功率半导体用于包括电动汽车、家用电器、太阳能电池板和数据中心等所有类型的设备中以控制电力。预计全球需求将会增加。

由于向电动汽车的转变和工业设备数字化的进步，对功率半导体的需求正在增加。据研究公司Fuji Keizai称，全球市场规模预计将从2022年的26,827亿日元增长到2035年的134,302亿日元，增长五倍。


日本厂商发力SiC功率器件

由于预计需求增加，日本制造商正在增加产量。

大型半导体公司瑞萨电子已向山梨县一家曾经关闭的工厂投资了 900 亿日元，并计划于 2024 年重新启动。此外，三菱电机还计划在熊本县建设一座新工厂生产功率半导体，并升级现有工厂的设施，总投资约1000亿日元。

上月，东芝和罗姆宣布利用两家公司的工厂进行联合生产。当中，罗姆将管理资源集中在SiC功率半导体上，而东芝将管理资源集中于Si（传统）功率半导体，罗姆子公司将在德国和日本生产SiC晶圆。合作的关键是共享各公司擅长的产品生产，以增强竞争力。

当东芝将管理资源集中于使用传统Si（硅）生产功率半导体时，罗姆则专注于生产使用SiC（碳化硅）的产品，总业务价值将攀升至3883亿日元。尽管使用SiC的半导体的制造成本高于硅产品，但由于其优异的节能性能，作为旨在实现脱碳的下一代半导体，特别是在电动汽车中的应用的期望正在不断提高。

罗姆在SiC功率半导体的研发方面具有优势，而东芝则通过多年来向铁路和汽车等领域提供传统功率半导体来积累专业知识。一家半导体相关公司的高管对两家公司的合作表示了很高的期望。

“虽然是一小步，但我们终于迈出了一步。如果我们能在日本建立一家强大的半导体制造商，那么材料和设备的开发就会更容易，这也将有利于半导体行业。”经济产业省也将为此次合作提供高达1294亿日元的巨额补贴。政府的目标是加强半导体行业的竞争力，这对于经济安全变得越来越重要。


全球功率器件需求

受电动和混合动力电动汽车(xEV)、可再生能源和工业电机等应用推动，Yole预计到2028年，全球功率器件市场将增长至333亿美元，中国厂商将在电动汽车产业的优势下迅猛发展。

Yole最新数据显示，全球功率器件市场将从2023年的约230亿美元快速增长到2028年的333亿美元，这一需求需要建立更多的硅、SiC和GaN功率器件制造产能来支撑。

在SiC功率器件领域，主要受电动汽车的推动，预计到2028年电子电力器件的市场规模占比将达25%左右；在GaN功率器件领域，主要受到消费类快充以及智能手机、电脑适配器需求推动。SiC功率器件在下游应用中的采用速度比GaN快，后者起步晚，但是两者都将从传统硅器件市场中取得份额。

就SiC器件而言，SiC晶圆成本和可用性一直是影响其发展速度的主要因素。从晶圆到器件之间的供应链存在大量垂直整合的厂商。大型企业如Wolfspeed、安森美、罗姆和意法半导体等覆盖了整个供应链，包括晶锭/衬底、外延、芯片加工和二极管/晶体管设计；中国的小型企业，如天科合达、天岳先进聚焦在SiC晶锭/衬底领域。一些SiC器件制造商如英飞凌、博世等依赖外部SiC晶圆供应，中国企业在SiC晶圆领域的市场份额在逐步扩大，并计划在未来五年内大幅增加产能，目标是到2027年占全球产能的40%以上。

Yole预计中国供应商可能会以较低价格大量供货，而SiC晶圆的供需状况逆转将显著改变SiC和硅功率器件行业的游戏规则，更便宜的SiC器件的出现不仅会影响成本高的SiC厂商，还会加速SiC器件在许多应用中对硅器件的替代。

此外，裸芯片产能的大幅提升，封装领域的投资也将随之增加，以免形成未来潜在的产能瓶颈，尤其是功率模块。一些公司已经开始进行封装领域的合作，而另一些公司则自己投资封装产能，例如英飞凌、意法半导体和日月光等公司在封装领域的投资额从20——40亿元不等，预计这一数字还将持续增加以满足功率器件需求。


轨道交通IGBT国产替代空间较大

功率半导体除了在新能源汽车广泛使用外，在轨道交通领域的应用也在逐步加大。

以高铁为例，高铁将高压交流电经过牵引变流器转换成可调幅调频的三相交流电，输入三相异步/同步牵引电机，并通过传动系统带动车轮运行，而IGBT 则是牵引电转动的核心。截止2021 年4 月，全国铁路营业里程从2012 年的9.8 万公里上升到了14.63 万公里，增长率高达49.29%。此外，还有地铁、轻轨等一系列轨道交通应用场景，IGBT 在此领域仍存在较大的增长空间。

值得注意的是，虽然中国已成为世界上高铁系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家，但目前我国在该领域的IGBT器件主要还是采用ABB、三菱、英飞凌、东芝等大厂的产品，国内仅有时代电气等少数厂商能够拥有该方面的技术及产品储备。不过这是挑战也是机遇，随着我国功率器件厂商的技术的逐步发展，未来这一块国产替代空间较为广阔。

半导体功率器件起源于欧美，日本后来居上占了半壁江山。和国外厂商相比，国内功率器件行业的产品结构、技术水平和创新能力仍存在较大的差距，部分高端MOSFET、IGBT产品仍大量依赖进口。

不过，好消息是功率器件和数字芯片有所不同，其技术迭代速度较慢，使用周期较长，且客户主要追求的是产品的稳定性和可靠性，对新技术的追求意愿不高。因此，虽然目前差距较大，但是行业留给了本土功率器件厂家充足的发展和追赶的时间。

通过对国际先进技术的持续引进以及自主创新，国内优质企业在技术水平、生产工艺和产品质量等方面已经取得重大突破，并凭借其成本、区域优势逐步实现相关产品的进口替代。未来，随着技术水平的提升以及管理经验的积累，国内相关企业有望进一步对国外企业形成竞争优势，占据更大的市场空间。