功率半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化需求迫切
在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，功率半導(dǎo)體是核心部件之一，其重要性?xún)H次于電池。功率半導(dǎo)體在電池管理、車(chē)載充電和電機(jī)控制等多個(gè)系統(tǒng)使用，每臺(tái)車(chē)大概占10%的成本。此外，在光伏逆變器，風(fēng)電變流器等設(shè)備中，都離不開(kāi)功率半導(dǎo)體。
隨著智能化時(shí)代的到來(lái)，例如新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛和聯(lián)網(wǎng)化，需要更長(zhǎng)的續(xù)航能力的和高效的電池管理，對(duì)于功率半導(dǎo)體將提出更高的要求。而新一代半導(dǎo)體材料，例如碳化硅和氮化鎵，在電場(chǎng)強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、禁帶寬度、飽和遷移速度方面有著優(yōu)異表現(xiàn)，已經(jīng)成為功率半導(dǎo)體廠商的重點(diǎn)研發(fā)方向。
近年來(lái)，美國(guó)禁令不斷，堵截上游芯片的供應(yīng)，劍指中國(guó)制造和高科技產(chǎn)業(yè)。那么，功率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)化也是十分緊迫的。今年兩會(huì)提議將功率半導(dǎo)體材料列研發(fā)入國(guó)家計(jì)劃，那么功率半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程將加速，國(guó)產(chǎn)器件代替進(jìn)行只是時(shí)間的問(wèn)題。
目前，中國(guó)大部分的功率半導(dǎo)體以進(jìn)口為主，例如德國(guó)英飛凌在汽車(chē)領(lǐng)域占據(jù)了58%的市場(chǎng)。英飛凌在全球功率器件市場(chǎng)中排名第一，其次還有安森美、三菱電機(jī)、富士、羅姆、賽米控等領(lǐng)先廠商，國(guó)內(nèi)龍頭廠商斯半導(dǎo)體，排到第十。國(guó)內(nèi)外差距還是比較大。
碳化硅器件成必爭(zhēng)之地
國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商除了斯達(dá)之外，還有比亞迪半導(dǎo)體、中車(chē)時(shí)代電氣、吉林華微、士蘭微等知名廠商，在產(chǎn)品類(lèi)型方面基本覆蓋了各種電壓級(jí)別，雖然功率器件在低端產(chǎn)品方面已對(duì)開(kāi)始代替進(jìn)口，但高端產(chǎn)品依然嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口。
由于IGBT核心技術(shù)掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家手中，例如設(shè)計(jì)制造、模塊封裝、失效分析、測(cè)試等。目前，英飛凌、三菱、ABB在1700V以上電壓等級(jí)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在大功率溝槽技術(shù)方面，英飛凌與三菱公司領(lǐng)先，3300V以上電壓的IGBT基本由國(guó)外壟斷。
未來(lái)IGBT向更高工作結(jié)溫與功率密度發(fā)展，廠商除了要聚焦在降低損耗和降低生產(chǎn)成本，通過(guò)改良工藝和設(shè)計(jì)方案來(lái)提升產(chǎn)品的性能之外，第三代半導(dǎo)體技術(shù)開(kāi)發(fā)可能是一個(gè)必爭(zhēng)之地。第三代半導(dǎo)體主要以寬禁帶半導(dǎo)體材料，例如碳化硅和氮化鎵材料制成的半導(dǎo)體產(chǎn)品。
第一代半導(dǎo)體以硅（Si）、鍺元素(Ge)半導(dǎo)體材料為主要，第二代以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（lnP）等化合物為主，而第三代是碳化硅和氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度和擊穿電壓高的特點(diǎn)。自從特斯拉推出Model3型電動(dòng)汽車(chē)，其逆變器采用了24個(gè)碳化硅MOSFET為功率模塊，碳化硅功率器件受到了越來(lái)越多廠商的重視。
碳化硅為材料的功率模塊具有高開(kāi)關(guān)頻率、耐高溫、耐高壓和低開(kāi)關(guān)損耗，以及抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以大量節(jié)省能源損耗，還提升了電控效率，而且體積更少，重量更低。此前，豐田便展示的全碳化硅模組，是傳統(tǒng)硅產(chǎn)品體積的1/5，重量上減輕了35%，損耗從20%降到5%，能讓汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性提升10%。
目前，碳化硅功率器件主要國(guó)外廠商為英飛凌、羅姆、Cree和ST，國(guó)內(nèi)有泰科天潤(rùn)、基本半導(dǎo)體、上海瞻芯電子、楊杰科技、芯光潤(rùn)澤、瑞能半導(dǎo)體等。
在碳化硅晶片方面，CREE占據(jù)了一半以上市場(chǎng)份額，是行業(yè)的領(lǐng)頭羊。近兩年，由于碳化硅晶片供應(yīng)緊張，下游器件巨頭紛紛與CREE簽訂長(zhǎng)期供貨協(xié)議。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，CREE投資10億美金用來(lái)擴(kuò)大SiC的產(chǎn)能，包括一座8寸晶圓廠。整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)格局來(lái)看，以美、歐、日為主，除了CREE之外，還有II-VI、DowCorning、Rohm等玩家。
從碳化硅晶片成本來(lái)看，尺寸越大，生產(chǎn)效率越高，成本就越低，但同時(shí)品質(zhì)控制難度越高。目前全球碳化硅市場(chǎng)為國(guó)外企業(yè)所壟斷。國(guó)內(nèi)廠商只在襯底、外延和器件方面占據(jù)少量的市場(chǎng)。其中，天科合達(dá)是國(guó)內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)碳化硅晶片產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，已經(jīng)成功研制出6英寸碳化硅晶片。
2018年5月，海瞻芯電子科技有限公司生產(chǎn)出第一片國(guó)產(chǎn)6英寸碳化硅（SiC）MOSFET晶圓。最近，華潤(rùn)微宣布其6英寸商用碳化硅（SiC）晶圓生產(chǎn)線(xiàn)正式量產(chǎn)。隨著國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)廠商投入碳化硅項(xiàng)目，功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將從材料到研發(fā)，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，形成一條完全的本土產(chǎn)業(yè)鏈。
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