功率半導(dǎo)體市場(chǎng)目前正在經(jīng)歷庫存調(diào)整，幾乎涵蓋了從消費(fèi)到汽車再到工業(yè)等所有垂直市場(chǎng)。然而，在數(shù)據(jù)中心人工智能 (AI) 等應(yīng)用中，功率半導(dǎo)體正大放異彩，同時(shí)還有令人興奮的發(fā)展，尤其是在復(fù)合半導(dǎo)體領(lǐng)域。我們估計(jì)了 2025 年最有趣的重點(diǎn)領(lǐng)域。

1. 賦能數(shù)據(jù)中心未來

在人工智能的持續(xù)發(fā)展推動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)正在經(jīng)歷一場(chǎng)巨大的轉(zhuǎn)變。隨著計(jì)算半導(dǎo)體市場(chǎng)到 2025 年將飆升至驚人的 2390 億美元，電力輸送需求從每機(jī)架 30 千瓦飆升至 100 千瓦以上。這一激增也推動(dòng)了功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的發(fā)展，預(yù)計(jì)到 2025 年將達(dá)到 40 億美元（圖 1），這得益于人工智能對(duì)計(jì)算能力的無限需求。

圖 1. 數(shù)據(jù)中心功率半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)測(cè)——人工智能的影響

多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步正在重塑數(shù)據(jù)中心的電力輸送。電源單元正在從服務(wù)器級(jí)過渡到專用電源架，以優(yōu)化空間和冗余。在 Open Rack v3 標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)下，電力輸送繼續(xù)從 12 Vdc 轉(zhuǎn)向 48 Vdc 母線。人工智能的增長(zhǎng)強(qiáng)化了這一趨勢(shì)，因?yàn)樗鼮楦吖β瘦斔吞峁┝烁鼘?shí)用的解決方案，同時(shí)降低了損耗。電源額定功率從 1-3 kW 增加到 5-12 kW，從而提高了功率密度，而由于數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，效率目標(biāo)已升至 97.5%。

這些轉(zhuǎn)變正在推動(dòng)電源轉(zhuǎn)換新拓?fù)涞陌l(fā)展以及新的功率半導(dǎo)體技術(shù)，例如交流/直流轉(zhuǎn)換級(jí)中額定電壓為 400 V 的 SiC 和電源單元中直流/直流轉(zhuǎn)換級(jí)的氮化鎵 (GaN) 的引入。MOSFET 功率級(jí)也將從加速卡市場(chǎng)的爆炸式發(fā)展中受益匪淺。

2. 功率半導(dǎo)體中碳化硅（SiC）的崛起

碳化硅 (SiC) 因其與傳統(tǒng)硅 IGBT 和 MOSFET 技術(shù)相比具有出色的轉(zhuǎn)換效率，在功率半導(dǎo)體行業(yè)中獲得了巨大的發(fā)展勢(shì)頭。SiC 更高的開關(guān)頻率和工作溫度還可以實(shí)現(xiàn)更小、更輕的系統(tǒng)，最終降低成本。SiC 技術(shù)正在數(shù)據(jù)中心以外的各種應(yīng)用中擴(kuò)展，包括電動(dòng)汽車 (EV) 牽引逆變器、車載充電器、電動(dòng)汽車充電器、光伏系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、固態(tài)變壓器和斷路器、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。汽車行業(yè)是主要驅(qū)動(dòng)力，預(yù)計(jì)到 2025 年 SiC 市場(chǎng)將超過 20 億美元（圖 2）。

圖 2. 汽車 SiC 市場(chǎng)預(yù)測(cè)——來源 EVS 頻道

為了滿足日益增長(zhǎng)的需求，SiC 產(chǎn)能擴(kuò)張正在進(jìn)行中。2025 年的一個(gè)關(guān)鍵行業(yè)重點(diǎn)是向200毫米8吋晶圓過渡，這不僅可以提高產(chǎn)能，還可以降低芯片成本，進(jìn)一步加速市場(chǎng)采用并提高整個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3. GaN 功率半導(dǎo)體的未來

GaN 功率半導(dǎo)體已成為消費(fèi)電源的主要產(chǎn)品，主要受快速充電和 USB 供電 (USB-PD) 需求的推動(dòng)。然而，它尚未突破 10 億美元大關(guān)，而由于更嚴(yán)格的可持續(xù)性法規(guī)，外部電源的增長(zhǎng)預(yù)計(jì)將趨于平穩(wěn)甚至下降。

GaN 在改變電力電子格局中的作用 最大的問題仍然是：2025 年推動(dòng)功率 GaN 市場(chǎng)的下一個(gè)應(yīng)用是什么？GaN 的尖端開關(guān)頻率（圖 3）可實(shí)現(xiàn)極其緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和高功率密度。這使其成為需要小尺寸集成以進(jìn)行電力傳輸?shù)膽?yīng)用的理想選擇。

圖 3. 功率半導(dǎo)體技術(shù)格局和應(yīng)用

GaN 的未來前景光明，有望擴(kuò)展到 USB-PD 電源插座。其他新興應(yīng)用包括汽車車載充電器、LED 照明驅(qū)動(dòng)器、家電電源、數(shù)據(jù)中心電源、激光雷達(dá)激光驅(qū)動(dòng)器和 D 類音頻放大器等。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，GaN 可以實(shí)現(xiàn)更高功率的應(yīng)用，成為 SiC 的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

4. 中國功率半導(dǎo)體的發(fā)展現(xiàn)狀中國正在功率半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)行大量投資，擁有超過50家公司，覆蓋了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。中國高度重視碳化硅（SiC）技術(shù)，從襯底生產(chǎn)到功率模塊，有30多家公司參與其中。2023年，中國在SiC襯底方面的裝機(jī)容量已超過了歐洲、美國、日本、韓國。目前，西方和東南亞的公司正在擴(kuò)大其SiC產(chǎn)能。

中國正在大力投資功率半導(dǎo)體行業(yè)，擁有 50 多家公司覆蓋整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。該國擁有至少 15 家生產(chǎn)功率分立器件和功率 IC 的代工廠，包括 HVCMOS、BCD、硅 MOSFET、IGBT、SiC MOSFET、SiC 二極管和 GaN 技術(shù)。20 多家 IDM（集成設(shè)備制造商）主要專注于功率分立元件，同時(shí)也開發(fā)功率模塊，其中一些在功率 IC 功能方面取得了進(jìn)步，尤其是柵極驅(qū)動(dòng)器。

2023 年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)份額顯示，SiC 技術(shù)在中國備受重視，有超過 30 家公司參與從基板生產(chǎn)到功率模塊的整個(gè)過程。2023 年，中國的 SiC 基板裝機(jī)容量巨大，超過了歐洲、美國、日本、韓國和臺(tái)灣（圖 4）。西方和東南亞公司目前正在提高其 SiC 產(chǎn)能。

圖 4. SiC 基板產(chǎn)能份額

盡管功率 GaN 領(lǐng)域的參與者較少，但有一家公司脫穎而出，成為領(lǐng)導(dǎo)者。

毫無疑問，2025 年，中國功率半導(dǎo)體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展將成為我們的關(guān)注焦點(diǎn)。

5. 硅功率半導(dǎo)體前景仍然光明

隨著庫存調(diào)整階段在 2024 年下半年接近尾聲，功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將在 2025 年反彈?；诠璧募夹g(shù)繼續(xù)主導(dǎo)功率 IC 和功率分立器件領(lǐng)域。

向 300 毫米晶圓的過渡正在進(jìn)行中或計(jì)劃中，旨在大幅降低成本。

IGBT 仍然是功率分立器件的有力競(jìng)爭(zhēng)者，通過混合模塊 (SiC/IGBT) 促進(jìn)電池電動(dòng)汽車的大規(guī)模市場(chǎng)采用，而不會(huì)顯著影響行駛里程。事實(shí)上，技術(shù)混合已經(jīng)成為我們的核心關(guān)注點(diǎn)之一。

BCD 正在不斷發(fā)展以支持更高的電壓，并增強(qiáng)了電流感應(yīng)、溫度監(jiān)控和柵極驅(qū)動(dòng)的集成，從而為汽車或工業(yè)應(yīng)用提供了所謂的智能電源，而移動(dòng)應(yīng)用中不斷增加的功能正在穩(wěn)步提高PMIC物料清單。

2025年展望

市場(chǎng)展望

2025 電力市場(chǎng)展望

汽車市場(chǎng)正在經(jīng)歷向動(dòng)力系統(tǒng)電氣化的重大變革。在初始補(bǔ)貼逐漸減少的情況下，續(xù)航里程和用戶體驗(yàn)的改善以及成本的降低是電池電動(dòng)汽車 (BEV) 大規(guī)模市場(chǎng)采用的關(guān)鍵。與內(nèi)燃機(jī)汽車一樣，電動(dòng)汽車 (EV) 的效率以其在給定距離和統(tǒng)一測(cè)試條件 (WLTP) 下的能耗（千瓦時(shí)而不是升汽油）為特征，從而可以對(duì)不同的車輛進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試。這些關(guān)鍵原則正在推動(dòng)牽引逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、車載充電器或 DC-DC 轉(zhuǎn)換器等電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的創(chuàng)新。接下來，電動(dòng)汽車電池正在向更高的額定電壓 (400 V 至 800 V) 發(fā)展，旨在提高效率、縮短充電時(shí)間并減輕重量和發(fā)熱量。

碳化硅 (SiC) 具有最先進(jìn)的效率以及高額定電壓等級(jí)設(shè)備（1200 V 及以上），是電動(dòng)汽車逆變器的首選。它于 2017 年首次在特斯拉 Model 3 中推出，直到最近才僅限于高端汽車領(lǐng)域。我們估計(jì)，包括 MOSFET 和肖特基二極管在內(nèi)的功率 SiC 市場(chǎng)在 2023 年的規(guī)模為 13 億美元，而整個(gè)汽車功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模為 128 億美元?？紤]到持續(xù)的技術(shù)和供應(yīng)鏈發(fā)展，我們預(yù)計(jì)到 2029 年，該市場(chǎng)將達(dá)到 68 億美元，從 2024 年開始以 37.3% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。由于降低成本是先決條件，混合 SiC 與傳統(tǒng) IGBT 的混合模塊正在出現(xiàn)，而對(duì)系統(tǒng)級(jí)效率幾乎沒有影響。特斯拉再次成為先行者，在 2023 年 3 月的投資者日上宣布將功率 SiC 減少 75%。這種方法可能會(huì)擴(kuò)展到特斯拉以外的領(lǐng)域。因此，預(yù)計(jì) IGBT 將繼續(xù)增長(zhǎng)，到 2029 年將達(dá)到 52 億美元。

與傳統(tǒng) IGBT 相比，功率 SiC 的卓越性能來自更好的開/關(guān)特性。然而，SiC 芯片成本的降低需要進(jìn)一步改進(jìn)和解決問題。業(yè)界正將注意力集中在晶圓成本上，8 英寸晶圓即將量產(chǎn)，位錯(cuò)缺陷密度影響產(chǎn)量，可靠性意味著需要添加昂貴的緩沖層，或者電壓振鈴需要在電源模塊封裝內(nèi)設(shè)置補(bǔ)償機(jī)制。至于進(jìn)一步的改進(jìn)，Rdson 的降低是推動(dòng)利益相關(guān)者技術(shù)路線圖的主要關(guān)注點(diǎn)，因?yàn)槿魏螌?duì)這個(gè)參數(shù)的改進(jìn)都有助于減小芯片尺寸，從而提高晶圓位錯(cuò)密度方面的產(chǎn)量。因此，該行業(yè)正在多個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新，從具有極低電阻率的工程晶圓到溝槽架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)更薄的通道，從而降低導(dǎo)通電阻。為了提高可靠性，MOSFET 中的嵌入式肖特基二極管有助于抑制緩沖層，同時(shí)還可以降低芯片成本和尺寸。最后，行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注模塊封裝技術(shù)，該技術(shù)正朝著銅針和銀燒結(jié)的方向發(fā)展。

未來幾年行業(yè)的發(fā)展將取決于這些參數(shù)。我們已經(jīng)看到功率半導(dǎo)體廠商在生產(chǎn)開始之前就致力于開發(fā)下一代技術(shù)，這表明競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。

技術(shù)展望

2025 年電力技術(shù)展望

技術(shù)選擇的主要選擇標(biāo)準(zhǔn)基本保持不變，因?yàn)樗鼈兪遣牧咸匦运逃械模禾蓟?(SiC) 適用于高功率密度、高溫、硬開關(guān)和高壓應(yīng)用，氮化鎵 (GaN) 適用于高功率密度、高溫、中低壓和高速應(yīng)用，而硅 (Si) 可以為不需要上述要求的應(yīng)用節(jié)省成本。在每種技術(shù)中，我們期望看到關(guān)鍵設(shè)備指標(biāo)的不斷改進(jìn)，例如降低比導(dǎo)通電阻、總柵極電荷和降低電容，以提高功率密度和開關(guān)效率。我們可能會(huì)看到制造商為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而進(jìn)行一些設(shè)備結(jié)構(gòu)上的改變，例如在目前采用平面結(jié)構(gòu)的制造商中采用溝槽設(shè)計(jì)。

受當(dāng)前應(yīng)用擴(kuò)展的推動(dòng)，例如最近電動(dòng)汽車 (EV) 轉(zhuǎn)向 800 V 架構(gòu)和數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)向 48 V 供電，我們可以看到制造商不同設(shè)備技術(shù)的工作電壓范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。例如，英飛凌剛剛發(fā)布了業(yè)界首款 400 V SiC MOSFET，而 GaN 則一直致力于將擊穿電壓提高到 900 V 和 1200 V 范圍。值得關(guān)注的是 Power Integrations 推出的 1250 V GaN 開關(guān) IC。替代的 GaN 晶圓和器件結(jié)構(gòu)也正在開發(fā)中，例如 Transphorm 的 1200 V 藍(lán)寶石上 GaN 結(jié)構(gòu)，盡管在瑞薩收購 Transphorm 之后，這項(xiàng)技術(shù)的命運(yùn)有些不確定，而實(shí)現(xiàn)垂直 GaN 器件以獲得更高的擊穿電壓可能還需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

除了擴(kuò)大電壓范圍外，我們還希望看到現(xiàn)有電壓等級(jí)的功能得到擴(kuò)展。例如，近年來，我們還看到了 40 V 級(jí)雙向開關(guān) (BDS) GaN 器件的推出。英飛凌最近宣布推出 650 V 和 850 V BDS GaN 器件，這將是業(yè)界首創(chuàng)。傳統(tǒng)上，GaN HEMT 和功率器件通常使用擴(kuò)展漏極來管理高電場(chǎng)。然而，這種不對(duì)稱設(shè)計(jì)使器件不適合雙向切換。要在 GaN HEMT 中實(shí)現(xiàn)更高電壓的 BDS 功能，需要在器件布局和工藝方面進(jìn)行創(chuàng)新。

為了滿足大批量關(guān)鍵市場(chǎng)選擇者對(duì)電力電子日益增長(zhǎng)的需求，我們預(yù)計(jì)會(huì)有更多制造商轉(zhuǎn)向生產(chǎn)更大的晶圓尺寸：SiC 從 150 毫米晶圓轉(zhuǎn)向 200 毫米晶圓，我們開始看到 GaN 制造從 200 毫米晶圓轉(zhuǎn)向 300 毫米晶圓。

采購展望

2024 年，半導(dǎo)體銷售將經(jīng)歷強(qiáng)勁增長(zhǎng)。2024 年上半年 (H1)，半導(dǎo)體市場(chǎng)總量增長(zhǎng) 24%，預(yù)計(jì)下半年 (H2) 將繼續(xù)以 29% 的速度增長(zhǎng)。我們預(yù)計(jì)半導(dǎo)體市場(chǎng)將達(dá)到略低于 6800 億美元的歷史新高。這一大幅增長(zhǎng)是由對(duì) AI 普及所需的高價(jià)半導(dǎo)體（例如 GPU 和高帶寬內(nèi)存 (HBM)）的需求不斷增長(zhǎng)所推動(dòng)的，這反過來又推高了平均銷售價(jià)格 (ASP)。

預(yù)計(jì)今年 ASP 將飆升 17%。行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者降低資本支出 (capex) 和持續(xù)減產(chǎn)有助于緩解庫存狀況，盡管速度低于預(yù)期，且各細(xì)分市場(chǎng)的結(jié)果好壞參半。我們預(yù)計(jì)，隨著邊緣 AI 設(shè)備變得更加突出，需求將在下半年改善，進(jìn)一步緩解庫存狀況并加強(qiáng)價(jià)格。

TechInsights預(yù)測(cè)，這一強(qiáng)勁勢(shì)頭將持續(xù)到 2025 年，半導(dǎo)體銷售額全年將再增長(zhǎng) 25%，飆升至近 8500 億美元。預(yù)計(jì)強(qiáng)勁的平均售價(jià)增長(zhǎng)也將繼續(xù)（增長(zhǎng) 5%），同時(shí)整個(gè)行業(yè)將全面復(fù)蘇。隨著邊緣 AI 設(shè)備獲得關(guān)注、在 COVID 時(shí)代購買的設(shè)備過時(shí)以及從Windows 10遷移到 Windows 11，許多設(shè)備預(yù)計(jì)將進(jìn)入更換周期。

價(jià)格展望

今年，分立器件和光電子器件類別將下降。汽車和工業(yè)行業(yè)的需求仍然疲軟，導(dǎo)致庫存不斷增加，給這一細(xì)分市場(chǎng)帶來壓力。功率晶體管在上一次經(jīng)濟(jì)衰退期間表現(xiàn)堅(jiān)挺；然而，由于平均售價(jià)暴跌，預(yù)計(jì)今年將下降 8%。預(yù)計(jì)光電子器件將略有回落，但價(jià)格保持穩(wěn)定。我們相信這些細(xì)分市場(chǎng)已經(jīng)觸底，今年下半年基本面將有所改善。隨著庫存減少，預(yù)計(jì)明年需求將全面回升。

2024 年第二季度，電源產(chǎn)品和傳感器類別的價(jià)格降幅最大（分別為 -2% 和 -1.2%）

幾乎所有其他類別的平均價(jià)格在第二季度都保持平穩(wěn)，變化很小。

電路保護(hù)：第二季度價(jià)格持平（上漲 0.5%），與我們上個(gè)季度的預(yù)測(cè)一致。交貨時(shí)間保持不變，為 12 周。我們預(yù)計(jì) 2024 年下半年的價(jià)格和交貨時(shí)間都會(huì)略有增加。

連接器：2024 年第二季度價(jià)格上漲 1%，但汽車連接器除外，由于需求下降，價(jià)格下降了 3.4%。工業(yè)市場(chǎng)的強(qiáng)勁可能會(huì)在 2024 年下半年導(dǎo)致該類別的價(jià)格上漲。第二季度的交貨時(shí)間為 10 周，是所有類別中最短的，我們預(yù)計(jì)它將保持不變直到年底。

電力產(chǎn)品：電力產(chǎn)品價(jià)格在 2024 年第二季度下跌了 2%。我們預(yù)計(jì)下個(gè)季度價(jià)格將持平，接下來的三個(gè)季度價(jià)格將小幅上漲。由于 Aimtec 產(chǎn)品的交貨時(shí)間自上個(gè)季度以來大幅增加，該細(xì)分市場(chǎng)的交貨時(shí)間變化最大，從第一季度的 14 周減少到第二季度的 19 周。

交貨時(shí)間展望

本季度，毛平均交貨時(shí)間保持不變，為 14 周。

預(yù)計(jì) 2024 年下半年大多數(shù)類別的交貨時(shí)間將持平，但我們預(yù)計(jì)從第四季度開始，隨著庫存減少和需求回升，交貨時(shí)間會(huì)略有增加。

連接器類別的交貨時(shí)間是所有類別中最低的，連續(xù)第二個(gè)季度保持在 10 周。

電源產(chǎn)品部門的交貨時(shí)間在所有組件類別中最長(zhǎng)，平均為 19 周，預(yù)計(jì)在接下來的幾個(gè)季度會(huì)更長(zhǎng)。

Source：Techinsight