功率器件是新能源車半導體的核心組成，是價值量提升的關鍵賽道。隨著新能源汽車的發展，對功率器件需求量日益增加，成為功率半導體器件新的增長點。當下最受追捧的功率器件當屬IGBT、SiC和GaN，尤其是第三代半導體的熱度一直不減。從項目立項、募資建廠再到設備引入、投產，小小一個功率器件的每一步都廣受業界關注。足以見得大眾對功率器件發展前景的看好，以及對國產功率器件廠商的期許。好在，現下不少國產IGBT、SiC、GaN廠商都接踵而至傳來了“投產”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。
國產功率器件廠商來到“投產”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，該項目預計投資80億元人民幣，2020年完成廠房建設及設備搬入，即日起開始大規模量產，成為世界上第一家實現8英寸硅基氮化鎵量產的企業。投產后產能將逐步爬坡，2021年底產能可達6000片/月，2022年底項目全部達產后蘇州工廠將實現年產能78萬片8英寸硅基氮化鎵晶圓，預計年產值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線”通線投產儀式在珠海舉行。2018年6月，公司發布了世界首個8英寸硅基氮化鎵WLCSP功率產品。2018年6月，蘇州寬禁帶半導體基地開工儀式在吳江市汾湖高新區舉行。
6月23日上午，位于湖南長沙的三安半導體正式點亮投產。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節在內的國內第一條、全球第三條碳化硅垂直整合產業鏈。湖南三安半導體SiC項目總投資160億元，自2020年7月破土動工，目前月產30,000片6寸碳化硅晶圓的超級工廠落成并投產，投產的下一步就是進行工藝調試和流片。建成達產后，湖南三安半導體基地預計將實現年銷售額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體擴張，2018年底三安集成發布了SiC工藝平臺，成為國內首個進入實質性量產的商業化6英寸化合物半導體集成電路制造平臺。
至今，三安集成在微波射頻領域已推出GaAs HBT、pHEMT等面向射頻應用的先進制程工藝，已建成專業化、規模化的4吋、6時化合物晶圓制造產線。在電力電子領域，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體IGBT生產線竣工投產儀式在賽晶IGBT生產基地成功舉辦，標志著其IGBT生產線進入試生產階段。賽晶科技IGBT項目規劃建設2條IGBT芯片背面工藝生產線，5條IGBT模塊封裝測試生產線，建成后年產能將達到200萬件IGBT模塊產品。
據了解，賽晶科技于2019年3月正式啟動了自主技術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生產基地動工建設，同年9月賽晶首款IGBT芯片和模塊產品正式推出。公司IGBT產品應用將涵蓋600V至1700V的中低壓領域，面向電動汽車、光伏風電、工業變頻等市場。
早在今年3月，安世半導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，產能預計將達到每年40萬片晶圓。安世半導體專注于分立器件，邏輯器件及 MOSFET 的器件的生產設計銷售。
IGBT功率芯片進軍12英寸
當下IGBT在大部分大功率應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級芯片，據斯達半導財報信息，2020年，使用斯達半導自主芯片生產的車規級 IGBT模塊在全球市場配套超過20萬輛汽車。再據Stratview Research關于IGBT市場預測，預計2020-2025年IGBT市場可能會出現 4.5%的健康復合年增長率。
在此前的《國產IGBT，實力究竟如何？》一文中，筆者也作了關于國產IGBT實力相關的介紹。其中值得再提的是，IGBT是一個對產線工藝細節依賴性極強的公司，以英飛凌自己報告為例，同樣的設計，在6寸和8寸晶圓生產線上產出的產品性能差異極大，同樣兩條8寸晶圓生產線上產出的產品同樣性能差異極大。這就意味著設計公司不能跳出代工廠的支持獨立存在。
而IGBT的領先企業斯達半導在IGBT芯片的代工上，也與華虹緊密合作。6月24日，華虹半導體攜手斯達半導打造的車規級 IGBT芯片暨12英寸IGBT實現規模量產，此IGBT芯片已通過終端車企產品驗證，廣泛進入了動力單元等汽車應用市場。雙方合作IGBT累計出貨量已超過25萬片等效 8 英寸晶圓。
2020 年華虹半導體將8英寸IGBT技術導入12英寸生產線，通過不到一年的研發在12英寸生產線上成功建立了IGBT晶圓生產工藝，產品順利通過了客戶認證，成為全球首家同時在8英寸和12英寸生產線量產先進型溝槽柵電場截止型（FS, Field Stop）IGBT 的純晶圓代工企業。
而且其無錫廠產能的爬坡已在加速。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%,環比增加了53.1%。目前，無錫12寸廠月產能已超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，還有少量的其他產品。公司從去年開始加速推進無錫12寸廠擴產計劃，預計今年年底月產能可達6.5萬片，并有望在2022年年中超過8萬片。
來源：2020年Q1華虹半導體財報
目前，IGBT 產品最具競爭力的生產線是8英寸和12英寸，最為領先的廠商是英飛凌，國內晶圓生產企業此前絕大部分還停留在6英寸產品的階段。目前國內實現8英寸產品量產的有比亞迪、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英寸芯片生產線已于2020年12月實現正式投產。
華潤微也在加碼布局12英寸產線，2020 年6 月7 日，公司發布公告稱，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/月中高端功率半導體晶圓生產能力，并配套12英寸外延和薄片工藝能力。該產線將采用90nm 工藝，主要生產MOSFET、IGBT、電源管理芯片等功率半導體產品，為進入工業控制和汽車電子領域做準備。
可見，國內IGBT廠商已經逐漸迎頭趕上，來到12英寸。事實證明，國產IGBT廠商只需埋頭苦干，不斷提高性能和品質，未來可期。
優點頗多的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入刺激，低開關損耗、高開關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，預計到2024年，全球車規級SiC功率器件市場空間可達19.3億美元，對應2018-2024年復合增速為29%。2017-2023年SiC功率器件應用復合增長率為27%，其中電動和混動汽車的復合增長率為81%，充電樁/充電站的復合增長率為58%。
但當下SiC未真正爆發的核心原因還是價格高，相比Si器件，SiC價格往往高出數倍。雖然目前大多數充電單元、逆變器、DC-DC轉換器和電動汽車都在使用硅芯片，然而，大多數市場供應商都看到了OEM和汽車行業一級和二級供應商的更換需求。英飛凌科技、ST和恩智浦等市場供應商正在為汽車市場大舉押注SiC功率半導體。多家SiC廠商也已于晶圓供應商Cree/Wolfspeed和SiCrystal已經簽署了多年供應協議。
SiC具有如此多優良的特性，市場一片藍海。然而據業內從業人士告訴記者，中國SiC產業在襯底、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，國內的4英寸碳化硅襯底在品質上比較接近國外水平，已經開始批量應用在一些國產品牌器件中。6英寸襯底國外已經實現量產，國內還處在比較前期的驗證階段。8英寸襯底國內可能已經在研發，國外品牌如Cree預計到2023實現量產。總體來看，在原材料這一層級國內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4英寸外延片已經有一些規模化應用。這兩年隨著市場應用端的驗證反饋，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，業內專業人士指出，想要縮小與國外差距還需要投入更多的資源。
在器件方面，進口品牌占據著整個碳化硅市場份額的大頭，特別是在車載電源服務器、通信電源等比較高端的領域擁有顯著優勢。在國產替代的大趨勢下，本土品牌開始向一些可靠性要求比較高的領域滲透，尤其是在碳化硅二極管這種差距比較小的產品上有望在較快時間內把市場占有率提升上來。國產碳化硅MOSFET需要在技術和可靠性方面進一步提升，以實現大規模量產。
雖然我們面臨一定的差距，但在市場需求增長、技術提升、政策扶持、全球缺芯等多方因素的影響下，目前國產碳化硅企業正在快速發展，逐步提升市場份額，縮小與進口品牌的差距。包括天科合達、基本半導體、山東天岳、山西爍科和瀚天天成等一眾國產企業，也都在這個領域深耕，謀求突破。
2020年GaN市場翻番，國內GaN企業發展之勢迅猛
據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，并引領了電信和汽車市場。2020年GaN設備市場有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第二大應用領域，有910萬美元。Yole預測從2020年到2026年GaN總體的年復合增長率將約增加70%，到2026年預計有11億美元。消費電子的年復合增長率為69%，達到6.72億美元；電信和移動市場年復合增長率為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器件應用市場預測（圖源：Yole）
所以Yole的說法是，短期內，消費者快速充電應用將推動GaN市場的發展，中長期內，數據中心和電動汽車/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）
據業內專業人士指出，在消費領域，國內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、納微半導體，PI（Power Integrations）在國際上形成了三足鼎立的局勢；在工業和汽車應用領域，國際廠商投入時間長，技術積累豐富，處于暫時領先地位，國內氮化鎵企業相對而言起步稍晚，但發展之勢迅猛，有望在2-3年內趕超。
更值得一說的是，在全球市場范圍內，僅美國EPC和國內英諾賽科兩家企業實現了200V低壓GaN器件的量產，產品性能水平相當。從氮化鎵的制造工藝上看，目前國內企業英諾賽科已率先建立了8英寸硅基氮化鎵產線并實現量產，技術水平國際領先。
氮化鎵是半導體的新賽道，發展氮化鎵是中國半導體趕超國外半導體的絕佳契機，當前國內許多知名企業已在積極布局，國家也正全面引進人才，投入配套設施、資本、及相關政策，協同支持國內半導體行業的發展。
