【摘要】IGBT領(lǐng)域，國產(chǎn)芯片技術(shù)水平已經(jīng)逐漸趕上海外巨頭步伐，2023年國產(chǎn)化率超過30%；SiC領(lǐng)域，當(dāng)前90%市場份額仍被英飛凌、安森美、意法半導(dǎo)體等國外廠商主導(dǎo)，但本土企業(yè)產(chǎn)能建設(shè)和可靠性調(diào)試正在進(jìn)行，也有在未來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模國產(chǎn)替代的希望。

但在終局到來之前，用“高度內(nèi)卷”來概括中國汽車功率半導(dǎo)體的競爭格局一點(diǎn)都不為過。各廠商卷價(jià)格低廉、技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)能擴(kuò)張、模式擴(kuò)展，導(dǎo)致營收承壓、毛利下滑已是行業(yè)普遍情況。來自主機(jī)廠的大幅壓價(jià)，更是削薄了行業(yè)的利潤空間。

而車企的可靠性驗(yàn)證以及實(shí)際運(yùn)行中的表現(xiàn)，是需要做在前面，也急不來的硬功夫。

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以下是正文：

車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體器件是國產(chǎn)化的兵家必爭之地，但“未富先卷”也成為如今繞不開的現(xiàn)狀。

汽車內(nèi)，功率半導(dǎo)體器件有幾種不同應(yīng)用，最為核心的是在主驅(qū)逆變器中，將電池輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟婒?qū)動(dòng)汽車電機(jī)。其余還包括在輔助逆變電路中為其他汽車電子供電、在DC/DC直流斬波電路中輸出電壓不同的電流、在OBC（充電/逆變）中將外部輸入的交流電逆變?yōu)橹绷麟姙樾履茉雌囯姵爻潆姷取?/p>

產(chǎn)業(yè)鏈合作上，半導(dǎo)體供應(yīng)商（Tier2）將芯片出售給Tier1，Tier1再將功能集成到模塊中并將系統(tǒng)集成方案給OEM進(jìn)行組裝交付給整車廠。

當(dāng)前，IGBT是車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體的主要器件。隨著技術(shù)迭代，以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體材料也逐步進(jìn)入功率半導(dǎo)體的主戰(zhàn)場，海外頭部品牌普遍在穩(wěn)住IGBT業(yè)務(wù)的情況下，掉轉(zhuǎn)槍頭，大手筆進(jìn)行SiC研發(fā)和產(chǎn)能建設(shè)。

與基于Si基的IGBT相比，SiC半導(dǎo)體材料擁有3大性能優(yōu)點(diǎn)：3倍的禁帶寬度可減少漏電并提高工作溫度；10倍的擊穿場強(qiáng)可提高開關(guān)速度并減低損耗；4倍的導(dǎo)熱率支持高功率密度并可降低散熱要求。

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要包括襯底、外延、器件設(shè)計(jì)、器件制造、封測等。在整套工藝流程中，襯底生產(chǎn)是最核心、最具備技術(shù)壁壘的環(huán)節(jié)；襯底做好后，襯底經(jīng)過外延生長得到外延片，隨后根據(jù)芯片設(shè)計(jì)方案進(jìn)行代工生產(chǎn)，經(jīng)過光刻、刻蝕、離子注入、沉積等步驟制造成器件。

產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值集中于上游襯底和外延環(huán)節(jié)。根據(jù)CASA的數(shù)據(jù)，襯底約占碳化硅器件成本的47%，外延環(huán)節(jié)占據(jù)23%。

目前，國內(nèi)主要做襯底的廠商是天岳先進(jìn)、天科合達(dá)、東尼電子、爍科晶體、同光晶體、世紀(jì)金光，晶盛機(jī)電，三安光電，露笑半導(dǎo)體等，外延廠商包括天域半導(dǎo)體、瀚天天成、中電化合物等。

雖然SiC性能優(yōu)越，但成本居高不下始終是一道難題。目前SiC器件價(jià)格大約是Si的4-5倍，且Si材料在生產(chǎn)工藝上更為成熟，生產(chǎn)周期更短，良率更高。所以，當(dāng)前主流方案還是停留在IGBT。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，一輛新能源車大概需要配置一百多顆SiC MOSFET，一片6英寸的SiC晶圓大概能供應(yīng)6輛車使用。其中主驅(qū)大概用到36/48顆SiC MOSFET，技術(shù)要求最高，相應(yīng)器件價(jià)格也最貴。整體下來，一輛車大概要在SiC MOSFET上花費(fèi)1萬元左右。

但在各玩家蜂擁而至、市場又尚未完全做起來之時(shí)，近期碳化硅模塊的降價(jià)趨勢卻先在激烈的價(jià)格戰(zhàn)場上隱隱埋下了地雷。車規(guī)級(jí)SiC芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)，乃至車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體行業(yè)，很可能已經(jīng)到了毛利稀薄的地步。

在這場汽車功率半導(dǎo)體供應(yīng)商的無限戰(zhàn)爭里，誰將成為最后的贏家？

01

出貨擴(kuò)產(chǎn)積極，可靠性仍存疑點(diǎn)

內(nèi)卷潮流的正面效應(yīng)在于，促進(jìn)了國內(nèi)企業(yè)在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的飛速成長。

IGBT芯片目前已量產(chǎn)至第七代，海外巨頭英飛凌已完成第八代研發(fā)，技術(shù)上，內(nèi)資廠商和英飛凌相比代差大多在1-2代。不過受限于成本及供應(yīng)，最先進(jìn)的IGBT第7代并不是主流供應(yīng)，且國內(nèi)外技術(shù)差距正逐步縮小。

截至2023年底，士蘭微IGBT5+產(chǎn)品對(duì)標(biāo)英飛凌第七代已批量出貨，宏微科技M5I、M6I系列產(chǎn)品對(duì)標(biāo)國英飛凌第五代、第六代產(chǎn)品已批量出貨，并計(jì)劃推出對(duì)標(biāo)第七代產(chǎn)品。2023年全年，斯達(dá)半導(dǎo)車規(guī)級(jí)IGBT模塊配套超過200萬套新能源汽車主電機(jī)控制器。

從具體排名數(shù)據(jù)上來看，國內(nèi)功率半導(dǎo)體Tier 1廠商在國內(nèi)銷售的新能源車功率模塊裝機(jī)量在快速上升。根據(jù)NE研究院，2024年上半年功率模塊裝機(jī)量前五分別是比亞迪半導(dǎo)體（市場份額33.8%）、中車時(shí)代半導(dǎo)體（市場份額13.4%）、英飛凌（市場份額9.9%）、芯聯(lián)集成（市場份額9.7%）、斯達(dá)半導(dǎo)體（市場份額6.4%）。

碳化硅的情況則有所不同。自從特斯拉首次在電動(dòng)汽車逆變器功率模塊中引入SiC之后，這一原本小眾的細(xì)分賽道進(jìn)入了各家視線。海外功率巨頭紛紛瞄準(zhǔn)該賽道，擴(kuò)張SiC產(chǎn)線，爭奪發(fā)展窗口期。

據(jù)NE數(shù)據(jù)，2024年上半年，中國乘用車功率模塊裝機(jī)量達(dá)到616萬套，同比增長57%。其中碳化硅功率模塊裝機(jī)量為73.5萬套，同比增長高達(dá)83%。

市場快速增長的同時(shí)，SiC功率半導(dǎo)體市場的集中度仍然較高，且目前主要被海外IDM巨頭占據(jù)。無論是從全球視角還是中國市場視角來看，三巨頭意法半導(dǎo)體ST、英飛凌、安森美，再加上羅姆、Wolfspeed等，基本上覆蓋了90%以上的市場份額。

圖表 1 2022年全球SiC競爭格局

SiC的國產(chǎn)替代方面，國內(nèi)如芯聯(lián)集成、斯達(dá)半導(dǎo)、時(shí)代電氣、華潤微、士蘭微等深耕功率半導(dǎo)體的廠商紛紛開始建設(shè)SiC產(chǎn)能。其中，士蘭微碳化硅已經(jīng)定點(diǎn)吉利。

值得一提的是，據(jù)相關(guān)人士透露，截至2023年年末，絕大部分國產(chǎn)車規(guī)級(jí)SiC芯片未通過博世系汽車電子供應(yīng)商聯(lián)合電子的可靠性測試。

SiC功率芯片對(duì)制程要求不高，核心問題在可靠性，尤其是主驅(qū)部分對(duì)SiC的要求會(huì)更高，在反復(fù)迭代過程中需要充足的經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)前許多國產(chǎn)碳化硅芯片在前期導(dǎo)入的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)有炸機(jī)事件發(fā)生，即便是國內(nèi)頭部廠商也不能避免。基于此，國產(chǎn)替代過程中質(zhì)量考核、準(zhǔn)入是一個(gè)大問題。如何通過研發(fā)或者管理手段規(guī)避炸機(jī)、提高可靠性很重要。

有業(yè)內(nèi)人士測算，國產(chǎn)碳化硅芯片要真正批量上車，可能至少還要兩年左右的時(shí)間的技術(shù)積累。

02

內(nèi)卷不休，戰(zhàn)爭不止

用“高度內(nèi)卷”來概括中國汽車功率半導(dǎo)體的競爭格局一點(diǎn)都不為過。

其中，價(jià)格低廉，要卷。這可以是本土廠商應(yīng)對(duì)海外競爭、快速提升國產(chǎn)份額的一個(gè)有效策略，但想要停在一個(gè)合適的區(qū)間卻并不容易。疊加來自下游新能源車企等終端客戶的成本控制壓力，功率半導(dǎo)體領(lǐng)域新產(chǎn)品的毛利空間實(shí)際在被不斷壓縮。

在最新公布的2024年半年報(bào)中，除了毛利率已然為負(fù)的芯聯(lián)集成有一定邊際改善之外，時(shí)代電氣、斯達(dá)半導(dǎo)和華潤微等主做車規(guī)功率半導(dǎo)體的企業(yè)毛利率普遍大幅下跌，英飛凌的毛利率也同樣在過去三年中首次出現(xiàn)下滑。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士，主機(jī)廠也在普遍壓低碳化硅的價(jià)格，幅度可能在1/3左右。新能源車努力卷低價(jià)、燃油車進(jìn)入存量博弈。電池成本降無可降的當(dāng)下，車企下壓碳化硅芯片和模組的價(jià)格也可以理解。更重要的是，主機(jī)廠認(rèn)定了在整體產(chǎn)能擴(kuò)大、8英寸產(chǎn)能逐步兌現(xiàn)的趨勢下，SiC襯底價(jià)格將以可觀的速度下滑。

這種壓價(jià)行為背后，上游這些話語權(quán)較弱的Tier 2供應(yīng)商銷售毛利率空間普遍受到傾軋。

產(chǎn)能擴(kuò)張，要卷。無論是在IGBT上擴(kuò)展工藝、開出12英寸晶圓的產(chǎn)能，還是在SiC上加速布局、繼續(xù)擴(kuò)大SiC生產(chǎn)能力，海內(nèi)外廠商都在不斷地?cái)U(kuò)大產(chǎn)能規(guī)模。

本輪功率半導(dǎo)體投資擴(kuò)產(chǎn)大多始于2023年，考慮產(chǎn)線建設(shè)至投產(chǎn)通常為3年左右周期，以及投產(chǎn)之后還需經(jīng)歷1-2年產(chǎn)能爬坡，因此預(yù)計(jì)本輪擴(kuò)產(chǎn)新增產(chǎn)能將于2028年左右大量集中供應(yīng)。

技術(shù)研發(fā)，要卷。技術(shù)上功率半導(dǎo)體設(shè)計(jì)工藝極為復(fù)雜，不僅要保持模塊在大電流、高電壓和高頻率環(huán)境下的工作，還要保持損耗、抗短路能力和導(dǎo)通壓降維持平衡，因此想要在行業(yè)立足，必須擁有深厚的技術(shù)積累和強(qiáng)大的創(chuàng)新研發(fā)能力。

舉例而言，2024年上半年，芯聯(lián)集成研發(fā)費(fèi)用率達(dá)到30.2%，研發(fā)費(fèi)用同比增長33%。其他廠商無論運(yùn)營如何，都很難改變高研發(fā)支出的現(xiàn)狀。

圖表 3 研發(fā)費(fèi)用（億元）

模式擴(kuò)展，要卷。各憑本事、各顯神通的時(shí)代，廠商都在尋求業(yè)務(wù)模式的拓展。例如斯達(dá)半導(dǎo)于2021年開始由純Fabless轉(zhuǎn)型為IDM，士蘭微目前通過外購安森美的芯片來生產(chǎn)模塊。

由于車規(guī)芯片對(duì)設(shè)計(jì)和制造都要求要求高可靠、高穩(wěn)定、高安全性，產(chǎn)品生命周期和驗(yàn)證周期長，業(yè)界一般認(rèn)為IDM發(fā)展模式更佳。

一方面，碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合也是潛在的發(fā)展趨勢。三安集成副總經(jīng)理陳東坡在4月出席功率及化合物論壇時(shí)表示：“碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合更適合新能源汽車行業(yè)。”

另一方面，芯聯(lián)集成作為曾經(jīng)的Foundry模式代表，也開始與一些Fabless公司如瑤芯微形成了功率設(shè)計(jì)+代工的聯(lián)盟，訂單確定、合作穩(wěn)定的趨勢下，這種類IDM的模式通過自建產(chǎn)能或者綁定晶圓產(chǎn)能，也能夠較好地把控品質(zhì)，所以IDM廠商的優(yōu)勢也正在淡化。

03

固有風(fēng)雨，仍要負(fù)重前行

2024年上半年，作為國產(chǎn)車規(guī)晶圓代工領(lǐng)跑者的芯聯(lián)集成交出了這樣一份業(yè)績答卷：半年度營業(yè)收入為28.8億元，同比增長14.3%；主營業(yè)務(wù)收入為27.7億元，同比增長為11.5%；2024年半年度實(shí)現(xiàn)歸屬于母公司所有者的凈利潤為-4.7億元，與上年同期相比減虧6.4億元，同比減虧57.5%。

不過，毛利率還是-4%，雖然有邊際好轉(zhuǎn)的跡象，但是并不盡如人意。

業(yè)務(wù)方面，芯聯(lián)集成在碳化硅領(lǐng)域取得了一定成就。得益于持續(xù)拓展國內(nèi)外OEM和Tier1客戶，SiC MOSFET業(yè)務(wù)同比增長300%，預(yù)計(jì)全年碳化硅業(yè)務(wù)營收將達(dá)到10億元。

據(jù)公司披露，自去年量產(chǎn)平面SiC MOSFET后，90%的產(chǎn)品都應(yīng)用于新能源汽車主驅(qū)逆變器，是國內(nèi)產(chǎn)業(yè)中率先突破主驅(qū)用SiC MOSFET產(chǎn)品的龍頭企業(yè)，SiC MOSFET出貨量已居亞洲第一。

2024年4月，芯聯(lián)集成成功完成了8英寸SiC晶圓首批下線，預(yù)計(jì)2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。同時(shí)也計(jì)劃在2024年將SiC MOSFET生產(chǎn)能力擴(kuò)展至每月1萬片，較當(dāng)前的5000片/月增長近一倍。

但芯聯(lián)集成的樣本，同樣也展現(xiàn)了當(dāng)前國內(nèi)玩家的部分挑戰(zhàn)。

財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)上，連續(xù)5年的虧損處境讓芯聯(lián)集成背負(fù)著更大的壓力，高額的折舊攤銷費(fèi)用、逐年增加的研發(fā)投入、持續(xù)擴(kuò)張的產(chǎn)能產(chǎn)線、競爭激烈的市場、拉低毛利率的價(jià)格戰(zhàn)，都是難以避免的前行包袱。

去除折舊攤銷影響，芯聯(lián)的息稅折舊攤銷前利潤率也低于中芯國際等晶圓代工廠商，利潤水平接近行業(yè)墊底。

從業(yè)務(wù)范圍上看，中芯國際、華虹半導(dǎo)體是綜合性晶圓代工廠商，而芯聯(lián)集成仍以單一的功率器件領(lǐng)域?yàn)橹鳎移髽I(yè)規(guī)模上中芯國際和華虹半導(dǎo)體還是遠(yuǎn)大于芯聯(lián)集成。

當(dāng)然，海外IDM龍頭英飛凌的日子，也并沒有那么好過。截至6月30日的2024財(cái)年Q3財(cái)報(bào)會(huì)上，英飛凌第三次下調(diào)了2024財(cái)年全年的營收預(yù)期。24Q3營收同比減少9%；毛利率為40%，處于歷年較低水平；凈利潤同比大跌52%。可以說，與去年同期相比，包括汽車業(yè)務(wù)在內(nèi)的所有業(yè)務(wù)都出現(xiàn)了同比下滑。同時(shí)，為削減成本，英飛凌還宣布全球裁員1400人。

同期，意法半導(dǎo)體營收同比下降25%；凈利潤同比下降64%；安森美收入同比下滑17%，Non-GAAP凈利潤同比下滑29%，同樣進(jìn)行了旗下9座工廠、約1000人的裁員。

車規(guī)級(jí)SiC未來市場空間無疑寬廣，但在此之前頂著風(fēng)雨的路卻并不好走，擴(kuò)產(chǎn)、研發(fā)、營銷之間，過渡時(shí)期的重要任務(wù)，是如何找到平衡點(diǎn)。

04

尾聲

過去Tier 2被國外IDM公司壟斷是車載半導(dǎo)體的最大痛點(diǎn)。如今隨著產(chǎn)能產(chǎn)量不斷爬坡，業(yè)務(wù)模式逐漸多元，國產(chǎn)力量日益壯大，國產(chǎn)化替代的步伐也越邁越大了。可是，隨之而來的，也是難以停息的內(nèi)卷。

此時(shí)正處在功率半導(dǎo)體廠商難以避開的一個(gè)爭搶節(jié)點(diǎn)，大方向的研發(fā)與擴(kuò)產(chǎn)上各家往往都懂，拉開的差距并不多。而車企的可靠性及性能等全方位驗(yàn)證，以及實(shí)際運(yùn)行中的表現(xiàn)，是需要做在前面，也急不來的硬功夫。

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