功率半導體用于包括電動汽車、家用電器、太陽能電池板和數據中心等所有類型的設備中以控制電力。預計全球需求將會增加。

由于向電動汽車的轉變和工業設備數字化的進步，對功率半導體的需求正在增加。據研究公司Fuji Keizai稱，全球市場規模預計將從2022年的26,827億日元增長到2035年的134,302億日元，增長五倍。


日本廠商發力SiC功率器件

由于預計需求增加，日本制造商正在增加產量。

大型半導體公司瑞薩電子已向山梨縣一家曾經關閉的工廠投資了 900 億日元，并計劃于 2024 年重新啟動。此外，三菱電機還計劃在熊本縣建設一座新工廠生產功率半導體，并升級現有工廠的設施，總投資約1000億日元。

上月，東芝和羅姆宣布利用兩家公司的工廠進行聯合生產。當中，羅姆將管理資源集中在SiC功率半導體上，而東芝將管理資源集中于Si（傳統）功率半導體，羅姆子公司將在德國和日本生產SiC晶圓。合作的關鍵是共享各公司擅長的產品生產，以增強競爭力。

當東芝將管理資源集中于使用傳統Si（硅）生產功率半導體時，羅姆則專注于生產使用SiC（碳化硅）的產品，總業務價值將攀升至3883億日元。盡管使用SiC的半導體的制造成本高于硅產品，但由于其優異的節能性能，作為旨在實現脫碳的下一代半導體，特別是在電動汽車中的應用的期望正在不斷提高。

羅姆在SiC功率半導體的研發方面具有優勢，而東芝則通過多年來向鐵路和汽車等領域提供傳統功率半導體來積累專業知識。一家半導體相關公司的高管對兩家公司的合作表示了很高的期望。

“雖然是一小步，但我們終于邁出了一步。如果我們能在日本建立一家強大的半導體制造商，那么材料和設備的開發就會更容易，這也將有利于半導體行業。”經濟產業省也將為此次合作提供高達1294億日元的巨額補貼。政府的目標是加強半導體行業的競爭力，這對于經濟安全變得越來越重要。


全球功率器件需求

受電動和混合動力電動汽車(xEV)、可再生能源和工業電機等應用推動，Yole預計到2028年，全球功率器件市場將增長至333億美元，中國廠商將在電動汽車產業的優勢下迅猛發展。

Yole最新數據顯示，全球功率器件市場將從2023年的約230億美元快速增長到2028年的333億美元，這一需求需要建立更多的硅、SiC和GaN功率器件制造產能來支撐。

在SiC功率器件領域，主要受電動汽車的推動，預計到2028年電子電力器件的市場規模占比將達25%左右；在GaN功率器件領域，主要受到消費類快充以及智能手機、電腦適配器需求推動。SiC功率器件在下游應用中的采用速度比GaN快，后者起步晚，但是兩者都將從傳統硅器件市場中取得份額。

就SiC器件而言，SiC晶圓成本和可用性一直是影響其發展速度的主要因素。從晶圓到器件之間的供應鏈存在大量垂直整合的廠商。大型企業如Wolfspeed、安森美、羅姆和意法半導體等覆蓋了整個供應鏈，包括晶錠/襯底、外延、芯片加工和二極管/晶體管設計；中國的小型企業，如天科合達、天岳先進聚焦在SiC晶錠/襯底領域。一些SiC器件制造商如英飛凌、博世等依賴外部SiC晶圓供應，中國企業在SiC晶圓領域的市場份額在逐步擴大，并計劃在未來五年內大幅增加產能，目標是到2027年占全球產能的40%以上。

Yole預計中國供應商可能會以較低價格大量供貨，而SiC晶圓的供需狀況逆轉將顯著改變SiC和硅功率器件行業的游戲規則，更便宜的SiC器件的出現不僅會影響成本高的SiC廠商，還會加速SiC器件在許多應用中對硅器件的替代。

此外，裸芯片產能的大幅提升，封裝領域的投資也將隨之增加，以免形成未來潛在的產能瓶頸，尤其是功率模塊。一些公司已經開始進行封裝領域的合作，而另一些公司則自己投資封裝產能，例如英飛凌、意法半導體和日月光等公司在封裝領域的投資額從20——40億元不等，預計這一數字還將持續增加以滿足功率器件需求。


軌道交通IGBT國產替代空間較大

功率半導體除了在新能源汽車廣泛使用外，在軌道交通領域的應用也在逐步加大。

以高鐵為例，高鐵將高壓交流電經過牽引變流器轉換成可調幅調頻的三相交流電，輸入三相異步/同步牽引電機，并通過傳動系統帶動車輪運行，而IGBT 則是牽引電轉動的核心。截止2021 年4 月，全國鐵路營業里程從2012 年的9.8 萬公里上升到了14.63 萬公里，增長率高達49.29%。此外，還有地鐵、輕軌等一系列軌道交通應用場景，IGBT 在此領域仍存在較大的增長空間。

值得注意的是，雖然中國已成為世界上高鐵系統技術最全、集成能力最強、運營里程最長、運行速度最高、在建規模最大的國家，但目前我國在該領域的IGBT器件主要還是采用ABB、三菱、英飛凌、東芝等大廠的產品，國內僅有時代電氣等少數廠商能夠擁有該方面的技術及產品儲備。不過這是挑戰也是機遇，隨著我國功率器件廠商的技術的逐步發展，未來這一塊國產替代空間較為廣闊。

半導體功率器件起源于歐美，日本后來居上占了半壁江山。和國外廠商相比，國內功率器件行業的產品結構、技術水平和創新能力仍存在較大的差距，部分高端MOSFET、IGBT產品仍大量依賴進口。

不過，好消息是功率器件和數字芯片有所不同，其技術迭代速度較慢，使用周期較長，且客戶主要追求的是產品的穩定性和可靠性，對新技術的追求意愿不高。因此，雖然目前差距較大，但是行業留給了本土功率器件廠家充足的發展和追趕的時間。

通過對國際先進技術的持續引進以及自主創新，國內優質企業在技術水平、生產工藝和產品質量等方面已經取得重大突破，并憑借其成本、區域優勢逐步實現相關產品的進口替代。未來，隨著技術水平的提升以及管理經驗的積累，國內相關企業有望進一步對國外企業形成競爭優勢，占據更大的市場空間。