功率器件是新能源車(chē)半導(dǎo)體的核心組成，是價(jià)值量提升的關(guān)鍵賽道。隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展，對(duì)功率器件需求量日益增加，成為功率半導(dǎo)體器件新的增長(zhǎng)點(diǎn)。當(dāng)下最受追捧的功率器件當(dāng)屬I(mǎi)GBT、SiC和GaN，尤其是第三代半導(dǎo)體的熱度一直不減。從項(xiàng)目立項(xiàng)、募資建廠再到設(shè)備引入、投產(chǎn)，小小一個(gè)功率器件的每一步都廣受業(yè)界關(guān)注。足以見(jiàn)得大眾對(duì)功率器件發(fā)展前景的看好，以及對(duì)國(guó)產(chǎn)功率器件廠商的期許。好在，現(xiàn)下不少?lài)?guó)產(chǎn)IGBT、SiC、GaN廠商都接踵而至傳來(lái)了“投產(chǎn)”的好消息，這樣我們與世界先進(jìn)廠商的距離也更進(jìn)一步，也能有望在新能源汽車(chē)這波浪潮中搭上班車(chē)。

　　國(guó)產(chǎn)功率器件廠商來(lái)到“投產(chǎn)”新階段

　　6月5日，英諾賽克的8英寸硅基GaN蘇州一期項(xiàng)目正式投產(chǎn)，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)投資80億元人民幣，2020年完成廠房建設(shè)及設(shè)備搬入，即日起開(kāi)始大規(guī)模量產(chǎn)，成為世界上第一家實(shí)現(xiàn)8英寸硅基氮化鎵量產(chǎn)的企業(yè)。投產(chǎn)后產(chǎn)能將逐步爬坡，2021年底產(chǎn)能可達(dá)6000片/月，2022年底項(xiàng)目全部達(dá)產(chǎn)后蘇州工廠將實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)能78萬(wàn)片8英寸硅基氮化鎵晶圓，預(yù)計(jì)年產(chǎn)值150億元。

　　英諾賽克（珠海）科技有限公司成立于2015年12月12日。2017年11月，其“8英寸硅基氮化鎵生產(chǎn)線”通線投產(chǎn)儀式在珠海舉行。2018年6月，公司發(fā)布了世界首個(gè)8英寸硅基氮化鎵WLCSP功率產(chǎn)品。2018年6月，蘇州寬禁帶半導(dǎo)體基地開(kāi)工儀式在吳江市汾湖高新區(qū)舉行。

　　6月23日上午，位于湖南長(zhǎng)沙的三安半導(dǎo)體正式點(diǎn)亮投產(chǎn)。這個(gè)基地最大的亮點(diǎn)在于這是集襯底材料、外延生長(zhǎng)、晶圓制造及封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)在內(nèi)的國(guó)內(nèi)第一條、全球第三條碳化硅垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈。湖南三安半導(dǎo)體SiC項(xiàng)目總投資160億元，自2020年7月破土動(dòng)工，目前月產(chǎn)30,000片6寸碳化硅晶圓的超級(jí)工廠落成并投產(chǎn)，投產(chǎn)的下一步就是進(jìn)行工藝調(diào)試和流片。建成達(dá)產(chǎn)后，湖南三安半導(dǎo)體基地預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)年銷(xiāo)售額120億元。

　　2014年5月廈門(mén)三安集成成立，2015年便開(kāi)始布局向高端化合物半導(dǎo)體擴(kuò)張，2018年底三安集成發(fā)布了SiC工藝平臺(tái)，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性量產(chǎn)的商業(yè)化6英寸化合物半導(dǎo)體集成電路制造平臺(tái)。

　　至今，三安集成在微波射頻領(lǐng)域已推出GaAs HBT、pHEMT等面向射頻應(yīng)用的先進(jìn)制程工藝，已建成專(zhuān)業(yè)化、規(guī)?；?吋、6時(shí)化合物晶圓制造產(chǎn)線。在電力電子領(lǐng)域，已推出高可靠性，高功率密度的SiC功率二極管及硅基氮化鎵功率器件。

　　6月23日下午，賽晶科技旗下子公司賽晶亞太半導(dǎo)體IGBT生產(chǎn)線竣工投產(chǎn)儀式在賽晶IGBT生產(chǎn)基地成功舉辦，標(biāo)志著其IGBT生產(chǎn)線進(jìn)入試生產(chǎn)階段。賽晶科技IGBT項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)2條IGBT芯片背面工藝生產(chǎn)線，5條IGBT模塊封裝測(cè)試生產(chǎn)線，建成后年產(chǎn)能將達(dá)到200萬(wàn)件IGBT模塊產(chǎn)品。

　　據(jù)了解，賽晶科技于2019年3月正式啟動(dòng)了自主技術(shù)IGBT項(xiàng)目。隨后，2019年7月賽晶IGBT項(xiàng)目正式簽約落戶(hù)嘉善，2020年6月賽晶IGBT生產(chǎn)基地動(dòng)工建設(shè)，同年9月賽晶首款I(lǐng)GBT芯片和模塊產(chǎn)品正式推出。公司IGBT產(chǎn)品應(yīng)用將涵蓋600V至1700V的中低壓領(lǐng)域，面向電動(dòng)汽車(chē)、光伏風(fēng)電、工業(yè)變頻等市場(chǎng)。

　　早在今年3月，安世半導(dǎo)體全球銷(xiāo)售資深副總裁張鵬崗在接受央視專(zhuān)訪時(shí)談到，聞泰科技安世半導(dǎo)體位于上海臨港的 12 寸晶圓廠已于今年一月破土動(dòng)工，將于 2022年7月投產(chǎn)，產(chǎn)能預(yù)計(jì)將達(dá)到每年40萬(wàn)片晶圓。安世半導(dǎo)體專(zhuān)注于分立器件，邏輯器件及 MOSFET 的器件的生產(chǎn)設(shè)計(jì)銷(xiāo)售。

　　IGBT功率芯片進(jìn)軍12英寸

　　當(dāng)下IGBT在大部分大功率應(yīng)用場(chǎng)景下都具有更高的性?xún)r(jià)比和成熟度，我們一時(shí)間還離不開(kāi)IGBT。而且目前IGBT功率器件也開(kāi)始全面挺進(jìn)車(chē)規(guī)級(jí)芯片，據(jù)斯達(dá)半導(dǎo)財(cái)報(bào)信息，2020年，使用斯達(dá)半導(dǎo)自主芯片生產(chǎn)的車(chē)規(guī)級(jí) IGBT模塊在全球市場(chǎng)配套超過(guò)20萬(wàn)輛汽車(chē)。再據(jù)Stratview Research關(guān)于IGBT市場(chǎng)預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)2020-2025年IGBT市場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn) 4.5%的健康復(fù)合年增長(zhǎng)率。

　　在此前的《國(guó)產(chǎn)IGBT，實(shí)力究竟如何？》一文中，筆者也作了關(guān)于國(guó)產(chǎn)IGBT實(shí)力相關(guān)的介紹。其中值得再提的是，IGBT是一個(gè)對(duì)產(chǎn)線工藝細(xì)節(jié)依賴(lài)性極強(qiáng)的公司，以英飛凌自己報(bào)告為例，同樣的設(shè)計(jì)，在6寸和8寸晶圓生產(chǎn)線上產(chǎn)出的產(chǎn)品性能差異極大，同樣兩條8寸晶圓生產(chǎn)線上產(chǎn)出的產(chǎn)品同樣性能差異極大。這就意味著設(shè)計(jì)公司不能跳出代工廠的支持獨(dú)立存在。

　　而IGBT的領(lǐng)先企業(yè)斯達(dá)半導(dǎo)在IGBT芯片的代工上，也與華虹緊密合作。6月24日，華虹半導(dǎo)體攜手斯達(dá)半導(dǎo)打造的車(chē)規(guī)級(jí) IGBT芯片暨12英寸IGBT實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，此IGBT芯片已通過(guò)終端車(chē)企產(chǎn)品驗(yàn)證，廣泛進(jìn)入了動(dòng)力單元等汽車(chē)應(yīng)用市場(chǎng)。雙方合作IGBT累計(jì)出貨量已超過(guò)25萬(wàn)片等效 8 英寸晶圓。

　　2020 年華虹半導(dǎo)體將8英寸IGBT技術(shù)導(dǎo)入12英寸生產(chǎn)線，通過(guò)不到一年的研發(fā)在12英寸生產(chǎn)線上成功建立了IGBT晶圓生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品順利通過(guò)了客戶(hù)認(rèn)證，成為全球首家同時(shí)在8英寸和12英寸生產(chǎn)線量產(chǎn)先進(jìn)型溝槽柵電場(chǎng)截止型（FS, Field Stop）IGBT 的純晶圓代工企業(yè)。

　　而且其無(wú)錫廠產(chǎn)能的爬坡已在加速。華虹無(wú)錫12寸廠2020年Q1貢獻(xiàn)銷(xiāo)售收入5,460萬(wàn)美元，占總收入的17.9%,環(huán)比增加了53.1%。目前，無(wú)錫12寸廠月產(chǎn)能已超4萬(wàn)片，其中有1.8萬(wàn)片是功率器件，嵌入式Flash和CIS各1萬(wàn)片，還有少量的其他產(chǎn)品。公司從去年開(kāi)始加速推進(jìn)無(wú)錫12寸廠擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，預(yù)計(jì)今年年底月產(chǎn)能可達(dá)6.5萬(wàn)片，并有望在2022年年中超過(guò)8萬(wàn)片。

　　來(lái)源：2020年Q1華虹半導(dǎo)體財(cái)報(bào)

　　目前，IGBT 產(chǎn)品最具競(jìng)爭(zhēng)力的生產(chǎn)線是8英寸和12英寸，最為領(lǐng)先的廠商是英飛凌，國(guó)內(nèi)晶圓生產(chǎn)企業(yè)此前絕大部分還停留在6英寸產(chǎn)品的階段。目前國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)8英寸產(chǎn)品量產(chǎn)的有比亞迪、株洲中車(chē)時(shí)代、上海先進(jìn)、華虹宏力、士蘭微等，并且士蘭微的第一條12英寸芯片生產(chǎn)線已于2020年12月實(shí)現(xiàn)正式投產(chǎn)。

　　華潤(rùn)微也在加碼布局12英寸產(chǎn)線，2020 年6 月7 日，公司發(fā)布公告稱(chēng)，公司與大基金二期和重慶西永分別出資9.5、16.5、24 億元，設(shè)立潤(rùn)西微電子，該項(xiàng)目投資約75.5 億元，建成后形成12英寸3萬(wàn)片/月中高端功率半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)能力，并配套12英寸外延和薄片工藝能力。該產(chǎn)線將采用90nm 工藝，主要生產(chǎn)MOSFET、IGBT、電源管理芯片等功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，為進(jìn)入工業(yè)控制和汽車(chē)電子領(lǐng)域做準(zhǔn)備。

　　可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)IGBT廠商已經(jīng)逐漸迎頭趕上，來(lái)到12英寸。事實(shí)證明，國(guó)產(chǎn)IGBT廠商只需埋頭苦干，不斷提高性能和品質(zhì)，未來(lái)可期。

　　優(yōu)點(diǎn)頗多的SiC，我們還需迎難趕上

　　SiC功率器件除了廣泛用于光伏逆變器、工業(yè)電源和充電樁市場(chǎng)，最重要的是受新能源汽車(chē)廠商近期加速導(dǎo)入刺激，低開(kāi)關(guān)損耗、高開(kāi)關(guān)頻率和耐高溫能力等特性使 SiC 成為滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)要求的理想選擇。SiC 使功率器件的效率提高了 2% 以上，且基于 SiC 的功率器件重量減輕了6公斤，并能確保車(chē)輛行駛里程增加30%。

　　Yole報(bào)告稱(chēng)，預(yù)計(jì)到2024年，全球車(chē)規(guī)級(jí)SiC功率器件市場(chǎng)空間可達(dá)19.3億美元，對(duì)應(yīng)2018-2024年復(fù)合增速為29%。2017-2023年SiC功率器件應(yīng)用復(fù)合增長(zhǎng)率為27%，其中電動(dòng)和混動(dòng)汽車(chē)的復(fù)合增長(zhǎng)率為81%，充電樁/充電站的復(fù)合增長(zhǎng)率為58%。

　　但當(dāng)下SiC未真正爆發(fā)的核心原因還是價(jià)格高，相比Si器件，SiC價(jià)格往往高出數(shù)倍。雖然目前大多數(shù)充電單元、逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)汽車(chē)都在使用硅芯片，然而，大多數(shù)市場(chǎng)供應(yīng)商都看到了OEM和汽車(chē)行業(yè)一級(jí)和二級(jí)供應(yīng)商的更換需求。英飛凌科技、ST和恩智浦等市場(chǎng)供應(yīng)商正在為汽車(chē)市場(chǎng)大舉押注SiC功率半導(dǎo)體。多家SiC廠商也已于晶圓供應(yīng)商Cree/Wolfspeed和SiCrystal已經(jīng)簽署了多年供應(yīng)協(xié)議。

　　SiC具有如此多優(yōu)良的特性，市場(chǎng)一片藍(lán)海。然而據(jù)業(yè)內(nèi)從業(yè)人士告訴記者，中國(guó)SiC產(chǎn)業(yè)在襯底、外延和器件等方面與進(jìn)口品牌還存在不少的差距：

　　從襯底方面來(lái)看，國(guó)內(nèi)的4英寸碳化硅襯底在品質(zhì)上比較接近國(guó)外水平，已經(jīng)開(kāi)始批量應(yīng)用在一些國(guó)產(chǎn)品牌器件中。6英寸襯底國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，國(guó)內(nèi)還處在比較前期的驗(yàn)證階段。8英寸襯底國(guó)內(nèi)可能已經(jīng)在研發(fā)，國(guó)外品牌如Cree預(yù)計(jì)到2023實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)?？傮w來(lái)看，在原材料這一層級(jí)國(guó)內(nèi)與國(guó)外存在較大的差距。

　　來(lái)到外延方面，外延制造的整體難度和缺陷控制的要求比襯底更高。國(guó)內(nèi)4英寸外延片已經(jīng)有一些規(guī)?；瘧?yīng)用。這兩年隨著市場(chǎng)應(yīng)用端的驗(yàn)證反饋，4英寸外延片性能得到了進(jìn)一步提升。6英寸襯底片剛進(jìn)入批量階段，業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人士指出，想要縮小與國(guó)外差距還需要投入更多的資源。

　　在器件方面，進(jìn)口品牌占據(jù)著整個(gè)碳化硅市場(chǎng)份額的大頭，特別是在車(chē)載電源服務(wù)器、通信電源等比較高端的領(lǐng)域擁有顯著優(yōu)勢(shì)。在國(guó)產(chǎn)替代的大趨勢(shì)下，本土品牌開(kāi)始向一些可靠性要求比較高的領(lǐng)域滲透，尤其是在碳化硅二極管這種差距比較小的產(chǎn)品上有望在較快時(shí)間內(nèi)把市場(chǎng)占有率提升上來(lái)。國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET需要在技術(shù)和可靠性方面進(jìn)一步提升，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

　　雖然我們面臨一定的差距，但在市場(chǎng)需求增長(zhǎng)、技術(shù)提升、政策扶持、全球缺芯等多方因素的影響下，目前國(guó)產(chǎn)碳化硅企業(yè)正在快速發(fā)展，逐步提升市場(chǎng)份額，縮小與進(jìn)口品牌的差距。包括天科合達(dá)、基本半導(dǎo)體、山東天岳、山西爍科和瀚天天成等一眾國(guó)產(chǎn)企業(yè)，也都在這個(gè)領(lǐng)域深耕，謀求突破。

　　2020年GaN市場(chǎng)翻番，國(guó)內(nèi)GaN企業(yè)發(fā)展之勢(shì)迅猛

　　據(jù)Yole報(bào)道，功率 GaN 市場(chǎng)在2020年翻了一番，突出了智能手機(jī)快速充電器的驚人增長(zhǎng)，并引領(lǐng)了電信和汽車(chē)市場(chǎng)。2020年GaN設(shè)備市場(chǎng)有4600萬(wàn)美元，其中消費(fèi)電子就占了2870萬(wàn)美元，電信和移動(dòng)市場(chǎng)占據(jù)第二大應(yīng)用領(lǐng)域，有910萬(wàn)美元。Yole預(yù)測(cè)從2020年到2026年GaN總體的年復(fù)合增長(zhǎng)率將約增加70%，到2026年預(yù)計(jì)有11億美元。消費(fèi)電子的年復(fù)合增長(zhǎng)率為69%，達(dá)到6.72億美元；電信和移動(dòng)市場(chǎng)年復(fù)合增長(zhǎng)率為71%，達(dá)到2.23億美元；值得一提的是，汽車(chē)市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到185%，有1.55億美元的市場(chǎng)。

　　2020-2026年功率GaN器件應(yīng)用市場(chǎng)預(yù)測(cè)（圖源：Yole）

　　所以Yole的說(shuō)法是，短期內(nèi)，消費(fèi)者快速充電應(yīng)用將推動(dòng)GaN市場(chǎng)的發(fā)展，中長(zhǎng)期內(nèi)，數(shù)據(jù)中心和電動(dòng)汽車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)的出貨量將增加，如下圖所示。

Gan功率器件長(zhǎng)期演進(jìn)（圖源：Yole）

　　據(jù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人士指出，在消費(fèi)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)650V高壓GaN功率器件的性能和出貨量已與國(guó)際廠商處于同等水平，英諾賽克、納微半導(dǎo)體，PI（Power Integrations）在國(guó)際上形成了三足鼎立的局勢(shì)；在工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)際廠商投入時(shí)間長(zhǎng)，技術(shù)積累豐富，處于暫時(shí)領(lǐng)先地位，國(guó)內(nèi)氮化鎵企業(yè)相對(duì)而言起步稍晚，但發(fā)展之勢(shì)迅猛，有望在2-3年內(nèi)趕超。

　　更值得一說(shuō)的是，在全球市場(chǎng)范圍內(nèi)，僅美國(guó)EPC和國(guó)內(nèi)英諾賽科兩家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了200V低壓GaN器件的量產(chǎn)，產(chǎn)品性能水平相當(dāng)。從氮化鎵的制造工藝上看，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)英諾賽科已率先建立了8英寸硅基氮化鎵產(chǎn)線并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，技術(shù)水平國(guó)際領(lǐng)先。

　　氮化鎵是半導(dǎo)體的新賽道，發(fā)展氮化鎵是中國(guó)半導(dǎo)體趕超國(guó)外半導(dǎo)體的絕佳契機(jī)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)許多知名企業(yè)已在積極布局，國(guó)家也正全面引進(jìn)人才，投入配套設(shè)施、資本、及相關(guān)政策，協(xié)同支持國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。