跟著電動車起飛的功率半導體

下面為 7/14 上線的 Podcast 33 集節目：功率半導體產業介紹的文字版整理。

提到電動車，一般人腦海想到的一定是特斯拉和 Elon Musk，但其實還有一個產業是製造電動車不可少，但台灣投資朋友比較陌生，那就是功率半導體產業。今天我們就來聊聊跟著電動車起飛的功率半導體，以及其中的歐美功率半導體巨頭們，喜歡電動車題材的朋友不要錯過今天內容。

什麼是功率半導體？

功率的英文原文是 power，代表的就是電源、電力的意思，因此功率半導體指的就是和電源、電力控制應用有關的半導體元件。所有的電子產品運作都脫離不了電力環節，例如整流 AC/DC、變頻、變壓、功率轉換、電源管理 ⋯ 等，都需要靠功率半導體來達成

功率半導體產業產值也不算小，2020 產值約 390~400 億美元，大約佔整體半導體產值的 9%。產業內的巨頭，對於台灣一般投資朋友可能比較陌生，但在半導體產業中的地位也是舉足輕重，包含：

• 英飛凌 IFNNY：功率半導體龍頭，全球第 10 大半導體公司，市值 515 億美元
• 德州儀器 TXN：功率半導體老二，也是全球最大的類比 IC 龍頭，全球第 9 大半導體公司，市值 1738 億美元
• 安森美 ON：功率半導體老三，全球半導體排名估計 20 名上下，市值 160 億美元
• 意法半導體 STM：功率半導體老四，全球第 14 大半導體公司，市值 332 億美元

功率半導體特點

台灣半導體產業雖然發達，但是我們熟悉台積電、聯發科、聯電等公司，主要產品類型以數位 IC 為主，瞄準的市場是數位消費、通訊應用，而功率半導體近七成市場主要在工業、汽車應用，這兩類型市場特性非常不同。

數位半導體追求高運算效能、小體積；而且一款晶片銷量往往數千萬顆，追求大量規模生產。但是由於生命週期等多約 2~3 年，因此不追求耐用可靠性。

功率半導體與上面數位半導體完全不同。工業、車用市場在功率半導體佔比較高，這類市場屬於少量多樣、客製化生產模式，不追求規模生產。功率半導體也不追求運算效率，但產品使用壽命往往高達 10~20 年，看重的反而是高可靠性、高穩定性，要能夠在極高溫或極低溫運作、24 小時不間斷運作也不能故障。

因為以上特性，使得功率半導體在產品形式、產業鏈、營運模式與數位半導體非常不同。

產品形式不同：分離式元件與 IC 個半邊天

消費、通訊晶片由於追求高效與小體積，持續走向整合數萬個運算單元的積體電路 IC，廠商非常追求製程微縮。因此我們可以看到每當台積電推出最新製程時，蘋果、高通、聯發科、AMD 等通訊、處理器晶片業者莫不爭先恐後下單，原因在於一旦產品所使用的製程落後對手，自家晶片運算效能就會落後對手，在市場的競爭力就有流失的風險。近年最明顯的例子就是 Intel 由於製程落後台積電，市占率開始被 AMD 侵蝕。

工業、車用市場並不追求高運算效能，電力控制運作邏輯也相對簡單，因此功率半導體不追求製程微縮，導致分離式元件與 IC 各佔半片天。和整合數萬個電晶體的 IC 不同，所謂分離式元件上只有個位數、甚至單一電晶體，常見的元件包含 IGBT、MOSFET、二極體，這類分離式元件佔功率半導體產值高達 49%

至於另外一半的功率 IC，也不追求高運算效能。在成本與穩定性考量下，多半使用成熟製程的 130~350nm 與 8 吋晶圓生產即可，不需要向處理器一樣不斷追求 5nm、3nm 昂貴的先進製程。

產業鏈價值不同：設計價值低，封裝與製造重要性高

由於數位應用邏輯複雜，追求高效能高集成度，因此產業鏈中以設計環節最重要，IC 設計產值佔比高達 45%，其次才是晶圓製造佔 42%，封測環節僅 12%。

功率應用邏輯簡單，並不需要太過複雜設計，甚至使用簡單分離式元件即可滿足需求，因此設計環節相對不重要。為了達成高可靠性、耐高壓高溫，製造和封裝環節的材料與工藝才是關鍵，導致 IC 設計只佔功率半導體整體產值比的 15%，反而晶圓製造、封裝、測試佔整體產值的 85%。

業者營運模式不同：IDM vs 委外代工

消費數位應用看重設計環節，單一 IC 生產量大，但產品使用生命與可靠性要求低，因此逐漸演變為台灣熟悉的半導體產業分工模式：設計業者只專注在晶片的邏輯設計，不負責生產；實際製造與封裝外包給專業的晶圓代工與封測廠商負責。

但是工業與汽車應用高客製化，各家廠商對可靠性、穩定性的參數要求不同。而電力運作的可靠性、穩定性的關鍵多半不在設計環節，而是決定於材料、製程、封裝工藝，這使得功率半導體業者必須同時掌握設計、材料、製造、封裝環節，才有辦法滿足數千數萬家客戶不同的電子性能要求。因此目前主要的功率半導體業者多半採取 IDM：整合元件製造廠經營模式，設計、製造、封測一把抓。

因此相較於台灣晶片廠商主要是委外代工的無晶圓廠經營模式，功率半導體業者則是走向 IDM 或 Fab-lite 模式，工業、汽車、航太產品在設計、製造、封測都是自行生產；但消費性產品為了降低成本就外包交由台灣、中國晶圓代工、封測業者製造。

競爭門檻不同

綜合以上，功率半導體與數位半導體的競爭門檻明顯不同。

首先在技術人力門檻上，功率半導體門檻在於精，數位 IC 人力上追求偏向量。功率半導體重視材料選擇與物理參數調校，兩者仰賴長期經驗，使得研發人力培養時間約 5~10 年以上，為一般數位 IC 研發人力兩倍。而不同的功率半導體業者產品物理特性差異大，特定公司累積經驗不易複製轉移至其他廠商，這又導致功率半導體研發人力流動不易，因此研發人力增加較數位 IC 產業更不容易。

其次在客戶黏性上，功率半導體業者明顯高於數位 IC 業者，也就是功率半導體業者對下游具備轉換成本優勢，而這個現象主要是在汽車、工業市場特別明顯。工業、車用產品生命週期長達 10~20 年，因此廠商必須持續長期穩定供貨；工業、車用產品追求高可靠性，因此多半需要 2~3 年驗證通過才能打入客戶供應鏈。由於以上可靠性驗證、長期供貨要求，客戶產品一旦採用特定功率半導體業者晶片後，難以再改用其他廠商晶片，因此功率半導體有轉換成本優勢。

數位 IC 由於產品生命週期短，IC 設計業者看重的是代工業者製程與產能，例如高通代工廠選擇經常在台積電與三星之間轉換，並沒有轉換成本的問題。

功率半導體值得長期關注？

功率半導體產業值得長期關注嗎？探討這個問題之前，我們先來看個有趣的數據。觀察功率半導體的巨頭：英飛凌、安森美、意法半導體、德州儀器的營運，2015 年以後獲利成長率遠高於 2011~2015 年之間。不只如此，2011~2015 年巨頭們的股價表現遠遜於 NASDAQ，但 2015 年以後股價漲幅卻都高於 NASDAQ。

究竟 2015 年以後發生了什麼轉變，為何市場對於功率半導體業者評價高於平均呢？以個人觀點，這是因為功率半導體的需求面發生了質變。

電動車帶動功率半導體業需求上升

首先是歐、美、中各國不斷推展減碳環保政策，例如英、德、法、瑞典、丹麥規並 2030 年後禁止新售燃油車，這將明顯加速電動車未來十年在整體車市的佔有率。而電動車對於功率半導體需求遠高於傳統燃油車，因此電動車的將速成長將明顯拉動功率半導體產值提升。

我們參考車用晶片龍頭英飛凌揭露的數據，傳統燃油車單輛上搭載的功率半導體價值約 83 美元；如果是油電混合車，單輛上搭載的功率半導體價值約 173 美元，較燃油車增加了 108%；如果插電或純電動車，單輛上搭載的功率半導體價值高達 413 美元，較燃油車增加了 400%！因此電動車崛起將明顯刺激功率半導體業需求上升，使得汽車將成為功率半導體最大市場。

風電與太陽能建設需求提升，功率半導體需求隨之提升

會排碳不只是汽車，火力發電、工廠排放都會大量排碳，因此歐、美、中各國推展減碳環保政策，也會刺激工業、能源替換需求上升。例如歐盟要求 2030 年前可再生能源在電力的占比要從目前 32% 上升至 65%；美國基建政策將於未來十年內投入 4000 億美元在清潔能源的基礎設施建設與研究；中國則是要求 2050 年太陽能佔能源比重需提升至 21.5%，風電需提升至 38.5%

這些政策將明顯刺激再生能源建設的需求提升，而風電、太陽能的建設將大量使用功率半導體協助電力運作，因此為功率半導體成長動能之二。

綜合以上趨勢，功率半導體在未來 5~10 年將擁有不錯成長性，尤其前面提到在美股上市的巨頭，目前營運重心都已放在汽車與工業，值得投資人關注。

總結

今天我們簡單介紹的功率半導體產業，最後我們為今天的內容作個總結

• 功率半導體指的是和電源、電力控制應用有關的半導體元件
• 功率半導體以汽車和工業市場佔比最高
• 汽車與工業用功率半導體看重高可靠性與穩定性，不追求運算效能
• 汽車與工業用功率半導體的競爭門檻高，主要來自高轉換成本，以及高研發人力門檻
• 功率半導體產業最大成長動能來自電動車佔有率提升
• 功率半導體產業其次成長動能來自風電與太陽能建設需求提升
• 美股上市的巨頭目前營運重心都已放在汽車與工業，值得投資人關注

功率半導體相關廠商眾多，美股中哪些投資標的值得我們持續追蹤？追蹤各別公司營運的關鍵為何？這個我們就留到後續再和大家分享