功率半導體深度研究：MOSFET還會繼續漲價嗎？

作者：陳萌、秦基栗

原標題：《MOSFET還會繼續漲價嗎？——功率半導體研究系列之二【建投中小盤】》

中國半導體崛起的必要性和產業決心毋庸置疑，去年我們針對IGBT進行了深入研究，相關研究報告引起市場廣泛關注。本報告圍繞全控型功率器件另一大成員MOSFET展開，結合上下游供需情況，重點分析MOSFET漲價成因，希望對大家有所啟發。

2016年全球MOSFET市場規模達到62億美元，預計至2022年達75億美元；下游的應用領域中汽車電子的佔比持續攀升，預計至2022年將達到22%。MOSFET主要被英飛凌、安森美、瑞薩等國外大廠佔據，三者合計佔據全球接近一半的市場。2017年以來MOSFET迎來漲價潮，部分國外廠商的交貨期已拉長至20周以上，今年第一季度MOSFET持續缺貨，IDM、Vishay等廠商漲價。

在新能源汽車持續增長、以及CPU/GPU/Type-C產品持續升級的背景下，MOSFET需求強勁；而供給層面，上游晶圓供不應求、指紋雙攝晶元對MOSFET的產能造成擠壓、功率器件廠商向高壓高毛利產品傾斜帶來MOSFET結構性緊缺，我們認為MOSFET漲價潮將至少持續到2018年年底，甚至持續到2020年。

需求端：

MOSFET是新能源汽車驅動控制系統和充電樁電源模塊的核心零部件，新能源汽車產業的高速發展帶來大量MOSFET新增需求。

PC佔據40%以上的低壓MOSFET市場，主板、顯卡的升級換代將帶動新一波MOSFET市場需求。Intel第八代晶元發布，300系主板將在18年迎來放量。

MOSFET在Type-C介面功率轉換、過載保護上發揮著重要作用，快充、Type-C介面的持續滲透帶動MOSFET需求。

供給端：

MOSFET主要利用8寸晶圓生產，晶圓廠商8寸線擴產謹慎，少數新增投資也尚未進入量產投放期，晶圓供給緊張局面或延續至19年，漲價勢頭不減。

指紋識別、雙攝帶動了指紋識別晶元以及CMOS圖像感測器晶元的需求，對MOSFET晶元的8寸線產能形成擠壓。

國際功率半導體廠商產能向汽車、工業等高壓高毛利產線傾斜，導致低壓MOSFET更加缺貨。

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MOSFET漲價持續發酵

MOSFET全稱為金屬-氧化物半導體場效應晶體管，根據工作載流子的極性不同，功率MOSFET可進一步分為「N溝道型」與「P溝道型」，兩者極性不同但工作原理類似，在實際電路中常採用導通電阻小、製造較容易的N型MOSFET。

MOSFET具有三個電極，分別為源極（Source）、漏極（Drain）以及柵極（Gate），通過控制柵極所加電壓可以控制源極與漏極之間的導通與關閉。以N溝道MOSFET為例，當G、S極之間的電壓為零時，D、S極之間不導通，相當於開路；而當G、S極之間的電壓為正且超過一定界限時，D、S極之間則可通過電流，處於導通狀態。因此，功率MOSFET在電路中起到的作用近似於開關。

功率MOSFET具有高頻（工作範圍可達數十MHz）、驅動簡單（電壓驅動）、抗擊穿性好（無雪崩效應）等特點，應用範圍涵蓋電源管理、計算機及外設、通信、消費電子、汽車電子、工業控制等多個領域。然而，由於功率MOSFET在高壓條件下導通電阻以及功率損失會急劇上升，其在高壓、大功率場合的應用受到了很大的限制，因此MOSFET一般用於低壓（ 100 kHz）的場合。

根據諮詢機構Yole的估測，2016年全球功率MOSFET市場規模達到62億美元，預計到2022年可達75億美元，對應複合年均增長率為3.4%。在下游的應用領域中，數據處理、消費電子、通信、工業電子、汽車電子佔據了主要的市場份額；其中，汽車電子的佔比持續攀升，並於2016年首次超過計算存儲成為最大的應用領域，預計到2022年MOSFET在汽車領域的應用佔比將達到22%。

目前，全球功率MOSFET市場主要被英飛凌、安森美、瑞薩等國外大廠佔據，2016年三者市佔率分別為26.4%、13.4%和9.2%，佔據全球接近一半的市場。國內MOSFET競爭格局與全球情況大體一致。

2017年下半年，在供需層面多種因素的疊加作用下，MOSFET多次漲價、奇貨可居。長電科技先後三次提價，部分產品累計漲價幅度或超50%；長電之後，包括大中、尼克松、富鼎在內的台系 MOSFET 供貨商也跟進漲價。

今年第一季度進入傳統淡季，但MOSFET缺貨問題遲遲未獲得緩解，IDM交貨周期延長至16至20周，並已正式通知客戶調漲MOSFET價格，一季度季價格平均漲幅達10%-15%；Vishay也已通知客戶及通路商，新訂單將自今年1月2日起漲價，未出貨訂單也會在3月後漲價。

除了上調產品價格，廠商的交貨周期也逐漸拉長，訂單積壓的情況日益嚴重。正常情況下，MOSFET、整流管、晶閘管等分立半導體功率器件的交貨周期一般為8周左右，但目前部分國外大廠的MOSFET交貨期已拉長至20周以上，且預計短期內缺貨的情況難以緩解。

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MOSFET會繼續漲嗎？

在新能源汽車持續增長、以及CPU/GPU/Type-C產品持續升級的背景下，MOSFET需求強勁；而供給層面，上游晶圓供不應求、指紋雙攝晶元對MOSFET的產能造成擠壓、功率器件廠商向高壓高毛利產品傾斜帶來MOSFET結構性緊缺，我們認為MOSFET漲價潮將至少持續到2018年年底，甚至持續到2020年。

需求端分析

旺盛的市場需求是拉動MOSFET價格持續增長的最主要原因。我們認為需求端主要是受到以下幾點因素的影響：汽車電子產業發展、主板和顯卡對低壓MOS需求提升、Type-C介面的持續增長。

汽車電子：

汽車電氣化帶來巨大MOSFET增量空間。MOSFET在汽車上具有廣泛的應用，主要用於輔助驅動各種電動馬達，包括通風系統、雨刮器、電動車窗等；同時，MOSFET在電動助力轉向系統、電制動系統等動力控制系統中也發揮著關鍵的作用；此外，MOSFET器件還用於DC/DC轉換器、電池管理系統等功率變換模塊。因此，隨著汽車中越來越多的功能轉向電氣控制，MOSFET的用量也隨之上升。

新能源汽車產業的高速發展帶來了大量MOSFET新增需求。根據英飛凌的測算，電動汽車中半導體的價值量接近傳統汽車的兩倍，其中增量主要來自於動力傳動系統中採用的功率半導體器件，MOSFET和IGBT等功率器件是電動車電機控制器實現功率變換的核心部件。傳統車前裝功率半導體成本大約71美元，而HEV 和BEV 可分別達到425美元、387美元；2015-2016財年全球每款新車平均配備了18顆英飛凌MOSFET器件，而在高端電動汽車中MOSFET器件的用量則高達250顆。此外，充電樁的建設在短期內也將催生MOSFET需求，雖然IGBT在大功率、高耐壓場合具有優勢，但現階段出於成本、技術等多方面考慮，國內部分充電樁企業仍選擇MOSFET作為開關電源模塊的核心器件。

主板和顯卡：

PC佔據40%以上的低壓MOSFET市場，主板、顯卡的升級換代將帶動新一波MOSFET市場需求。MOSFET主要應用於CPU的供電系統，供電系統的主要目的是把由電源輸入的12V電壓轉變為CPU所需的1V多的電壓，以驅動CPU穩定運行。隨著CPU、GPU的運算能力越來越強，所需的供電電流也隨之上升，當電流超過電子元件的承受能力後，多相供電就成了必要。多相供電電路中的關鍵元件包括PWM控制器晶元、MOSFET驅動晶元、MOSFET、扼流圈、電容等，其中每一相供電至少需要上、下橋兩個MOSFET，因此CPU/GPU的產品升級將直接帶動MOSFET需求。

自2013年6月推出的Haswell家族開始，英特爾在處理器中增加了一個全整合電壓調節模塊（FIVR），將原先主板中部分供電功能集成至晶元。然而，由於該構架顯著提升了CPU的複雜性以及功耗，因此僅持續了Haswell、Broadwell兩代產品，而2015年8月推出的Skylake重新將電源管理架構改回第8代移動電壓位準架構（IMVP8），供電功能回歸主板。原來的Haswell的主板僅需4相供電就足夠了，而skylake由於取消了FIVR架構，所需的供電相數提升至10相，因此新架構下MOSFET用量大幅增加。

2017年9月，Intel推出第八代處理器Coffee Lake，Coffee Lake從原來的四核/雙核變成了六核/四核，處理器採用14nm++工藝，比上一代性能提升25%，與boardwell相比，遊戲體驗和內容創作的編輯速度提高了65%。Coffee Lake的推出對MOSFET的影響主要體現在以下2個方面：

第八代產品增加了2個核心，對供電系統的要求增強；且由於Coffee Lake不向上兼容，只能使用300系主板平台，這就催生了新一輪主板更新需求，從而增加MOSFET的需求。300系晶元組在今年上半年正式推出，這對18年低壓MOSFET的需求是一個挑戰。

為應對電競遊戲市場需求，新一代平台對Type-C、USB 3.1、Thunderbolt 3.0等高速傳輸介面埠明顯增加， MOSFET搭載量將較上代平台大幅提升。

與CPU類似，顯卡GPU同樣需要多相供電，而隨著GPU功率的增加所需的供電相數呈上升趨勢。以英偉達的顯卡產品GTX系列為例，2014年9月發布的GTX 980採用4+1相供電（4相供電GPU，1相供電顯存），2016年5月發布的GTX 1080採用5+1相供電，而2017年2月底推出的最新產品GTX 1080 Ti則將供電相數提升至7+2相。在顯卡中，每相供電需要2-3個MOSFET，因此MOSFET的需求量同樣將隨著供電相數的提升而增加。

從行業來看，電競遊戲市場快速發展，「吃雞」等網路遊戲對顯卡性能要求極高，同時比特幣挖礦市場火爆，英偉達、AMD等廠商GPU出貨量顯著增加，高端顯卡處於供不應求的狀態，有效拉動MOS管需求。

Type-C：

快充、Type-C介面持續滲透帶動MOSFET需求。雖然智能手機整體出貨量已呈下滑態勢，但由於快充、Type-C介面等功能的持續滲透，對MOSFET的需求量仍將保持高位。由於快充時採用的大電流或高電壓可能帶來潛在危險，電源管理模塊的重要性將進一步凸顯，而MOSFET作為電路開關在功率轉換、過載保護上均發揮著重要作用。以OPPO的VOOC閃充技術為例，其在適配器、介面以及電池處均採用了MOSFET進行過載保護，在多個環節確保充電過程的安全性。與此同時，Type-C產品升級也將加大對MOSFET的需求，一般傳統的USB介面僅需3顆MOSFET，而在新一代Type-C介面中MOSFET的搭載量將增至5顆。

供給端分析

從供給端來看，我們概括為三點：晶圓供給緊張、指紋雙攝等晶元擠壓MOS產能、國外大廠產品結構變化導致MOS結構性緊缺。

全球晶圓供給緊張局面或延續至19年，晶圓漲價勢頭不減。這波漲價潮由12寸率先興起，並蔓延至8寸晶圓。2017年12寸晶圓價格逐季上漲，全年上漲約20%-30%，8寸在2017年下半年跟漲，全年累計漲幅約10%。今年第一季度硅晶圓仍供不應求，各大廠商為避免硅晶圓缺貨影響產線量產，普遍以加價10%-20%的方式搶晶圓貨源。業者透露，12寸硅晶圓合約價已站上100美元，現貨價更已上看110至120美元。

SUMCO表示，2018年12英寸硅晶圓價格有望進一步回升約20%，且預估2019年將持續呈現回升，當前顧客關注的重點已轉移至如何確保2020年以後的數量。台灣廠商環球晶圓也表示，公司將在今年調升硅晶圓價格20%，12寸的硅晶圓供應缺口最為嚴重，訂單已經填滿2018年全部產能，全球16家工廠全天候生產。

MOSFET主要利用8寸晶圓生產，目前晶圓廠商8寸線擴產謹慎，8寸晶圓供不應求。前五大晶圓廠僅環球公布8寸線擴產計劃，其與FerroTec合作在上海建設8寸生產線，第一階段月產能15萬片，預計2018年上半年投產；環球晶圓八8寸晶圓全球市佔率超20%，但目前其8寸晶圓的需求也已經排到2019年6月。另外，前十廠商合晶在2017年7月投資53億元在鄭州建設月產20萬片8寸線，預計18年上半年投產。晶圓廠8寸線新增投資尚未進入量產投放期，短期內8寸線供給不存在大規模擴張的基礎，產能緊缺或將持續。

國際晶圓廠正逐漸將重心轉至12寸線，8寸線供需平衡仍有待時日。根據IC Insights的預測，2015年至2021年全球晶圓產能將從16.25百萬片（8寸約當）增長至22.59百萬片，複合年均增長率達5.6%；然而，新增的產能主要為12寸，8寸產能自2017年起將基本保持穩定甚至略有下降。根據SEMI的統計，至2020年全球預計有189個8英寸的晶圓廠，而2007年的高峰期8寸晶圓廠數量則高達199家。因此，隨著12寸產能逐漸擴張，12寸晶圓產能的緊張有望首先緩解，而8寸晶圓則將滯後於12寸晶圓實現供需平衡。

與此同時，指紋識別、雙攝在智能手機上的快速滲透進一步帶動了指紋識別晶元以及CMOS圖像感測器晶元的需求，從而對MOSFET晶元的8寸線產能形成擠壓。據相關機構預測，全球指紋識別晶元的需求量從2013年的0.54億顆上升到2018年的11.99億顆，圖像感測器晶元的市場規模則從2012年的82.9億美元上升至2018年的106.6億美元，相應新增需求對8寸晶圓產能的爭奪仍將持續。

國際功率半導體廠商產能向汽車、工業等高壓高毛利產線傾斜，導致低壓MOSFET更加缺貨。瑞薩在低壓MOSFET市場佔據較大市場份額，其在13年退出低壓MOSFET市場，對市場供給造成較大影響。從最近幾年瑞薩的收入結構來看，汽車產品收入佔比逐漸提升，截至2017年比重已超過50%，相比2014年提升12.8pct。同樣，英飛凌汽車和工業收入佔比在近些年也保持較快增長，而電源管理和晶元卡類產品收入佔比下滑。

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