功率半導體市場目前正在經(jīng)歷庫存調(diào)整，幾乎涵蓋了從消費到汽車再到工業(yè)等所有垂直市場。然而，在數(shù)據(jù)中心人工智能 (AI) 等應用中，功率半導體正大放異彩，同時還有令人興奮的發(fā)展，尤其是在復合半導體領域。我們估計了 2025 年最有趣的重點領域。

1. 賦能數(shù)據(jù)中心未來

在人工智能的持續(xù)發(fā)展推動下，數(shù)據(jù)中心市場正在經(jīng)歷一場巨大的轉變。隨著計算半導體市場到 2025 年將飆升至驚人的 2390 億美元，電力輸送需求從每機架 30 千瓦飆升至 100 千瓦以上。這一激增也推動了功率半導體市場的發(fā)展，預計到 2025 年將達到 40 億美元（圖 1），這得益于人工智能對計算能力的無限需求。

圖 1. 數(shù)據(jù)中心功率半導體市場預測——人工智能的影響

多項技術進步正在重塑數(shù)據(jù)中心的電力輸送。電源單元正在從服務器級過渡到專用電源架，以優(yōu)化空間和冗余。在 Open Rack v3 標準的推動下，電力輸送繼續(xù)從 12 Vdc 轉向 48 Vdc 母線。人工智能的增長強化了這一趨勢，因為它為高功率輸送提供了更實用的解決方案，同時降低了損耗。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)中心運營商的可持續(xù)發(fā)展目標，效率目標已升至 97.5%。

這些轉變正在推動電源轉換新拓撲的發(fā)展以及新的功率半導體技術，例如交流/直流轉換級中額定電壓為 400 V 的 SiC 和電源單元中直流/直流轉換級的氮化鎵 (GaN) 的引入。MOSFET 功率級也將從加速卡市場的爆炸式發(fā)展中受益匪淺。

2. 功率半導體中碳化硅（SiC）的崛起

碳化硅 (SiC) 因其與傳統(tǒng)硅 IGBT 和 MOSFET 技術相比具有出色的轉換效率，在功率半導體行業(yè)中獲得了巨大的發(fā)展勢頭。SiC 更高的開關頻率和工作溫度還可以實現(xiàn)更小、更輕的系統(tǒng)，最終降低成本。SiC 技術正在數(shù)據(jù)中心以外的各種應用中擴展，包括電動汽車 (EV) 牽引逆變器、車載充電器、電動汽車充電器、光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、固態(tài)變壓器和斷路器、工業(yè)電機驅動器等。汽車行業(yè)是主要驅動力，預計到 2025 年 SiC 市場將超過 20 億美元（圖 2）。

圖 2. 汽車 SiC 市場預測——來源 EVS 頻道

為了滿足日益增長的需求，SiC 產(chǎn)能擴張正在進行中。2025 年的一個關鍵行業(yè)重點是向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，進一步加速市場采用并提高整個行業(yè)的競爭力。

3. GaN 功率半導體的未來

GaN 功率半導體已成為消費電源的主要產(chǎn)品，主要受快速充電和 USB 供電 (USB-PD) 需求的推動。然而，它尚未突破 10 億美元大關，而由于更嚴格的可持續(xù)性法規(guī)，外部電源的增長預計將趨于平穩(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 年推動功率 GaN 市場的下一個應用是什么？GaN 的尖端開關頻率（圖 3）可實現(xiàn)極其緊湊的系統(tǒng)設計和高功率密度。這使其成為需要小尺寸集成以進行電力傳輸?shù)膽玫睦硐脒x擇。

圖 3. 功率半導體技術格局和應用

GaN 的未來前景光明，有望擴展到 USB-PD 電源插座。其他新興應用包括汽車車載充電器、LED 照明驅動器、家電電源、數(shù)據(jù)中心電源、激光雷達激光驅動器和 D 類音頻放大器等。從長遠來看，GaN 可以實現(xiàn)更高功率的應用，成為 SiC 的強大競爭對手。

4. 中國功率半導體的發(fā)展現(xiàn)狀中國正在功率半導體行業(yè)進行大量投資，擁有超過50家公司，覆蓋了整個生態(tài)系統(tǒng)。中國高度重視碳化硅（SiC）技術，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大其SiC產(chǎn)能。

中國正在大力投資功率半導體行業(yè)，擁有 50 多家公司覆蓋整個生態(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。20 多家 IDM（集成設備制造商）主要專注于功率分立元件，同時也開發(fā)功率模塊，其中一些在功率 IC 功能方面取得了進步，尤其是柵極驅動器。

2023 年功率半導體市場份額顯示，SiC 技術在中國備受重視，有超過 30 家公司參與從基板生產(chǎn)到功率模塊的整個過程。2023 年，中國的 SiC 基板裝機容量巨大，超過了歐洲、美國、日本、韓國和臺灣（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 領域的參與者較少，但有一家公司脫穎而出，成為領導者。

毫無疑問，2025 年，中國功率半導體行業(yè)的競爭力和發(fā)展將成為我們的關注焦點。

5. 硅功率半導體前景仍然光明

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

向 300 毫米晶圓的過渡正在進行中或計劃中，旨在大幅降低成本。

IGBT 仍然是功率分立器件的有力競爭者，通過混合模塊 (SiC/IGBT) 促進電池電動汽車的大規(guī)模市場采用，而不會顯著影響行駛里程。事實上，技術混合已經(jīng)成為我們的核心關注點之一。

BCD 正在不斷發(fā)展以支持更高的電壓，并增強了電流感應、溫度監(jiān)控和柵極驅動的集成，從而為汽車或工業(yè)應用提供了所謂的智能電源，而移動應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

市場展望

2025 電力市場展望

汽車市場正在經(jīng)歷向動力系統(tǒng)電氣化的重大變革。在初始補貼逐漸減少的情況下，續(xù)航里程和用戶體驗的改善以及成本的降低是電池電動汽車 (BEV) 大規(guī)模市場采用的關鍵。與內(nèi)燃機汽車一樣，電動汽車 (EV) 的效率以其在給定距離和統(tǒng)一測試條件 (WLTP) 下的能耗（千瓦時而不是升汽油）為特征，從而可以對不同的車輛進行基準測試。這些關鍵原則正在推動牽引逆變器、電機驅動器、車載充電器或 DC-DC 轉換器等電源轉換設備的創(chuàng)新。接下來，電動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、縮短充電時間并減輕重量和發(fā)熱量。

碳化硅 (SiC) 具有最先進的效率以及高額定電壓等級設備（1200 V 及以上），是電動汽車逆變器的首選。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域。我們估計，包括 MOSFET 和肖特基二極管在內(nèi)的功率 SiC 市場在 2023 年的規(guī)模為 13 億美元，而整個汽車功率半導體市場規(guī)模為 128 億美元?？紤]到持續(xù)的技術和供應鏈發(fā)展，我們預計到 2029 年，該市場將達到 68 億美元，從 2024 年開始以 37.3% 的復合年增長率增長。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)，而對系統(tǒng)級效率幾乎沒有影響。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%。這種方法可能會擴展到特斯拉以外的領域。因此，預計 IGBT 將繼續(xù)增長，到 2029 年將達到 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/關特性。然而，SiC 芯片成本的降低需要進一步改進和解決問題。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)設置補償機制。至于進一步的改進，Rdson 的降低是推動利益相關者技術路線圖的主要關注點，因為任何對這個參數(shù)的改進都有助于減小芯片尺寸，從而提高晶圓位錯密度方面的產(chǎn)量。因此，該行業(yè)正在多個方面進行創(chuàng)新，從具有極低電阻率的工程晶圓到溝槽架構，從而實現(xiàn)更薄的通道，從而降低導通電阻。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，同時還可以降低芯片成本和尺寸。最后，行業(yè)重點關注模塊封裝技術，該技術正朝著銅針和銀燒結的方向發(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)看到功率半導體廠商在生產(chǎn)開始之前就致力于開發(fā)下一代技術，這表明競爭日益激烈。

技術展望

2025 年電力技術展望

技術選擇的主要選擇標準基本保持不變，因為它們是材料特性所固有的：碳化硅 (SiC) 適用于高功率密度、高溫、硬開關和高壓應用，氮化鎵 (GaN) 適用于高功率密度、高溫、中低壓和高速應用，而硅 (Si) 可以為不需要上述要求的應用節(jié)省成本。在每種技術中，我們期望看到關鍵設備指標的不斷改進，例如降低比導通電阻、總柵極電荷和降低電容，以提高功率密度和開關效率。我們可能會看到制造商為實現(xiàn)這一目標而進行一些設備結構上的改變，例如在目前采用平面結構的制造商中采用溝槽設計。

受當前應用擴展的推動，例如最近電動汽車 (EV) 轉向 800 V 架構和數(shù)據(jù)中心轉向 48 V 供電，我們可以看到制造商不同設備技術的工作電壓范圍進一步擴大。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。值得關注的是 Power Integrations 推出的 1250 V GaN 開關 IC。替代的 GaN 晶圓和器件結構也正在開發(fā)中，例如 Transphorm 的 1200 V 藍寶石上 GaN 結構，盡管在瑞薩收購 Transphorm 之后，這項技術的命運有些不確定，而實現(xiàn)垂直 GaN 器件以獲得更高的擊穿電壓可能還需要更長的時間。

除了擴大電壓范圍外，我們還希望看到現(xiàn)有電壓等級的功能得到擴展。例如，近年來，我們還看到了 40 V 級雙向開關 (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展漏極來管理高電場。然而，這種不對稱設計使器件不適合雙向切換。要在 GaN HEMT 中實現(xiàn)更高電壓的 BDS 功能，需要在器件布局和工藝方面進行創(chuàng)新。

為了滿足大批量關鍵市場選擇者對電力電子日益增長的需求，我們預計會有更多制造商轉向生產(chǎn)更大的晶圓尺寸：SiC 從 150 毫米晶圓轉向 200 毫米晶圓，我們開始看到 GaN 制造從 200 毫米晶圓轉向 300 毫米晶圓。

采購展望

2024 年，半導體銷售將經(jīng)歷強勁增長。2024 年上半年 (H1)，半導體市場總量增長 24%，預計下半年 (H2) 將繼續(xù)以 29% 的速度增長。我們預計半導體市場將達到略低于 6800 億美元的歷史新高。這一大幅增長是由對 AI 普及所需的高價半導體（例如 GPU 和高帶寬內(nèi)存 (HBM)）的需求不斷增長所推動的，這反過來又推高了平均銷售價格 (ASP)。

預計今年 ASP 將飆升 17%。行業(yè)領導者降低資本支出 (capex) 和持續(xù)減產(chǎn)有助于緩解庫存狀況，盡管速度低于預期，且各細分市場的結果好壞參半。我們預計，隨著邊緣 AI 設備變得更加突出，需求將在下半年改善，進一步緩解庫存狀況并加強價格。

TechInsights預測，這一強勁勢頭將持續(xù)到 2025 年，半導體銷售額全年將再增長 25%，飆升至近 8500 億美元。預計強勁的平均售價增長也將繼續(xù)（增長 5%），同時整個行業(yè)將全面復蘇。隨著邊緣 AI 設備獲得關注、在 COVID 時代購買的設備過時以及從Windows 10遷移到 Windows 11，許多設備預計將進入更換周期。

價格展望

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，導致庫存不斷增加，給這一細分市場帶來壓力。功率晶體管在上一次經(jīng)濟衰退期間表現(xiàn)堅挺；然而，由于平均售價暴跌，預計今年將下降 8%。預計光電子器件將略有回落，但價格保持穩(wěn)定。我們相信這些細分市場已經(jīng)觸底，今年下半年基本面將有所改善。隨著庫存減少，預計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格降幅最大（分別為 -2% 和 -1.2%）

幾乎所有其他類別的平均價格在第二季度都保持平穩(wěn)，變化很小。

電路保護：第二季度價格持平（上漲 0.5%），與我們上個季度的預測一致。交貨時間保持不變，為 12 周。我們預計 2024 年下半年的價格和交貨時間都會略有增加。

連接器：2024 年第二季度價格上漲 1%，但汽車連接器除外，由于需求下降，價格下降了 3.4%。工業(yè)市場的強勁可能會在 2024 年下半年導致該類別的價格上漲。第二季度的交貨時間為 10 周，是所有類別中最短的，我們預計它將保持不變直到年底。

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

交貨時間展望

本季度，毛平均交貨時間保持不變，為 14 周。

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

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

電源產(chǎn)品部門的交貨時間在所有組件類別中最長，平均為 19 周，預計在接下來的幾個季度會更長。

Source：Techinsight