在当今数字化时代,智能手机已成为人们生活中不可或缺的一部分,其功能的不断丰富和性能的持续提升,推动了相关产业链的快速发展。功率半导体作为智能手机的核心部件之一,扮演着至关重要的角色。它不仅负责手机内部的电源管理,还直接影响着设备的充电速度、能效表现以及信号传输等关键性能。随着5G技术的普及、快充技术的广泛应用以及新兴应用如折叠屏手机、AR/VR设备的兴起,功率半导体市场正面临着前所未有的发展机遇和挑战。
近年来,全球智能手机市场经历了从快速增长到逐渐趋于稳定的转变,而中国作为全球最大的智能手机生产和消费市场,其市场动态对全球产业格局产生了深远影响。中国手机产业的快速发展不仅体现在产量的持续增长,更在于技术创新和产业升级的不断推进。同时,功率半导体市场也在经历着技术迭代和产业升级。从传统的硅基功率器件到新兴的宽禁带半导体材料(如SiC和GaN)的应用,功率半导体行业正朝着更高性能、更低功耗的方向发展。这一趋势不仅满足了智能手机对高效能和高性能的需求,也为功率半导体企业带来了新的增长机遇。
第一章 中国手机市场分析
一、 中国手机产量情况
中国作为全球最大的手机生产和消费市场,近年来手机产量一直保持较高的水平。根据国家统计局的数据显示,2024年截至12月中国移动通信手持机(手机)产量累计值达到166952.90万台,累计增长7.8%。这一增长不仅反映了中国手机行业的强大产能,也表明市场需求依然旺盛,中国手机产业在经历了前几年的波动后,正在逐步恢复并实现稳定增长。
从2024年国家统计局的数据来看,中国手机产量继续保持增长态势,9月份当期产量约为17043.94万台,当月同比增长9.1%,为年中最高。从季度数据来看,2024年1-3季度,移动通信手持机(手机)产量达到118446.8万台,同比增长9.8%。整体来看,近三年同期中国手机产量累计值呈先降后升的走势,在2024年呈现出较为明显的增长趋势,显示出市场需求的回暖和产业的复苏。
二、中国手机生产区域结构
中国手机生产区域结构呈现出明显的集中化特点,主要集中在珠三角和长三角地区,其中珠三角地区占据主导地位。
珠三角地区以广东省为核心,是中国手机生产的主要基地。2024年广东省手机产量达到68260.94万台,占全国总产量40.89%。广东省拥有完善的产业链,从芯片设计、零部件制造到手机组装,涵盖了手机生产的各个环节。华为、OPPO、vivo等知名手机品牌均在此区域设有生产基地,形成了强大的产业集群效应。
长三角地区以上海、江苏、浙江为核心,是中国手机产业的重要支撑区域。上海作为中国的经济中心,拥有众多高科技企业和研发机构,为手机产业提供了强大的技术支持。江苏和浙江则在零部件制造和组装方面具有优势,形成了完整的产业集群。
除了珠三角和长三角地区,其他地区的手机生产也在逐步发展。例如,河南省和江西省近年来在手机生产领域也取得了显著进展,成为重要的生产基地。河南省的手机产量在2024年达到13021.12万台,位居全国第二。江西省的产量也达到了11764.4万台,位居全国第四。此外,云南省、四川省、湖北省等地区也在手机生产中占据一定份额,形成了多点开花的局面。
从区域分布来看,中国手机产量主要集中在华南区域,占比约为42.29%,其次是西南区域,占比为17.86%。这种区域结构的形成,与中国各地的产业基础、政策支持、劳动力资源等多方面因素密切相关。
中国手机产业在供给侧展现出强大的产能和区域集中化的特点,珠三角和长三角地区作为主要的生产区域,凭借完善的产业链和强大的技术支持,为中国手机产业的发展提供了坚实的基础。随着5G技术的普及和新兴技术的应用,中国手机产业将继续保持增长态势,为功率半导体市场提供广阔的需求空间。
三、 中国智能手机市场情况
中国作为全球最大的手机消费市场之一,其手机出货量的变化对全球市场有着重要影响。根据国际数据公司(IDC)的最新报告,2024年中国智能手机市场出货量约为2.86亿台,同比增长5.6%,时隔两年触底反弹。这一增长主要得益于过去几年挤压的换机需求逐渐释放,以及各厂商在技术创新和产品升级方面的努力。
从季度数据来看,2024年第四季度,中国智能手机市场出货量约为7643万台,同比增长3.9%。各价位段新品的集中上市以及部分省市开始的新机购买补贴政策推动了整体市场的增长。然而,市场需求在临近年末时逐渐放缓,显示出市场的季节性波动特点。
从厂商表现来看,2024年中国智能手机市场呈现出激烈的竞争格局。vivo以17%的市场份额位居第一,出货量达到4930万台,同比增长11%。华为以16.6%的市场份额位居第二,出货量同比增长37%,显示出其强势复苏的态势。苹果则以15%的市场份额位居第三,但出货量连续三年下滑,2024年大跌17%,显示出其在中国市场的竞争压力日益增大。OPPO和荣耀分别以15%的市场份额位居第四和第五,出货量均出现一定程度的下滑。
展望2025年,随着全国性政府消费补贴政策的刺激,中国智能手机市场有望延续增长趋势。同时,5G技术的进一步普及和6G技术的研发也将为市场带来新的增长动力。然而,市场竞争将更加激烈,各厂商需要在技术创新、产品差异化和用户体验提升方面不断努力,以保持竞争优势。
第二章 中国功率半导体市场分析
一、功率半导体简介
功率半导体是电力电子系统的核心部件,主要用于电能的转换、控制和传输。它在高电压、大电流条件下工作,能够实现电能的高效转换和精确控制。功率半导体广泛应用于消费电子、汽车电子、工业控制、新能源等领域,是现代电子技术的重要基础。
对功率(电能)进行管控是功率半导体器件最基本但远不止于此的功能,如在通讯领域中,功率半导体器件需对信号进行处理的同时还需保证信号在传输与接收过程中的保真,因此功率半导体器件应具有“智能化”的应用功能。所谓功率管控,主要指的是电能的转换与能量的控制,前者作用是将现实中无法直接利用的电力转化为人们需要的能直接应用的能量,如光能、热能等;后者是指将电流电压频率等电学属进行处理,将其转换为电力设备正常运行所需的驱动源或信号源,具体来说,功率半导体器件承担着开关、驱动以及整流器的作用。我国作为工业大国和制造强国,功率半导体一直是我国制造行业、民生产业、国防工业等领域中的核心基础零部件。大部分电能需要功率半导体器件进行“处理”才可以被用电设备所利用,由于电力电子系统中各种阻抗的存在,电能在传输以及转换(转化)过程中不可避免地发生损耗,处理过程越复杂,频率越高,损耗也就越大。
传统的硅(Si)材料在功率半导体领域占据主导地位,但近年来,以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料因其优异的电学性能和热学性能,逐渐成为研究和应用的热点。这些新材料能够显著提高功率半导体的性能和效率,推动功率半导体产业向更高水平发展。
功率半导体主要包括两部分:功率器件和功率IC,功率器件是半导体分立器件的分支,而功率IC则是将功率半导体分立器件与各种功能的外围电路集成而得来。
功率器件
功率器件,也被称为电力电子器件,简单来说,就是具有处理高电压、大电流能力的功率型半导体器件。功率器件里,率先发展的是功率二极管和三极管,随后晶闸管开始快速发展。后来,MOSFET和IGBT逐渐崛起,也曾经历了平面型、沟槽型等转变,至今依然是价值含量最高,技术壁垒最高的功率器件。目前绝大多数分立器件和集成电路都是硅基材质,今后碳化硅和氮化镓材质的功率器件是未来的趋势。下面简要介绍功率器件中比较具有代表性的器件,功率二极管、功率MOSFET与IGBT。
功率二极管是一种基于半导体材料的单向导电器件,其核心功能是将交流电转换为直流电,或在电路中起到续流保护的作用。功率二极管的结构相对简单,主要由P型和N型半导体材料构成,形成PN结。其工作原理基于PN结的单向导电性,当正向电压施加时,电流可以顺利通过;而在反向电压下,电流被阻断。功率二极管的优点在于成本低、可靠性高,适合大规模应用。然而,其正向导通压降较大,导致在大电流应用中会产生较高的功耗。随着技术的发展,快速恢复二极管(FRD)和肖特基二极管(SBD)等新型功率二极管逐渐出现,这些器件通过优化材料和结构,显著降低了正向压降和反向恢复时间,从而提高了效率和性能。
MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)是一种基于场效应原理的半导体器件,通过栅极电压控制漏极电流的大小。其结构包括一个金属栅极、一个薄的二氧化硅绝缘层以及半导体衬底。MOSFET的主要优点是高输入阻抗和低导通电阻,这使得它在开关电源、变频器、电机驱动等高频开关应用中表现出色。其开关速度快,能够在短时间内完成导通和截止状态的切换,从而有效降低开关损耗。然而,MOSFET的耐压能力相对较低,特别是在高电压应用中,其导通电阻会显著增加。近年来,MOSFET随着宽禁带材料(如碳化硅SiC和氮化镓GaN)的应用和MOSFET结构的改进(超结MOS,屏蔽栅MOS等等),MOSFET的性能得到了显著提升。这些新材料和新结构,使得MOSFET能够在更高电压和更高频率下工作,同时保持低导通电阻和高开关速度。
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是一种复合型功率半导体器件,结合了MOSFET的高输入阻抗和双极型晶体管的低导通压降的优点。它由一个MOSFET和一个双极型晶体管集成在同一芯片上,通过MOSFET的栅极控制双极型晶体管的导通和截止。IGBT的主要用途是高电压、大电流的应用场景,如变频器、电动汽车、充电桩等。其耐压高、导通压降低,能够在高功率条件下保持较低的功耗。此外,IGBT的开关速度也较快,能够满足高频开关应用的需求。然而,IGBT的驱动电路相对复杂,需要提供合适的栅极驱动信号才能确保其正常工作。此外,其成本也相对较高。随着技术的不断进步,IGBT的性能不断提升,耐压能力和开关速度不断提高,同时成本也在逐渐降低。
功率IC
功率IC(Power IC)是一种专门用于处理功率信号的集成电路。与传统的模拟电路和数字电路相比,功率IC具有更高的集成度、更小的体积、更高的性能和更低的功耗。功率IC可以通过内部的控制电路和功率放大器来实现高效的功率转换和管理。其主要功能是控制和管理电源的分配和转换,确保电子设备的稳定供电。功率IC通常集成了多种功能,如电压调节、电流限制、功率分配、电池管理等。例如,在智能手机中,功率IC负责将电池的电压转换为不同模块所需的电压,并对电池进行充放电管理,以延长电池寿命并确保设备的正常运行。功率IC的优点在于其高度集成化,能够在一个小芯片上实现多种复杂的功能,从而节省空间并提高系统的可靠性。此外,其控制精度高,能够根据设备的需求动态调整电源参数。然而,功率IC的设计和制造相对复杂,成本也较高。随着电子设备的复杂度不断增加,功率IC的市场需求持续增长。
依据输入电源属性、工作原理、耐压高低、输出功率、输出电源属性、电源转换方式、开关频率等主要参数或技术指标,功率IC可以分成AC-DC(交流-直流)电源芯片、线性降压电源(LDO)芯片和DC-DC(直流-直流)电源芯片三大类。从产品功能区别来看,AC-DC电源芯片一般用于直接使用交流市电供电的电子产品或设备中,例如电源适配器、开关电源模块、充电器、LED照明驱动等领域;线性降压电源芯片(LDO)仅能实现降压变换,大多用于输入输出压差和输出功率较小的领域;而DC-DC电源芯片功能多样,可实现降压、升压、升降压和负压等变换,可输出恒压、恒流、恒压+恒流等模式,广泛应用于各类电子产品或设备中。
当下功率IC的技术趋势,正向着高集成度、定制化、高可靠性等方向演进。高可靠性意味着功率IC的设计定制化;高集成度意味着功率IC日益复杂、制造工艺先进化;定制化意味着终端客户需求多样、产品差异化;高可靠性意味着国内客户已向高端产品迈进、IC参数的余量和温度范围等要求日益提升。
二、功率半导体市场分析
(一)全球功率半导体市场规模及结构
根据TrendForce数据,2023年全球市场规模达到450亿美元,同比增长12.3%,2018-2023年复合增长率(CAGR)为9.8%。增长驱动力主要来自新能源汽车、可再生能源及消费电子领域的需求爆发。Yole Développement预测,2025年市场规模将突破600亿美元,其中第三代半导体(SiC/GaN)占比将从2023年的8%提升至15%
从产品结构来看,功率半导体主要包括功率IC、功率分立器件和功率模块。2023年,功率IC市场占比约为54.8%,功率分立器件占比约为30.1%,功率模块占比约为15.1%。
在功率分立器件中,MOSFET是细分市场中占比最大的产品,2023年市场占比42%,主要由英飞凌、安森美、东芝三家企业主导,合计市场份额约65%。MOSFET市场规模预计在2026年将达到160.6亿美元。
此外,随着新能源汽车、光伏、风电等产业的快速发展,以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料的应用正在快速增长,预计到2028年,SiC和GaN功率电子总体市场占比有望达到32%,预计规模可达109.5亿美元。
从区域结构来看,亚太地区,尤其是中国市场,占据了全球功率半导体市场的重要份额。2023年亚太市场在全球占比47%(211.5亿美元),其中中国作为全球最大的功率半导体消费国,是主要贡献国,也是是影响功率半导体发展的重要力量。随着新兴应用领域的不断拓展,如电动汽车、可再生能源、工业自动化等,亚太地区和中国市场的规模有望进一步扩大。
根据世界半导体贸易统计(WSTS)组织的数据,2024年全球半导体销售额增长13.1%。功率半导体的市场规模在全球半导体行业的占比在8%—10%之间,结构占比保持稳定。
全球功率半导体市场呈现头部企业主导的竞争格局,CR5(前五大厂商)集中度为42%,CR10(前十厂商)占比60%,其中英飞凌以16.8%的份额位居榜首,安森美占7.2%。前十名之后存在大量中小厂商,形成长尾分散的竞争格局。虽然国际大厂在市场中占据着主导地位,但国内企业在政策支持下正在快速崛起,市场份额逐步提升。尽管存在技术壁垒和产能门槛,但受益于新能源汽车、可再生能源等领域的需求驱动,行业整体保持温和增长态势,特别是在MOSFET/IGBT等硅基器件以及碳化硅(SiC)等宽禁带半导体领域增长显著。
(二)中国功率半导体市场规模
1、市场规模与增长动能
功率半导体行业作为半导体产业的重要组成部分,其发展历程与我国电子工业的崛起紧密相连。近年来,我国政府高度重视功率半导体产业的发展,将其列为国家战略性新兴产业之一。在政策扶持和市场需求的推动下,我国功率半导体行业逐渐形成了较为完善的产业链,涵盖了设计、制造、封装、测试等环节。
工信部《2023年电子信息制造业运行情况》提到,中国功率半导体市场规模2023年达180亿美元,占全球市场40%,2018-2023年CAGR高达16.5%,显著高于全球增速。核心增长动力包括以下三个方面:
政策支持:国家大基金二期向功率半导体领域注资超过200亿元人民币,为行业发展提供了强有力的资金支持。这种政策层面的支持有助于推动技术创新和产业升级,加速了功率半导体产业的发展。
国产替代:2023年,中国功率半导体的国产化率提升至35%(中国半导体行业协会数据),而在2018年,这一比例仅为12%。这一显著提升反映了中国在功率半导体领域的自主可控能力不断增强,国产替代进程加速,有助于减少对外依赖,增强产业竞争力。
下游需求爆发:目前越来越多的领域对功率半导体的需求在提升,新能源汽车产量增长62%(中汽协数据),光伏装机量增长55%(国家能源局数据)。这些下游应用领域的快速发展,为功率半导体市场提供了巨大的需求空间,推动了市场的快速增长。
2024年汽车、消费类电子等抑制性需求释放将带动功率半导体市场整体迎来复苏,初步核算2024年中国功率半导体市场规模或反弹至183亿美元,同比增长6.3%。从市场竞争看,我国功率半导体行业整体市场集中度在不断提高,CR5(行业内排名前五的企业所占的市场份额总和)由2022年为22.05%增长至2024年的29.58%,国内头部代表企业规模在不断扩大,市场竞争优势愈发明显。近年来,我国功率半导体制造进出口贸易情况总体较好。2020-2024年进出口总额呈波动上升态势,2024年为309.44亿美元,较2020年增长27.88%。
未来,随着折旧带来的替换市场、电气化程度加深带来的新增市场以及供需格局带来的价格增长,功率半导体的发展空间十分广阔。此外,随着我国功率半导体产业成熟度的增加,功率半导体产业从海外转移到大陆的趋势非常明朗,国内功率半导体厂商将迎来黄金布局时期。
全球功率半导体市场预计将持续增长,主要受益于消费电子、新能源汽车、光伏、风电等产业的快速发展。在中国市场,随着国内企业技术水平的提升和市场份额的扩大,国产功率半导体在多个细分领域已经取得了显著进展。近年来,国内企业在功率半导体领域取得了显著进展,特别是在中低端产品市场上逐渐扩大份额。未来,随着技术的不断进步和市场需求的增加,国产化替代速度有望进一步加快。
第三章 手机成本分析
一、手机芯片成本分析
一部智能手机的价格可能由公司策略、品牌溢价、市场需求等多种因素决定,但其成本往往对一部手机的价格有着最直接的影响。不同价位的手机在成本构成上表现出明显的差异,但都包含两大类:显性成本和隐性成本。其中隐形成本包括人工成本、研发成本等,显性成本主要是物料成本,及构成手机本身的元器件,结构件等物料及包装盒配件等,又称BOM(Bill of Material)表,以2017年苹果推出的 iPhone X为例,知名机构IHS Markit出具了iPhone X A1865低配版的详细物料成本报告,结论是该机型物料成本370.25美元(约合人民币2458元)。
智能手机作为高度集成的电子设备,其核心性能与功能依赖于多种半导体芯片的协同工作。这些芯片不仅决定了手机的运算能力、通信效率和续航表现,还直接影响了整机的成本结构。在这份物料成本报告中,IC成本为122.2美元,占比33%。
应用处理器(AP):应用处理器是手机中最重要的芯片之一,其成本相对较高。根据不同的性能和制程工艺,应用处理器的成本可能在几十美元到上百美元之间。目前,由于量子隧穿效应的存在,3 纳米后,单芯片成本将会急剧上升,根据华为与罗兰贝格数据显示,3纳米制程手机端旗舰级SoC单芯片(以高通骁龙855为例)成本较7纳米显著增加约200美元。
基带处理器(BP):基带处理器的成本也相对较高,但通常低于应用处理器。根据不同的通信标准和性能,基带处理器的成本可能在10美元到30美元之间。例如,支持5G通信的基带处理器成本可能在20美元左右,而一些仅支持4G通信的基带处理器成本可能在10美元左右。
存储芯片:存储芯片的成本相对较低,但随着存储容量的增加,成本也会相应增加。例如,64GB的闪存芯片成本可能在10美元左右,而512GB的闪存芯片成本可能在30美元左右。RAM的成本也随着容量的增加而增加,例如,6GB的RAM成本可能在10美元左右,而12GB的RAM成本可能在20美元左右。
电源管理芯片(PMIC):电源管理芯片的成本相对较低,通常在几美元到十几美元之间。例如,一些高端的电源管理芯片成本可能在10-20美元左右,而一些中低端的电源管理芯片成本可能在5美元左右。
射频前端模块(RFFE):射频前端模块的成本也相对较高,尤其是支持5G通信的射频前端模块。根据不同的频段和性能,射频前端模块的成本可能在10美元到20美元之间。
传感器芯片:传感器芯片的成本差异较大,取决于具体的类型和性能。例如,指纹传感器的成本可能在几美元到十几美元之间,而高端的摄像头图像传感器成本可能在几十美元。
二、功率半导体在手机中的核心作用与成本分析
功率半导体作为电能转换与管理的核心器件,在手机中扮演着不可或缺的角色。其通过高效的能量分配、电压调节与电路保护功能,确保手机在有限的体积与能耗下实现高性能运行。从功率二极管、功率晶体管到功率IC,不同类别的功率半导体分工协作,共同支撑手机系统的稳定性与可靠性。
功率二极管主要包含瞬态抑制二极管(TVS)和肖特基二极管(SBD),其应用和设计在持续朝着器件小型化的方向发展。手机在日常使用中易受静电干扰,尤其在干燥环境下,静电放电(ESD)可能对内部敏感元件造成不可逆损伤。瞬态电压抑制器(TVS二极管)作为核心防护器件,通过雪崩击穿特性快速吸收瞬态高压尖峰脉冲,保护主芯片、射频模块等关键电路。此外,TVS二极管还被集成于电源输入端,抑制浪涌干扰,确保电源系统的稳定运行。肖特基二极管在手机中主要用于闪光灯位置,作为续流二极管使用。
功率晶体管在手机中的应用主要以功率MOSFET为主。随着手机空间设计要求的不断提升,分立MOSFET方案有被芯片集成化的趋势,但部分机型的充电模块设计考虑到温度和散热性,仍继续沿用分立功率晶体管设计方案。而CSP(芯片级封装)MOSFET因其紧凑的尺寸与低热损耗的特性,逐渐成为电池保护电路的主流方案,广泛应用于主板电源管理。另外过压保护(OVP)以及防烧、无线充电、闪光灯驱动等功能功能均依赖MOSFET实现精准控制。
手机中应用的功率IC主要电源管理IC(PMIC)。PMIC一般集成多类功能模块(如DC-DC转换、电压调节),显著优化手机内部空间利用率。手机内部的主芯片、摄像头模组、显示屏等不同组件需要不同的电压和电流水平,PMIC在手机中承担复杂电源分配任务,能够接收来自电池或交流适配器的输入电源,并根据系统的实时需求调整电力供应,同时管理多个电源轨,为每个手机组件提供差异化供电,降低整体功耗。PMIC也被用于监测电池的状态(包括电量、温度、充电状态等)。
功率半导体器件是智能手机中不可或缺的重要元件,是一款手机实现高性能、长续航与高可靠性的基石,但其在手机中的成本却相对较低。不同的智能手机中,功率半导体器件的成本因机型不同而有所不同。分析市面上各类手机,根据性能与售价对不同机型进行定位,将其分为低端(约占28.8%)、中端(约占41.8%)与高端(约占29.4%)机型,通过不同定位的机型中使用的的功率器件的数量大致估算其成本,汇总得到不同机型中应用的功率晶体管的成本如表所示。
二极管以TVS与SBD为主,单机用量约10-30颗,其成本大概在1-3元,占比较为固定。功率晶体管以MOSFET为主是成本波动最大的部分,根据不同机型,手机主板会应用约2-6颗功率晶体管,成本1-3元。除了主板,电池保护电路也需要功率MOSFET,根据不同方案,需配置不同数量的CSP MOSFET,成本跨度达0.5-8元。其中,低端机型通常采用1颗(约0.5元),中端机型2-6颗(1-4元),高端机型4-8颗(4-8元)。整体来看,功率晶体管成本随机型定位显著上升。功率IC(不含SoC套片的PMIC)单机配置约2-4颗,成本1-3元不等。
此外,在相同定位的手机中,由于不同机型根据主芯片平台和附加功能不同,对功率晶体管的需求也会有差异,其成本略有浮动。目前,市场上常见的主芯片平台包括苹果、高通、MTK、海思等,采用不同主芯片平台的手机,其电源管理等模块的设计和配置会有所差异,故对功率半导体器件的需求也会有所不同。而不同机型还会因为具备不同的附加功能,从而对功率晶体管有其他特殊的需求,如无线充电、多摄像头模组、高刷新率屏幕等功能的引入,直接提升了功率半导体需求,导致手机中应用的功率器件成本的增加。
第四章 手机用功率半导体规模及发展预测
一、手机用功率半导体的市场规模预测
功率半导体作为智能手机电源系统、充电模块及射频前端的关键组件,其市场规模与手机出货量、单机功率半导体价值量高度相关。根据Omdia和Yole预测数据,2022年全球功率半导体(含功率器件及电源管理芯片)市场规模约为543亿美元,占半导体市场的比例为9%;其中半导体功率器件281亿美元。值得关注的是,中国市场的结构性特征尤为突出,江苏省行业协会2024年发布的《集成电路产业发展研究报告》显示,2023年中国半导体分立器件(含功率器件)应用市场中,通信领域占比8%,消费电子占比19%(见图3-3),其中手机领域占比约5%,对应市场规模超过27亿美元。
从全球市场的区域市场分布来看,目前仍是中国市场主导,主要受益于华为、小米、OPPO等品牌的快速迭代及GaN快充产业链成熟。此外,新兴市场如印度、东南亚等地区智能手机出货量增长,催生中低端机型对硅基MOSFET和低成本PMIC的需求,进一步拓宽市场空间。中国作为智能手机一大重要市场,随着智能手机出货量的不断增长,手机用功率半导体市场规模越来越大,其核心增长驱动因素一方面在于5G手机渗透率提升,5G手机对电源管理、快充及射频功率器件的需求显著高于4G机型,单机功率半导体价值量增加20%-30%。其次,鉴于目前快充技术的普及,GaN快充模块在高端机型中渗透率从2020年的5%提升至2024年的35%,带动功率器件市场规模增长。另外国产替代加速也是一个重要因素,中国本土厂商在电源管理芯片(PMIC)、MOSFET等领域的市占率提升,推动成本下降与市场规模扩容。
未来可以预见的手机用功率半导体市场将持续增长。对于全球功率半导体整体的市场,预计CAGR为12%-15%,2030年市场规模将突破800亿美元,其中手机用功率半导体对应市场规模有望超过40亿美元。而对于国内市场,受益于国产替代与政策支持,CAGR预计达18%-20%,2030年市场规模占比全球30%以上。
手机用功率半导体市场规模的增长,本质上是技术创新与需求升级的双向驱动。GaN快充技术的升级,200W以上快充技术的普及,推动了GaN器件需求。且随着8英寸GaN晶圆量产,将降低芯片成本30%,2025年GaN快充模块成本有望与硅基持平。在智能PMIC领域,采用动态功耗调节算法嵌入PMIC,可以减少外围电路需求,降低BOM成本5%-10%。而折叠屏、AR/VR设备的发展,对电源管理提出更高要求,也推动了PMIC复杂度提升。此外,6G技术研发加速,毫米波普及,高频段通信需求推动GaN PA渗透率提升至30%。
从全球市场的区域市场分布来看,欧美市场以高端机型为主,GaN快充与智能PMIC占比超60%,依赖英飞凌、TI等国际厂商,而亚太市场中低端机型占比较高,本土厂商(如士兰微、华润微)在MOSFET与PMIC领域市占率超40%。总体来看,全球目前仍是中国市场主导,2024年中国手机用功率半导体市场规模预计占全球40%以上,主要受益于华为、小米、OPPO等品牌的快速迭代及GaN快充产业链成熟。此外,新兴市场如印度、东南亚等地区智能手机出货量增长,也带动中低端机型功率半导体需求,以硅基MOSFET和低成本PMIC为主。
目前国内产业链正在协同发展,从上游材料、封装技术到下游应用。2023年功率半导体市场份额显示,SiC技术在中国备受重视,有超过30家公司参与从基板生产到功率模块的整个过程。2023年,中国的SiC基板装机容量巨大,超过了欧洲、美国、日本、韩国和台湾。
二、手机用功率半导体市场竞争格局
中国作为全球最大的智能手机生产和消费市场,功率半导体的国产替代进程正在加速,国内厂商在中低端市场逐渐占据主导地位,并逐步向高端市场渗透。当前功率半导体市场的竞争格局呈现出多元化的发展态势。一方面,国际巨头如英飞凌、三菱电机等企业凭借其强大的技术实力和品牌影响力,在全球范围内占据领先地位。另一方面,国内企业如华润微、士兰微、长晶等在特定领域逐渐崭露头角,形成了与国际品牌竞争的局面。
1、国内外企业竞争格局
功率半导体行业的竞争本质是技术积累与研发投入的较量,国际厂商通过高研发投入巩固技术优势,而国内企业则在政策支持下加速追赶。
国际功率半导体的头部企业如英飞凌、安森美等,其竞争优势主要体现在技术领先、产品线丰富和市场渠道广泛。这些企业通常拥有长期的技术积累和研发投入,能够持续推出高性能、高可靠性的功率半导体产品。同时,它们在全球范围内建立了完善的销售和服务网络,能够快速响应市场变化和客户需求。
国内功率半导体企业在某些细分市场也展现出竞争优势,其功率半导体产品在性能和可靠性方面与国际品牌相比,竞争力逐年提升。此外,国内企业在本土市场拥有较强的市场敏感度和快速响应能力,能够快速适应市场变化,满足客户需求。
2、国内市场竞争格局
中国的功率半导体企业主要集中在江苏、浙江和广东,形成了长三角与珠三角两大产业集群。这些区域的企业通过区域协同效应,推动了技术创新和市场拓展。
在市场竞争中,华润微电子、士兰微和华为海思等国内领先企业表现突出。华润微电子聚焦中低压MOSFET,在中低端机型中市占率超过30%,预计2024年营收同比增长25%。士兰微通过IDM模式垂直整合产业链,其PMIC成本较国际厂商低20%,2024年出货量有望突破10亿颗。华为海思自研GaN快充芯片和射频PA,预计2024年国产手机供应链渗透率将提升至25%。
中国手机用功率半导体市场复杂的竞争局面源于目前我国功率半导体面临的风险和挑战,包括供应链的风险,如GaN衬底和高端设备依赖进口,地缘政治可能中断供应;高端技术竞争的挑战,国际巨头通过专利壁垒封锁关键技术,如英飞凌的GaN-on-Si技术专利。然而,机遇同样存在,中国“十四五”规划提供30%-50%研发补贴,推动本土企业技术突破。新兴应用需求如折叠屏手机和AR/VR设备对高效散热、动态电源管理提出新需求,正催生差异化的竞争。
中国手机用功率半导体市场的竞争格局正在经历国产替代的加速,国内企业需要通过技术创新和产业链整合,逐步提升市场竞争力。同时,面对供应链风险和技术迭代压力,国内企业也在积极寻求政策支持和新兴应用需求带来的机遇,以实现可持续发展。随着国内厂商技术的不断进步和市场份额的逐步提升,预计未来中国手机用功率半导体市场将呈现出更加激烈的竞争态势。
3、产业链上各环节的竞争格局
功率半导体产业链涵盖上游材料、中游设计制造以及下游应用三大关键环节,各环节的国内外企业竞争激烈,尤其在手机用功率半导体领域,国内企业通过技术创新和垂直整合逐步缩小与国际巨头的差距。
(1)上游材料环节
目前第三代半导体在手机领域的逐渐渗透,第三代半导体材料代表了半导体材料最先进的技术水平,国际巨头如Wolfspeed和日本住友电工在第三代半导体衬底市场仍处于优势地位,然而,国内企业已实现技术的显著突破。在2023年底,天科合达已是世界排名第二的生产第SiC衬底及外延片的企业,与英飞凌签订长期合作协议,2024年其SiC衬底产能达50万片/年。天岳先进是全球少数能够实现8英寸碳化硅衬底量产的公司之一,其8英寸SiC衬底良率已达国际先进水平,并在12英寸碳化硅衬底的研发上取得领先。晶湛半导体以氮化镓(GaN)外延片为核心,提供GaN-on-Si、GaN-on-GaN等产品,通过独有的缓冲层技术降低射频损耗,技术指标达到国际领先水平。虽然第三代半导体越来越受重视,但硅基仍然在功率半导体领域占据主导地位,诸如TCL中环沪硅产业同时具备直拉法和区熔法半导体硅片制备技术,产品涵盖6英寸至12英寸硅片。沪硅产业率先实现300mm大硅片的国产化突破,填补国内高端硅片空白。
除了衬底材料,关键设备的供应也是上游材料环节中不可忽视的一环。部分设备如光刻机、离子注入设备等,目前仍依赖ASML等国际供应商。但国内在其他半导体制造设备领域已经基本实现自主化,中微公司的刻蚀设备已进入台积电3nm产线,北方华创的12英寸氧化设备在士兰微产线量产,显示出国产设备逐步替代的潜力。
(2)中游设计制造环节
国际厂商如英飞凌作为IDM企业,通过垂直整合模式实现了成本控制,是全球功率半导体的领军企业,其产品广泛应用于各个领域,在手机功率半导体领域也占据重要地位。而国内领军企业则在不断追赶中,逐渐缩小与国际先进企业的差距,不断推动国内功率半导体产业的发展。华润微在分立器件及集成电路领域均已具备较强的产品技术与制造工艺能力,形成了先进的特色工艺和系列化的产品线,其2020年建成国内首条6英寸SiC量产线。士兰微在小于和等于6英寸的芯片制造产能中排在全球第二位,2023年底,12吋特色工艺晶圆生产线月产能已达6万片,先进化合物半导体制造生产线月产能已达14万片。英诺赛科产品涵盖从低压到高压(15V-1200V)的氮化镓功率器件,产品设计及性能均达到国际先进水平,其8英寸GaN晶圆厂月产能达1.5万片,成为OPPO独家供应商。更多的国内企业的则在细分市场快速崛起:韦尔股份的过压保护芯片全球市占率超30%,南芯科技推出140W GaN+电荷泵方案,显示设计环节的国产替代加速。长电科技量产0.3mm超薄DFN封装应用于小米13 Ultra,通富微电的铜柱凸点技术将热阻降低40%,推动国产封装技术向高端迈进。
(3)下游应用环节
手机厂商为了提升自身产品的竞争力,纷纷在功率半导体领域进行布局,通过自研与投资强化供应链自主性。华为通过自研PMIC,降低了对外依赖,增强了自身在功率半导体领域的自主可控能力,华为海思自研的Hi6526电源管理芯片支持100W快充,自给率70%;小米投资纳微半导体(Navitas),实现了GaN快充模块的自主供应,其共同开发160W快充模组,体积缩小23%;OPPO的VOOC闪充全系采用国产器件,协议芯片自研占比超90%。快充协议标准化进一步推动国产器件升级,UFCS融合快充标准由国内主导,华为、小米等全系兼容,带动1700V SiC MOSFET批量应用,加速200W以上超快充普及。2023年,国产手机功率器件自给率从18%提升至35%,GaN快充市场国产份额达58%,首次超越国际品牌。
总体来看,国内企业通过技术突破与产业链协同,在手机功率半导体领域形成从材料、设计到应用的闭环,未来需持续提升核心技术创新能力以应对全球竞争。
三、手机用功率半导体趋势分析
1、技术发展趋势
在功率半导体的发展路径中,功率半导体从结构、制程、技术、工艺、集成化、材料等各方面进行了全面提升,其演进主要体现在以下几个方面:
更高的能效:随着智能手机功能的不断增强,对功率半导体芯片的能效要求也越来越高。需要功率半导体芯片制造商不断优化芯片的设计和制造工艺,以提高芯片的能效,实现更低的功耗及损耗。
更小的尺寸:为了满足智能手机轻薄化的需求,功率半导体芯片的尺寸不断缩小。更先进的封装技术和制造工艺,使芯片在保持高性能的同时,尺寸更小。
更高的集成度:功率半导体芯片的集成度不断提高,多个功能模块被集成到一个芯片中,减少了手机内部的组件数量,提高了系统的可靠性和性能。
功率半导体技术的核心在于提高器件的性能,包括开关速度、导通损耗、耐压能力和热性能。其中,宽禁带半导体材料如SiC和GaN的应用是关键技术之一。SiC和GaN具有更高的击穿电压和更高的电子迁移率,能够实现更高的开关频率和更低的导通损耗,从而提升功率半导体的整体性能。目前,手机用功率半导体行业正在经历从传统硅基材料到宽禁带半导体材料如SiC和GaN的转变,同时,硅基应用前景仍然光明,基于硅的技术将继续主导功率IC和功率分立器件领域。
功率器件的封装技术也是关键之一。高效的封装技术能够降低功率器件的热阻,提高散热效率,同时保证器件的电气性能。此外,功率半导体器件的驱动技术和控制算法也是关键技术。驱动技术决定了功率器件的开关速度和损耗,而控制算法则确保功率器件在复杂电路中的稳定性和可靠性。随着电力电子技术的发展,新型驱动技术和控制算法的研究与应用,将进一步推动功率半导体技术的进步。
2、政策环境分析
技术的进步推动了功率半导体性能的提升和成本的降低,市场需求则来自于智能手机功能的增加和性能的提升,以及5G技术的普及。除了技术进步与市场需求,国内功率半导体发展的另一大驱动因素在于政策的支持。
政策环境对手机用功率半导体行业的发展起到了重要的推动作用。中国政府出台了一系列政策,鼓励和支持功率半导体产业的发展,包括提供研发补贴、税收优惠等,有效地降低了企业的运营成本,激励了企业加大研发投入,推动技术创新。政府通过引导企业向高端产品、关键领域发展,推动了行业从低端产品向高端产品的转变。同时,鼓励企业加强产业链上下游的协同合作,提升产业整体竞争力。这些政策促进了功率半导体产业的快速发展,提高了行业的整体技术水平,旨在促进技术创新,提高国产化率,减少对外依赖,增强国内企业的国际竞争力。
3、机遇与挑战
尽管手机用功率半导体行业发展前景广阔,但也面临着一些挑战。
首先,技术迭代压力较大,技术竞争激烈是市场的一大挑战。随着全球半导体产业的快速发展,国内外企业纷纷加大研发投入,争夺市场份额。尤其是在高端产品领域,国际巨头在技术、品牌和市场渠道等方面具有明显优势,国内企业面临较大的竞争压力。国际巨头通过专利壁垒封锁关键工艺,如英飞凌的GaN-on-Si技术专利。国内企业需要进一步提升在高端市场的技术水平和产品质量。
此外,供应链风险是一个重要的问题,供应链稳定性是功率半导体市场的重要风险因素。由于功率半导体产业链涉及众多环节,包括原材料、制造、封装等,任何一个环节的供应中断都可能导致整个产业链的受阻。全球贸易保护主义的抬头增加了供应链的不确定性。目前,我国GaN衬底和高端设备基本依赖进口,地缘政治可能导致供应中断。
手机用功率半导体行业的发展机遇主要来自于新兴应用需求的增长。随着折叠屏手机和AR/VR设备的发展,对高效散热、动态电源管理提出了新需求,这为功率半导体行业带来了新的增长点。此外,国产替代也为国内企业提供了发展机遇,通过政策支持和市场引导,国内企业有望在高端市场取得更大的突破。未来手机用功率半导体行业预计将保持稳定增长,特别是在5G、人工智能、物联网等新兴技术的推动下,功率半导体的性能、可靠性、环保性的要求将进一步提高,市场规模也将进一步扩大。长远来看,手机用功率半导体市场的增长潜力巨大,未来发展前景广阔。
随着全球能源结构的调整和环保意识的提高,对高效、节能、环保的功率半导体产品的需求日益增长。我国政府也明确提出,要加快发展高效、绿色、安全的功率半导体产业,以满足国家战略需求。在此背景下,我国功率半导体行业正面临着前所未有的发展机遇。然而,与国际先进水平相比,我国功率半导体产业在核心技术、产业链完整性、品牌影响力等方面仍存在一定差距。
总体来看,手机用功率半导体市场的格局呈现“高端技术被垄断、中低端国产替代加速”的双重特征。国际企业凭借长期积累的市场渠道和品牌影响力,在全球化布局中具有优势。而国内企业则通过本土化市场策略,结合政策支持和市场需求,逐渐扩大市场份额。
因此,加快技术创新、完善产业链、提升产业竞争力成为我国功率半导体行业发展的关键。在未来的竞争中,国内企业需要在技术创新、市场拓展和品牌建设等方面持续发力,以应对日益激烈的市场竞争。同时,企业也需要应对供应链风险、技术迭代压力等挑战,抓住新兴应用需求带来的机遇,实现可持续发展。预计到2030年,我国手机功率半导体市场将形成“高端技术主导、区域市场分化、产业链深度协同”的格局,为全球智能手机产业的持续创新提供核心支撑。
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