功率器件是新能源車半導(dǎo)體的核心組成，是價值量提升的關(guān)鍵賽道。隨著新能源汽車的發(fā)展，對功率器件需求量日益增加，成為功率半導(dǎo)體器件新的增長點。當下最受追捧的功率器件當屬IGBT、SiC和GaN，尤其是第三代半導(dǎo)體的熱度一直不減。從項目立項、募資建廠再到設(shè)備引入、投產(chǎn)，小小一個功率器件的每一步都廣受業(yè)界關(guān)注。足以見得大眾對功率器件發(fā)展前景的看好，以及對國產(chǎn)功率器件廠商的期許。好在，現(xiàn)下不少國產(chǎn)IGBT、SiC、GaN廠商都接踵而至傳來了“投產(chǎn)”的好消息，這樣我們與世界先進廠商的距離也更進一步，也能有望在新能源汽車這波浪潮中搭上班車。

　　國產(chǎn)功率器件廠商來到“投產(chǎn)”新階段

　　6月5日，英諾賽克的8英寸硅基GaN蘇州一期項目正式投產(chǎn)，該項目預(yù)計投資80億元人民幣，2020年完成廠房建設(shè)及設(shè)備搬入，即日起開始大規(guī)模量產(chǎn)，成為世界上第一家實現(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6000片/月，2022年底項目全部達產(chǎn)后蘇州工廠將實現(xiàn)年產(chǎn)能78萬片8英寸硅基氮化鎵晶圓，預(yù)計年產(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，位于湖南長沙的三安半導(dǎo)體正式點亮投產(chǎn)。這個基地最大的亮點在于這是集襯底材料、外延生長、晶圓制造及封裝測試等環(huán)節(jié)在內(nèi)的國內(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項目總投資160億元，自2020年7月破土動工，目前月產(chǎn)30,000片6寸碳化硅晶圓的超級工廠落成并投產(chǎn)，投產(chǎn)的下一步就是進行工藝調(diào)試和流片。建成達產(chǎn)后，湖南三安半導(dǎo)體基地預(yù)計將實現(xiàn)年銷售額120億元。

　　2014年5月廈門三安集成成立，2015年便開始布局向高端化合物半導(dǎo)體擴張，2018年底三安集成發(fā)布了SiC工藝平臺，成為國內(nèi)首個進入實質(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。

　　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)用的先進制程工藝，已建成專業(yè)化、規(guī)模化的4吋、6時化合物晶圓制造產(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，標志著其IGBT生產(chǎn)線進入試生產(chǎn)階段。賽晶科技IGBT項目規(guī)劃建設(shè)2條IGBT芯片背面工藝生產(chǎn)線，5條IGBT模塊封裝測試生產(chǎn)線，建成后年產(chǎn)能將達到200萬件IGBT模塊產(chǎn)品。

　　據(jù)了解，賽晶科技于2019年3月正式啟動了自主技術(shù)IGBT項目。隨后，2019年7月賽晶IGBT項目正式簽約落戶嘉善，2020年6月賽晶IGBT生產(chǎn)基地動工建設(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，面向電動汽車、光伏風(fēng)電、工業(yè)變頻等市場。

　　早在今年3月，安世半導(dǎo)體全球銷售資深副總裁張鵬崗在接受央視專訪時談到，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工，將于 2022年7月投產(chǎn)，產(chǎn)能預(yù)計將達到每年40萬片晶圓。安世半導(dǎo)體專注于分立器件，邏輯器件及 MOSFET 的器件的生產(chǎn)設(shè)計銷售。

　　IGBT功率芯片進軍12英寸

　　當下IGBT在大部分大功率應(yīng)用場景下都具有更高的性價比和成熟度，我們一時間還離不開IGBT。而且目前IGBT功率器件也開始全面挺進車規(guī)級芯片，據(jù)斯達半導(dǎo)財報信息，2020年，使用斯達半導(dǎo)自主芯片生產(chǎn)的車規(guī)級 IGBT模塊在全球市場配套超過20萬輛汽車。再據(jù)Stratview Research關(guān)于IGBT市場預(yù)測，預(yù)計2020-2025年IGBT市場可能會出現(xiàn) 4.5%的健康復(fù)合年增長率。

　　在此前的《國產(chǎn)IGBT，實力究竟如何？》一文中，筆者也作了關(guān)于國產(chǎn)IGBT實力相關(guān)的介紹。其中值得再提的是，IGBT是一個對產(chǎn)線工藝細節(jié)依賴性極強的公司，以英飛凌自己報告為例，同樣的設(shè)計，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)計公司不能跳出代工廠的支持獨立存在。

　　而IGBT的領(lǐng)先企業(yè)斯達半導(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)體攜手斯達半導(dǎo)打造的車規(guī)級 IGBT芯片暨12英寸IGBT實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，此IGBT芯片已通過終端車企產(chǎn)品驗證，廣泛進入了動力單元等汽車應(yīng)用市場。雙方合作IGBT累計出貨量已超過25萬片等效 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)品順利通過了客戶認證，成為全球首家同時在8英寸和12英寸生產(chǎn)線量產(chǎn)先進型溝槽柵電場截止型（FS, Field Stop）IGBT 的純晶圓代工企業(yè)。

　　而且其無錫廠產(chǎn)能的爬坡已在加速。華虹無錫12寸廠2020年Q1貢獻銷售收入5,460萬美元，占總收入的17.9%,環(huán)比增加了53.1%。目前，無錫12寸廠月產(chǎn)能已超4萬片，其中有1.8萬片是功率器件，嵌入式Flash和CIS各1萬片，還有少量的其他產(chǎn)品。公司從去年開始加速推進無錫12寸廠擴產(chǎn)計劃，預(yù)計今年年底月產(chǎn)能可達6.5萬片，并有望在2022年年中超過8萬片。

　　來源：2020年Q1華虹半導(dǎo)體財報

　　目前，IGBT 產(chǎn)品最具競爭力的生產(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。目前國內(nèi)實現(xiàn)8英寸產(chǎn)品量產(chǎn)的有比亞迪、株洲中車時代、上海先進、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月實現(xiàn)正式投產(chǎn)。

　　華潤微也在加碼布局12英寸產(chǎn)線，2020 年6 月7 日，公司發(fā)布公告稱，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)立潤西微電子，該項目投資約75.5 億元，建成后形成12英寸3萬片/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，為進入工業(yè)控制和汽車電子領(lǐng)域做準備。

　　可見，國內(nèi)IGBT廠商已經(jīng)逐漸迎頭趕上，來到12英寸。事實證明，國產(chǎn)IGBT廠商只需埋頭苦干，不斷提高性能和品質(zhì)，未來可期。

　　優(yōu)點頗多的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，最重要的是受新能源汽車廠商近期加速導(dǎo)入刺激，低開關(guān)損耗、高開關(guān)頻率和耐高溫能力等特性使 SiC 成為滿足電動汽車要求的理想選擇。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，并能確保車輛行駛里程增加30%。

　　Yole報告稱，預(yù)計到2024年，全球車規(guī)級SiC功率器件市場空間可達19.3億美元，對應(yīng)2018-2024年復(fù)合增速為29%。2017-2023年SiC功率器件應(yīng)用復(fù)合增長率為27%，其中電動和混動汽車的復(fù)合增長率為81%，充電樁/充電站的復(fù)合增長率為58%。

　　但當下SiC未真正爆發(fā)的核心原因還是價格高，相比Si器件，SiC價格往往高出數(shù)倍。雖然目前大多數(shù)充電單元、逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和電動汽車都在使用硅芯片，然而，大多數(shù)市場供應(yīng)商都看到了OEM和汽車行業(yè)一級和二級供應(yīng)商的更換需求。英飛凌科技、ST和恩智浦等市場供應(yīng)商正在為汽車市場大舉押注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，市場一片藍海。然而據(jù)業(yè)內(nèi)從業(yè)人士告訴記者，中國SiC產(chǎn)業(yè)在襯底、外延和器件等方面與進口品牌還存在不少的差距：

　　從襯底方面來看，國內(nèi)的4英寸碳化硅襯底在品質(zhì)上比較接近國外水平，已經(jīng)開始批量應(yīng)用在一些國產(chǎn)品牌器件中。6英寸襯底國外已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，國內(nèi)還處在比較前期的驗證階段。8英寸襯底國內(nèi)可能已經(jīng)在研發(fā)，國外品牌如Cree預(yù)計到2023實現(xiàn)量產(chǎn)。總體來看，在原材料這一層級國內(nèi)與國外存在較大的差距。

　　來到外延方面，外延制造的整體難度和缺陷控制的要求比襯底更高。國內(nèi)4英寸外延片已經(jīng)有一些規(guī)模化應(yīng)用。這兩年隨著市場應(yīng)用端的驗證反饋，4英寸外延片性能得到了進一步提升。6英寸襯底片剛進入批量階段，業(yè)內(nèi)專業(yè)人士指出，想要縮小與國外差距還需要投入更多的資源。

　　在器件方面，進口品牌占據(jù)著整個碳化硅市場份額的大頭，特別是在車載電源服務(wù)器、通信電源等比較高端的領(lǐng)域擁有顯著優(yōu)勢。在國產(chǎn)替代的大趨勢下，本土品牌開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)品上有望在較快時間內(nèi)把市場占有率提升上來。國產(chǎn)碳化硅MOSFET需要在技術(shù)和可靠性方面進一步提升，以實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

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

　　2020年GaN市場翻番，國內(nèi)GaN企業(yè)發(fā)展之勢迅猛

　　據(jù)Yole報道，功率 GaN 市場在2020年翻了一番，突出了智能手機快速充電器的驚人增長，并引領(lǐng)了電信和汽車市場。2020年GaN設(shè)備市場有4600萬美元，其中消費電子就占了2870萬美元，電信和移動市場占據(jù)第二大應(yīng)用領(lǐng)域，有910萬美元。Yole預(yù)測從2020年到2026年GaN總體的年復(fù)合增長率將約增加70%，到2026年預(yù)計有11億美元。消費電子的年復(fù)合增長率為69%，達到6.72億美元；電信和移動市場年復(fù)合增長率為71%，達到2.23億美元；值得一提的是，汽車市場的年復(fù)合增長率將達到185%，有1.55億美元的市場。

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

　　所以Yole的說法是，短期內(nèi)，消費者快速充電應(yīng)用將推動GaN市場的發(fā)展，中長期內(nèi)，數(shù)據(jù)中心和電動汽車/混合動力汽車的出貨量將增加，如下圖所示。

Gan功率器件長期演進（圖源：Yole）

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

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

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