【摘要】IGBT领域，国产芯片技术水平已经逐渐赶上海外巨头步伐，2023年国产化率超过30%；SiC领域，当前90%市场份额仍被英飞凌、安森美、意法半导体等国外厂商主导，但本土企业产能建设和可靠性调试正在进行，也有在未来实现大规模国产替代的希望。
但在终局到来之前，用“高度内卷”来概括中国汽车功率半导体的竞争格局一点都不为过。各厂商卷价格低廉、技术先进、产能扩张、模式扩展，导致营收承压、毛利下滑已是行业普遍情况。来自主机厂的大幅压价，更是削薄了行业的利润空间。
而车企的可靠性验证以及实际运行中的表现，是需要做在前面，也急不来的硬功夫。
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以下是正文：
车规级功率半导体器件是国产化的兵家必争之地，但“未富先卷”也成为如今绕不开的现状。
汽车内，功率半导体器件有几种不同应用，最为核心的是在主驱逆变器中，将电池输出的直流电逆变为交流电驱动汽车电机。其余还包括在辅助逆变电路中为其他汽车电子供电、在DC/DC直流斩波电路中输出电压不同的电流、在OBC（充电/逆变）中将外部输入的交流电逆变为直流电为新能源汽车电池充电等。
产业链合作上，半导体供应商（Tier2）将芯片出售给Tier1，Tier1再将功能集成到模块中并将系统集成方案给OEM进行组装交付给整车厂。
当前，IGBT是车规级功率半导体的主要器件。随着技术迭代，以SiC为代表的第三代半导体材料也逐步进入功率半导体的主战场，海外头部品牌普遍在稳住IGBT业务的情况下，掉转枪头，大手笔进行SiC研发和产能建设。
与基于Si基的IGBT相比，SiC半导体材料拥有3大性能优点：3倍的禁带宽度可减少漏电并提高工作温度；10倍的击穿场强可提高开关速度并减低损耗；4倍的导热率支持高功率密度并可降低散热要求。
碳化硅产业链主要包括衬底、外延、器件设计、器件制造、封测等。在整套工艺流程中，衬底生产是最核心、最具备技术壁垒的环节；衬底做好后，衬底经过外延生长得到外延片，随后根据芯片设计方案进行代工生产，经过光刻、刻蚀、离子注入、沉积等步骤制造成器件。
产业链价值集中于上游衬底和外延环节。根据CASA的数据，衬底约占碳化硅器件成本的47%，外延环节占据23%。
目前，国内主要做衬底的厂商是天岳先进、天科合达、东尼电子、烁科晶体、同光晶体、世纪金光，晶盛机电，三安光电，露笑半导体等，外延厂商包括天域半导体、瀚天天成、中电化合物等。
虽然SiC性能优越，但成本居高不下始终是一道难题。目前SiC器件价格大约是Si的4-5倍，且Si材料在生产工艺上更为成熟，生产周期更短，良率更高。所以，当前主流方案还是停留在IGBT。
据业内人士估计，一辆新能源车大概需要配置一百多颗SiC MOSFET，一片6英寸的SiC晶圆大概能供应6辆车使用。其中主驱大概用到36/48颗SiC MOSFET，技术要求最高，相应器件价格也最贵。整体下来，一辆车大概要在SiC MOSFET上花费1万元左右。
但在各玩家蜂拥而至、市场又尚未完全做起来之时，近期碳化硅模块的降价趋势却先在激烈的价格战场上隐隐埋下了地雷。车规级SiC芯片设计生产，乃至车规级功率半导体行业，很可能已经到了毛利稀薄的地步。
在这场汽车功率半导体供应商的无限战争里，谁将成为最后的赢家？
01
出货扩产积极，可靠性仍存疑点
内卷潮流的正面效应在于，促进了国内企业在功率半导体领域的飞速成长。
IGBT芯片目前已量产至第七代，海外巨头英飞凌已完成第八代研发，技术上，内资厂商和英飞凌相比代差大多在1-2代。不过受限于成本及供应，最先进的IGBT第7代并不是主流供应，且国内外技术差距正逐步缩小。
截至2023年底，士兰微IGBT5+产品对标英飞凌第七代已批量出货，宏微科技M5I、M6I系列产品对标国英飞凌第五代、第六代产品已批量出货，并计划推出对标第七代产品。2023年全年，斯达半导车规级IGBT模块配套超过200万套新能源汽车主电机控制器。
从具体排名数据上来看，国内功率半导体Tier 1厂商在国内销售的新能源车功率模块装机量在快速上升。根据NE研究院，2024年上半年功率模块装机量前五分别是比亚迪半导体（市场份额33.8%）、中车时代半导体（市场份额13.4%）、英飞凌（市场份额9.9%）、芯联集成（市场份额9.7%）、斯达半导体（市场份额6.4%）。
碳化硅的情况则有所不同。自从特斯拉首次在电动汽车逆变器功率模块中引入SiC之后，这一原本小众的细分赛道进入了各家视线。海外功率巨头纷纷瞄准该赛道，扩张SiC产线，争夺发展窗口期。
据NE数据，2024年上半年，中国乘用车功率模块装机量达到616万套，同比增长57%。其中碳化硅功率模块装机量为73.5万套，同比增长高达83%。
市场快速增长的同时，SiC功率半导体市场的集中度仍然较高，且目前主要被海外IDM巨头占据。无论是从全球视角还是中国市场视角来看，三巨头意法半导体ST、英飞凌、安森美，再加上罗姆、Wolfspeed等，基本上覆盖了90%以上的市场份额。
图表 1 2022年全球SiC竞争格局
SiC的国产替代方面，国内如芯联集成、斯达半导、时代电气、华润微、士兰微等深耕功率半导体的厂商纷纷开始建设SiC产能。其中，士兰微碳化硅已经定点吉利。
值得一提的是，据相关人士透露，截至2023年年末，绝大部分国产车规级SiC芯片未通过博世系汽车电子供应商联合电子的可靠性测试。
SiC功率芯片对制程要求不高，核心问题在可靠性，尤其是主驱部分对SiC的要求会更高，在反复迭代过程中需要充足的经验。
当前许多国产碳化硅芯片在前期导入的时候，经常会有炸机事件发生，即便是国内头部厂商也不能避免。基于此，国产替代过程中质量考核、准入是一个大问题。如何通过研发或者管理手段规避炸机、提高可靠性很重要。
有业内人士测算，国产碳化硅芯片要真正批量上车，可能至少还要两年左右的时间的技术积累。
02
内卷不休，战争不止
用“高度内卷”来概括中国汽车功率半导体的竞争格局一点都不为过。
其中，价格低廉，要卷。这可以是本土厂商应对海外竞争、快速提升国产份额的一个有效策略，但想要停在一个合适的区间却并不容易。叠加来自下游新能源车企等终端客户的成本控制压力，功率半导体领域新产品的毛利空间实际在被不断压缩。
在最新公布的2024年半年报中，除了毛利率已然为负的芯联集成有一定边际改善之外，时代电气、斯达半导和华润微等主做车规功率半导体的企业毛利率普遍大幅下跌，英飞凌的毛利率也同样在过去三年中首次出现下滑。
据业内人士，主机厂也在普遍压低碳化硅的价格，幅度可能在1/3左右。新能源车努力卷低价、燃油车进入存量博弈。电池成本降无可降的当下，车企下压碳化硅芯片和模组的价格也可以理解。更重要的是，主机厂认定了在整体产能扩大、8英寸产能逐步兑现的趋势下，SiC衬底价格将以可观的速度下滑。
这种压价行为背后，上游这些话语权较弱的Tier 2供应商销售毛利率空间普遍受到倾轧。
产能扩张，要卷。无论是在IGBT上扩展工艺、开出12英寸晶圆的产能，还是在SiC上加速布局、继续扩大SiC生产能力，海内外厂商都在不断地扩大产能规模。
本轮功率半导体投资扩产大多始于2023年，考虑产线建设至投产通常为3年左右周期，以及投产之后还需经历1-2年产能爬坡，因此预计本轮扩产新增产能将于2028年左右大量集中供应。
技术研发，要卷。技术上功率半导体设计工艺极为复杂，不仅要保持模块在大电流、高电压和高频率环境下的工作，还要保持损耗、抗短路能力和导通压降维持平衡，因此想要在行业立足，必须拥有深厚的技术积累和强大的创新研发能力。
举例而言，2024年上半年，芯联集成研发费用率达到30.2%，研发费用同比增长33%。其他厂商无论运营如何，都很难改变高研发支出的现状。
图表 3 研发费用（亿元）
模式扩展，要卷。各凭本事、各显神通的时代，厂商都在寻求业务模式的拓展。例如斯达半导于2021年开始由纯Fabless转型为IDM，士兰微目前通过外购安森美的芯片来生产模块。
由于车规芯片对设计和制造都要求要求高可靠、高稳定、高安全性，产品生命周期和验证周期长，业界一般认为IDM发展模式更佳。
一方面，碳化硅全产业链垂直整合也是潜在的发展趋势。三安集成副总经理陈东坡在4月出席功率及化合物论坛时表示：“碳化硅全产业链垂直整合更适合新能源汽车行业。”
另一方面，芯联集成作为曾经的Foundry模式代表，也开始与一些Fabless公司如瑶芯微形成了功率设计+代工的联盟，订单确定、合作稳定的趋势下，这种类IDM的模式通过自建产能或者绑定晶圆产能，也能够较好地把控品质，所以IDM厂商的优势也正在淡化。
03
固有风雨，仍要负重前行
2024年上半年，作为国产车规晶圆代工领跑者的芯联集成交出了这样一份业绩答卷：半年度营业收入为28.8亿元，同比增长14.3%；主营业务收入为27.7亿元，同比增长为11.5%；2024年半年度实现归属于母公司所有者的净利润为-4.7亿元，与上年同期相比减亏6.4亿元，同比减亏57.5%。
不过，毛利率还是-4%，虽然有边际好转的迹象，但是并不尽如人意。
业务方面，芯联集成在碳化硅领域取得了一定成就。得益于持续拓展国内外OEM和Tier1客户，SiC MOSFET业务同比增长300%，预计全年碳化硅业务营收将达到10亿元。
据公司披露，自去年量产平面SiC MOSFET后，90%的产品都应用于新能源汽车主驱逆变器，是国内产业中率先突破主驱用SiC MOSFET产品的龙头企业，SiC MOSFET出货量已居亚洲第一。
2024年4月，芯联集成成功完成了8英寸SiC晶圆首批下线，预计2025年实现量产。同时也计划在2024年将SiC MOSFET生产能力扩展至每月1万片，较当前的5000片/月增长近一倍。
但芯联集成的样本，同样也展现了当前国内玩家的部分挑战。
财务数据上，连续5年的亏损处境让芯联集成背负着更大的压力，高额的折旧摊销费用、逐年增加的研发投入、持续扩张的产能产线、竞争激烈的市场、拉低毛利率的价格战，都是难以避免的前行包袱。
去除折旧摊销影响，芯联的息税折旧摊销前利润率也低于中芯国际等晶圆代工厂商，利润水平接近行业垫底。
从业务范围上看，中芯国际、华虹半导体是综合性晶圆代工厂商，而芯联集成仍以单一的功率器件领域为主，且企业规模上中芯国际和华虹半导体还是远大于芯联集成。
当然，海外IDM龙头英飞凌的日子，也并没有那么好过。截至6月30日的2024财年Q3财报会上，英飞凌第三次下调了2024财年全年的营收预期。24Q3营收同比减少9%；毛利率为40%，处于历年较低水平；净利润同比大跌52%。可以说，与去年同期相比，包括汽车业务在内的所有业务都出现了同比下滑。同时，为削减成本，英飞凌还宣布全球裁员1400人。
同期，意法半导体营收同比下降25%；净利润同比下降64%；安森美收入同比下滑17%，Non-GAAP净利润同比下滑29%，同样进行了旗下9座工厂、约1000人的裁员。
车规级SiC未来市场空间无疑宽广，但在此之前顶着风雨的路却并不好走，扩产、研发、营销之间，过渡时期的重要任务，是如何找到平衡点。
04
尾声
过去Tier 2被国外IDM公司垄断是车载半导体的最大痛点。如今随着产能产量不断爬坡，业务模式逐渐多元，国产力量日益壮大，国产化替代的步伐也越迈越大了。可是，随之而来的，也是难以停息的内卷。
此时正处在功率半导体厂商难以避开的一个争抢节点，大方向的研发与扩产上各家往往都懂，拉开的差距并不多。而车企的可靠性及性能等全方位验证，以及实际运行中的表现，是需要做在前面，也急不来的硬功夫。
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