年提高,目前占比已经达到35%，金额约为160亿美元。

势不可挡的电动化趋势，量价齐升的需求空间，让车规功率半导体如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和碳化硅（SiC）功率器件等产品的重要性愈发凸显。不管是国内还是国外，不论是半导体厂商还是车企，皆加快了对车用功率半导体的布局。

02供应端：明显的供需失衡

从供应端来看。当前，上述多种功率半导体产品面临供需失衡。

首先从IGBT进行分析，IGBT 缺货问题此前就长期存在。

全球车规级芯片2022-2024供应情况

2020年起，车规级芯片市场持续遭受产需错配、消费电子需求挤占产能等不利因素，导致车规级芯片产能逐渐紧张，产品的平均交期也在不断拉长，从6-9周直接延长至26周左右，这种状况持续了3年；直到2023年随着新建产能持续投入，平均周期得到了缓解，产能紧张的问题也有所改善，且到了2023年下半年，车规级芯片库存开始偏高，出现了客户对芯片采购订单下单收紧的情形，但在需求结构上，汽车缺芯情况已得到大幅缓解，然而MCU、IGBT依然处于供不应求状态。

据悉，市场上现有车用IGBT产能已基本售罄，保供压力较大，新扩产订单已被下游厂商提前锁定。

供需错配是造成 IGBT 持续缺货的重要原因，半导体产业每年以 8% - 10% 的增速扩张，而光伏、储能和新能源汽车的增速远超于此，导致下游需求增速远超上游供给增速，造成整个市场 IGBT 供需紧张。此外，国际上游晶圆厂、封装产能吃紧，大部分 6 英寸、8 英寸的晶圆厂由于成本效益问题，很少扩大 IGBT 的产能。

再看MOSFET，车规级MOSFET的生产也需要较高的技术水平和严格的质量控制，这限制了部分企业的生产能力。同时，由于技术门槛较高，新进入者难以在短时间内形成有效供应。另外，部分海外厂商由于种种原因减少了对车规级MOSFET的生产，导致全球供应量减少。这进一步加剧了市场的供需矛盾。

目前，一些领先的车规级MOSFET企业手握大量订单，但由于生产能力和供应链限制，难以满足所有客户的需求。这进一步证明了市场的供需紧张状况。

最后看SiC功率器件，虽然各SiC功率器件厂商都在积极扩产，但产能的增长仍难以满足快速爆发的市场需求。预计 2025 年全球碳化硅衬底与晶圆的产能仍将出现供不应求的局面，产能缺口较大。例如，根据相关预测，2025 年 6 英寸碳化硅晶圆需求在保守与乐观情形下分别为 219 万片和 437 万片，而预计 2025 年全球晶圆产能为 242 万片，其中中国 93 万片，全球其他国家与地区 149 万片，产能存在明显不足。

在一系列供需失衡的背景下，越来越多的功率半导体公司加入了这场竞争。

03国际功率半导体龙头，走在前列

从当前市场竞争格局来看，英飞凌、安森美、意法半导体等国际厂商处于前列。这些功率半导体大厂积极行动，在大方向上全力布局车用功率半导体，以契合汽车行业的蓬勃发展之势。于小方向上，则专注于第三代半导体，凭借其出众的性能优势，巧妙适应汽车应用场景。

英飞凌

英飞凌是目前市场上为数不多的可以提供全面功率产品组合的企业，涵盖了几乎所有功率器件产品制造能力——硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），功率等级从微安到兆瓦应有尽有，包括高度可靠的IGBT、功率 MOSFET、氮化镓增强型 HEMT、功率分立式元件、保护开关、硅驱动器、氮化镓驱动器、IGBT 模块、智能功率模块（IPM）、线性调节器、电机控制解决方案、LED 驱动器以及各种交流-直流、直流-交流和数字功率转换。

根据TechInsights发布的数据，在2023年汽车半导体市场上，英飞凌以13.7%的市场份额稳居全球第一。

为应对快速增长的汽车芯片需求，英飞凌在全球多地投资建厂、扩充产能。比如 2023 年 5 月，其在德国德累斯顿计划投资 50 亿欧元的 12 英寸晶圆厂动工；2024 财年，计划投资于马来西亚居林基地的工厂，生产第三代半导体碳化硅和氮化镓功率半导体，还将投资于德国建设工厂以生产模拟 / 混合信号元件和功率半导体。

此外，英飞凌已与众多汽车制造商达成合作协议。如 2023 年与现代起亚签署多年期碳化硅和硅功率半导体供应协议，将在 2030 年前向现代起亚供应相关产品，现代起亚也会出资支持英飞凌的产能建设与储备；2024 年宣布将为小米汽车的 SU7 智能电动汽车供应碳化硅功率模块及芯片产品至 2027 年，还为小米汽车供应满足不同需求的其它广泛产品，如不同应用中的 EiceDriver 栅极驱动器和 10 款以上的微控制器。

安森美

安森美在碳化硅领域投入大量资源并取得显著成果。例如，其研发的碳化硅功率器件具备高效能、高温稳定性等优势，能有效提升电动汽车的续航里程和充电速度，降低能量损耗。

为满足汽车市场对功率半导体日益增长的需求，安森美积极扩充产能。通过投资建设新的晶圆厂和封装厂，以及对现有生产线进行升级改造，提高产能和生产效率。例如，2019 年安森美与格芯达成收购协议，收购后者位于美国纽约的 12 英寸晶圆代工厂，借此获得 300mm 制程的晶圆制造能力，为其产能提升奠定了基础。

在与车企的合作方面，今年 4 月底安森美与中国吉利汽车集团旗下的极氪汽车签署 SiC 功率元件 LTSA。其 SiC 产品 EliteSiC 还通过元件及模块的形式陆续拿到宝马、现代、大众等车企的 LTSA，产品广泛应用于电动汽车的动力总成、车载充电系统等关键部位。

意法半导体

意法半导体在 MOSFET 领域领先，且其 SiC 器件也在汽车市场中获得一定份额。

作为全球最大的车用SiC MOSFET供应商，意法半导体目前正在持续扩大SiC产能。今年6月初，意法半导体宣布将在意大利卡塔尼亚新建一座200mm（8英寸） SiC制造工厂，主要用于SiC功率器件和模块的制造以及测试和封装，预计2026年投产，到 2033 年达到满负荷生产，满负荷生产时每周可生产多达 15,000 片晶圆。预计总投资约为 50 亿欧元。意大利政府将在“欧洲芯片法案”框架内提供约 20 亿欧元的支持。

此外，意法半导体还与三安光电于2023年6月宣布，双方拟投入32亿美元在中国重庆共同建立一个新的8英寸碳化硅器件合资制造工厂。计划于2025 年第四季度开始生产，预计将于 2028年全面落成，将采用意法半导体的碳化硅专利制造工艺技术，达产后可生产8英寸碳化硅晶圆10000片/周。

在客户合作方面，截至2023年底，意法半导体约有160个design-win项目，分布在100多个客户之中，其中包括了与全球众多汽车厂商供应协议（包括吉利、理想等中国车厂）以及与空中客车公司（Airbus）在飞机电气化方面的合作。

值得一提的是，2023年4月，意法半导体宣布与采埃孚科技集团公司签署碳化硅器件长期供应协议。从 2025 年起，采埃孚将从意法半导体采购碳化硅器件。根据这份长期采购合同条款，意法半导体将为采埃孚供应超过1,000万个碳化硅器件。采埃孚计划将这些器件集成到 2025 年量产的新型模块化逆变器架构中，利用意法半导体在欧洲和亚洲的碳化硅垂直整合生产线确保完成电驱动客户订单。

04国产功率半导体公司，崭露头角

近年来，随着新能源汽车市场的快速增长，一些国产功率半导体厂商也开始在汽车功率半导体领域崭露头角。

斯达半导：自主车规级IGBT芯片已大批量生产

斯达半导在中国IGBT市场的市占率排名第一，其优势在于IGBT模块，主要覆盖新能源汽车和工控领域。2013年斯达半导开始专注新能源汽车IGBT模块的研发，目前其IGBT电压等级涵盖范围为100V～3300V，率先实现第七代IGBT产品的研发。

关于上车情况，斯达半导与国内大部分主流车企已取得合作关系，当前客户包括比亚迪、广汽、长安、奇瑞、北汽等。

根据斯达半导2023年年报显示，全年IGBT模块的销售收入占斯达半导体主营业务收入的91.55%，是其主要产品。去年全年，斯达半导体生产的应用于主电机控制器的车规级IGBT模块持续放量，合计配套超过200万套新能源汽车主电机控制器，其在车用空调、充电桩、电子助力转向等新能源汽车半导体器件份额进一步提高。

2023年，斯达半导体基于第七代微沟槽Trench Field Stop技术的750V车规级IGBT模块大批量装车，同时，其基于第七代微沟槽Trench Field Stop技术的1200V车规级IGBT模块新增多个800V系统车型的主电机控制器项目定点，将推动2024年-2030年斯达半导体新能源汽车IGBT模块销售增长。

此外，去年斯达半导海外新能源汽车市场取得重要进展，车规级IGBT模块在欧洲一线品牌Tier1开始大批量交付，同时斯达半导体新增多个IGBT/SiC MOSFET主电机控制器项目定点，海外新能源汽车市场呈现快速增长趋势。

近日，斯达半导在回答投资者问题时表示，目前，公司自主的车规级IGBT芯片已经大批量生产并且在新能源汽车行业大批量应用多年，目前几乎100%的车规级IGBT模块使用公司自主的车规级IGBT芯片，终端客户涵盖了国内大部分新能源汽车品牌。2023年，公司使用自主IGBT芯片的车规级IGBT模块在欧洲一线品牌Tier1客户开始大批量交付。

时代电气：新能源汽车是去年中低压IGBT产品主要收入来源

时代电气的IGBT布局比较特殊，其IGBT器件在城市轨道交通、高速铁路以及电力机车方面具有广泛应用。时代电气的IGBT模块在市场中位居第二位，仅次于斯达半导。其IGBT产品已实现750V—6500V全电压覆盖，在国内IGBT供应商中电压覆盖范围最广，也是国内唯一实现3300V以上轨交、电网等高压领域覆盖的公司。目前，时代电气第七代IGBT技术已研发成功。

时代电气主供中车旗下商用车，目前已大批量供货广汽、东风、小鹏、理想等客户。去年10月30日，时代电气发布的投资者关系活动记录表显示，在问到车规IGBT模块的四季度和明年价格走势时，时代电气表示2022年车规IGBT模块大概供100万个模块，约70万台车，截至2023年三季度，已经完成了去年全年的量。全年希望可以做到100万台车。 全年来看，去年时代电气中低压IGBT产品实现营业收入超过26亿元，主要集中在新能源车主驱用IGBT和新能源发电设备用IGBT产品上。

士兰微：汽车IGBT器件、MOSFET器件已大批量出货

士兰微的产品以IGBT单管和IPM模块为主，在白电和工控领域具备显著市场地位。上半年业绩报告显示，士兰微基于自主研发的V代IGBT和FRD芯片的电动汽车主电机驱动模块，已在比亚迪、吉利、零跑、广汽、汇川、东风、长安等国内外多家客户实现批量供货；公司用于汽车的IGBT器件、MOSFET器件已实现大批量出货，公司用于光伏的IGBT器件（成品）、逆变控制模块、SiC MOS器件也实现批量出货。同时，公司应用于汽车主驱的IGBT和FRD芯片已在国内外多家模块封装厂批量销售，并在进一步拓展客户和持续放量过程中。

此外，扬杰科技、新洁能、华润微、宏微科技、比亚迪半导体、华微电子等公司均在持续加速车规级芯片国产化。

扬杰科技的新能源汽车行业客户有宁德时代、赛力斯、比亚迪等。新洁能的汽车电子客户有比亚迪、理想、蔚来、小鹏等。华润微的IGBT产品已经成功进入了比亚迪、长城、吉利等知名车企。宏微科技正在和一汽、北汽、长城等厂商进行定点项目认证工作；比亚迪半导体所产出的 IGBT 模块，出货量规模庞大，而这些出货的模块主要是供其自身使用。今年3月，华微电子还获得国际公认测试、检验和认证机构SGS颁发的AEC-Q101认证证书。

车规SiC MOSFET产品大放异彩

SiC MOSFET是近年来MOSFET行业进行技术迭代的主要方向，相较于其他可用技术，碳化硅MOSFET表现出显著的性能提升，为众多电子应用带来了新的可能性。

中国虽然起步较晚，但正在加速发展，2023年国产碳化硅产业走出国际大门。这一年，碳化硅衬底技术取得了重大突破，8英寸衬底的研发进展迅速，国内碳化硅领军企业如三安、天岳先进、天科合达等，成功获得了海外芯片巨头的认可，并与其合作。

此外，众多厂商还宣布入局或是推出车规级SiC MOSFET产品，寻求打进汽车供应链。

去年斯达半导体应用于新能源汽车主控制器的车规级SiC MOSFET模块大批量装车应用，同时新增多个使用车规级SiC MOSFET模块的800V系统主电机控制器项目定点，将推动其2024-2030年主控制器用车规级SiC MOSFET模块销售增长。2023年，斯达半导体自主的车规级SiC MOSFET芯片在公司多个车用功率模块封装平台通过多家客户整车验证并开始批量出货。

值得一提的是，2023年，斯达半导体和深蓝汽车合资成立重庆安达半导体有限公司，研发生产高性能、高可靠性的车规级IGBT模块和车规级SiC MOSFET模块，预计2024年完成厂房建设并开始生产。

在SiC方面，时代电气也同样有所布局，它有6英寸碳化硅产业化工厂，并开发了三代产品，分别对应1200V-3300V等级的轨交、电网市场，以及650V-1200V的新能源汽车、光伏逆变器、风力发电等市场。

士兰微的发展重心也开始有倾向IGBT、SiC这两大功率器件的迹象，它正在加快汽车级IGBT芯片、SiC MOSFET芯片的产能建设。士兰微通过士兰明镓对SiC进行扩产，截至目前，士兰明镓已形成月产6000片6英寸SiC MOS芯片的生产能力，预计2024年年底将形成月产12000片6英寸SiC MOS芯片的生产能力。

此外，还有诸多公司在2023年推出车规SiC MOSFET产品。

2023年国产厂商推出的车规SiC MOSFET产品

2023年，800V车型开始下沉到20万元市场，SiC模块的渗透率迎来大幅增长，这也使得市场上对车规SiC MOSFET需求量高速膨胀，同时以往海外巨头垄断的车规SiC MOSFET市场，也开始有越来越多的Tier 1和整车厂接受国产车规SiC MOSFET产品，给国产SiC器件厂商带来了新的机遇。

与此同时，车规级功率半导体也成为了车企重点布局和投资的热门领域之一。车载芯片种类多、型号多、持续“缺芯”和车厂重要控制器自研，使得车厂开始建立控制器硬件设计和供应链部门。车厂将直接参与芯片选型，直接建立与芯片厂家沟通渠道，打破原有供应链的合作模式。车厂和 Tier1 都在开始往半导体设计和制造领域下沉，通过投资或与芯片企业成立合资的形式进入半导体行业。他们主要聚焦重要、价值高的车规级芯片并进行布局，与芯片企业共同合作开发。上文提到的比亚迪便是车企布局功率半导体的先行者，除比亚迪外，吉利、长城、奇瑞等诸多车企均进行了相关布局。