国产功率器件厂商来到“投产”新阶段
6月5日，英诺赛克的8英寸硅基GaN苏州一期项目正式投产，该项目预计投资80亿元人民币，2020年完成厂房建设及设备搬入，即日起开始大规模量产，成为世界上第一家实现8英寸硅基氮化镓量产的企业。投产后产能将逐步爬坡，2021年底产能可达6000片/月，2022年底项目全部达产后苏州工厂将实现年产能78万片8英寸硅基氮化镓晶圆，预计年产值150亿元。
英诺赛克（珠海）科技有限公司成立于2015年12月12日。2017年11月，其“8英寸硅基氮化镓生产线”通线投产仪式在珠海举行。2018年6月，公司发布了世界首个8英寸硅基氮化镓WLCSP功率产品。2018年6月，苏州宽禁带半导体基地开工仪式在吴江市汾湖高新区举行。
6月23日上午，位于湖南长沙的三安半导体正式点亮投产。这个基地最大的亮点在于这是集衬底材料、外延生长、晶圆制造及封装测试等环节在内的国内第一条、全球第三条碳化硅垂直整合产业链。湖南三安半导体SiC项目总投资160亿元，自2020年7月破土动工，目前月产30,000片6寸碳化硅晶圆的超级工厂落成并投产，投产的下一步就是进行工艺调试和流片。建成达产后，湖南三安半导体基地预计将实现年销售额120亿元。
2014年5月厦门三安集成成立，2015年便开始布局向高端化合物半导体扩张，2018年底三安集成发布了SiC工艺平台，成为国内首个进入实质性量产的商业化6英寸化合物半导体集成电路制造平台。
至今，三安集成在微波射频领域已推出GaAs HBT、pHEMT等面向射频应用的先进制程工艺，已建成专业化、规模化的4吋、6时化合物晶圆制造产线。在电力电子领域，已推出高可靠性，高功率密度的SiC功率二极管及硅基氮化镓功率器件。
6月23日下午，赛晶科技旗下子公司赛晶亚太半导体IGBT生产线竣工投产仪式在赛晶IGBT生产基地成功举办，标志着其IGBT生产线进入试生产阶段。赛晶科技IGBT项目规划建设2条IGBT芯片背面工艺生产线，5条IGBT模块封装测试生产线，建成后年产能将达到200万件IGBT模块产品。
据了解，赛晶科技于2019年3月正式启动了自主技术IGBT项目。随后，2019年7月赛晶IGBT项目正式签约落户嘉善，2020年6月赛晶IGBT生产基地动工建设，同年9月赛晶首款IGBT芯片和模块产品正式推出。公司IGBT产品应用将涵盖600V至1700V的中低压领域，面向电动汽车、光伏风电、工业变频等市场。
早在今年3月，安世半导体全球销售资深副总裁张鹏岗在接受央视专访时谈到，闻泰科技安世半导体位于上海临港的 12 寸晶圆厂已于今年一月破土动工，将于 2022年7月投产，产能预计将达到每年40万片晶圆。安世半导体专注于分立器件，逻辑器件及 MOSFET 的器件的生产设计销售。
IGBT功率芯片进军12英寸
当下IGBT在大部分大功率应用场景下都具有更高的性价比和成熟度，我们一时间还离不开IGBT。而且目前IGBT功率器件也开始全面挺进车规级芯片，据斯达半导财报信息，2020年，使用斯达半导自主芯片生产的车规级 IGBT模块在全球市场配套超过20万辆汽车。再据Stratview Research关于IGBT市场预测，预计2020-2025年IGBT市场可能会出现 4.5%的健康复合年增长率。
在此前的《国产IGBT，实力究竟如何？》一文中，笔者也作了关于国产IGBT实力相关的介绍。其中值得再提的是，IGBT是一个对产线工艺细节依赖性极强的公司，以英飞凌自己报告为例，同样的设计，在6寸和8寸晶圆生产线上产出的产品性能差异极大，同样两条8寸晶圆生产线上产出的产品同样性能差异极大。这就意味着设计公司不能跳出代工厂的支持独立存在。
而IGBT的领先企业斯达半导在IGBT芯片的代工上，也与华虹紧密合作。6月24日，华虹半导体携手斯达半导打造的车规级 IGBT芯片暨12英寸IGBT实现规模量产，此IGBT芯片已通过终端车企产品验证，广泛进入了动力单元等汽车应用市场。双方合作IGBT累计出货量已超过25万片等效 8 英寸晶圆。
2020 年华虹半导体将8英寸IGBT技术导入12英寸生产线，通过不到一年的研发在12英寸生产线上成功建立了IGBT晶圆生产工艺，产品顺利通过了客户认证，成为全球首家同时在8英寸和12英寸生产线量产先进型沟槽栅电场截止型（FS, Field Stop）IGBT 的纯晶圆代工企业。
而且其无锡厂产能的爬坡已在加速。华虹无锡12寸厂2020年Q1贡献销售收入5,460万美元，占总收入的17.9%,环比增加了53.1%。目前，无锡12寸厂月产能已超4万片,其中有1.8万片是功率器件，嵌入式Flash和CIS各1万片,还有少量的其他产品。公司从去年开始加速推进无锡12寸厂扩产计划,预计今年年底月产能可达6.5万片,并有望在2022年年中超过8万片。
来源：2020年Q1华虹半导体财报
目前，IGBT 产品最具竞争力的生产线是8英寸和12英寸，最为领先的厂商是英飞凌，国内晶圆生产企业此前绝大部分还停留在6英寸产品的阶段。目前国内实现8英寸产品量产的有比亚迪、株洲中车时代、上海先进、华虹宏力、士兰微等，并且士兰微的第一条12英寸芯片生产线已于2020年12月实现正式投产。
华润微也在加码布局12英寸产线，2020 年6 月7 日，公司发布公告称，公司与大基金二期和重庆西永分别出资9.5、16.5、24 亿元，设立润西微电子，该项目投资约75.5 亿元，建成后形成12英寸3万片/月中高端功率半导体晶圆生产能力，并配套12英寸外延和薄片工艺能力。该产线将采用90nm 工艺，主要生产MOSFET、IGBT、电源管理芯片等功率半导体产品，为进入工业控制和汽车电子领域做准备。
可见，国内IGBT厂商已经逐渐迎头赶上，来到12英寸。事实证明，国产IGBT厂商只需埋头苦干，不断提高性能和品质，未来可期。
优点颇多的SiC，我们还需迎难赶上
SiC功率器件除了广泛用于光伏逆变器、工业电源和充电桩市场，最重要的是受新能源汽车厂商近期加速导入刺激，低开关损耗、高开关频率和耐高温能力等特性使 SiC 成为满足电动汽车要求的理想选择。SiC 使功率器件的效率提高了 2% 以上，且基于 SiC 的功率器件重量减轻了6公斤，并能确保车辆行驶里程增加30%。
Yole报告称，预计到2024年，全球车规级SiC功率器件市场空间可达19.3亿美元，对应2018-2024年复合增速为29%。2017-2023年SiC功率器件应用复合增长率为27%，其中电动和混动汽车的复合增长率为81%，充电桩/充电站的复合增长率为58%。
但当下SiC未真正爆发的核心原因还是价格高，相比Si器件，SiC价格往往高出数倍。虽然目前大多数充电单元、逆变器、DC-DC转换器和电动汽车都在使用硅芯片，然而，大多数市场供应商都看到了OEM和汽车行业一级和二级供应商的更换需求。英飞凌科技、ST和恩智浦等市场供应商正在为汽车市场大举押注SiC功率半导体。多家SiC厂商也已于晶圆供应商Cree/Wolfspeed和SiCrystal已经签署了多年供应协议。
SiC具有如此多优良的特性，市场一片蓝海。然而据业内从业人士告诉记者，中国SiC产业在衬底、外延和器件等方面与进口品牌还存在不少的差距：
从衬底方面来看，国内的4英寸碳化硅衬底在品质上比较接近国外水平，已经开始批量应用在一些国产品牌器件中。6英寸衬底国外已经实现量产，国内还处在比较前期的验证阶段。8英寸衬底国内可能已经在研发，国外品牌如Cree预计到2023实现量产。总体来看，在原材料这一层级国内与国外存在较大的差距。
来到外延方面，外延制造的整体难度和缺陷控制的要求比衬底更高。国内4英寸外延片已经有一些规模化应用。这两年随着市场应用端的验证反馈，4英寸外延片性能得到了进一步提升。6英寸衬底片刚进入批量阶段，业内专业人士指出，想要缩小与国外差距还需要投入更多的资源。
在器件方面，进口品牌占据着整个碳化硅市场份额的大头，特别是在车载电源服务器、通信电源等比较高端的领域拥有显著优势。在国产替代的大趋势下，本土品牌开始向一些可靠性要求比较高的领域渗透，尤其是在碳化硅二极管这种差距比较小的产品上有望在较快时间内把市场占有率提升上来。国产碳化硅MOSFET需要在技术和可靠性方面进一步提升，以实现大规模量产。
虽然我们面临一定的差距，但在市场需求增长、技术提升、政策扶持、全球缺芯等多方因素的影响下，目前国产碳化硅企业正在快速发展，逐步提升市场份额，缩小与进口品牌的差距。包括天科合达、基本半导体、山东天岳、山西烁科和瀚天天成等一众国产企业，也都在这个领域深耕，谋求突破。
2020年GaN市场翻番，国内GaN企业发展之势迅猛
据Yole报道，功率 GaN 市场在2020年翻了一番，突出了智能手机快速充电器的惊人增长，并引领了电信和汽车市场。2020年GaN设备市场有4600万美元，其中消费电子就占了2870万美元，电信和移动市场占据第二大应用领域，有910万美元。Yole预测从2020年到2026年GaN总体的年复合增长率将约增加70%，到2026年预计有11亿美元。消费电子的年复合增长率为69%，达到6.72亿美元；电信和移动市场年复合增长率为71%，达到2.23亿美元；值得一提的是，汽车市场的年复合增长率将达到185%，有1.55亿美元的市场。
2020-2026年功率GaN器件应用市场预测（图源：Yole）
所以Yole的说法是，短期内，消费者快速充电应用将推动GaN市场的发展，中长期内，数据中心和电动汽车/混合动力汽车的出货量将增加，如下图所示。
Gan功率器件长期演进（图源：Yole）
据业内专业人士指出，在消费领域，国内650V高压GaN功率器件的性能和出货量已与国际厂商处于同等水平，英诺赛克、纳微半导体，PI（Power Integrations）在国际上形成了三足鼎立的局势；在工业和汽车应用领域，国际厂商投入时间长，技术积累丰富，处于暂时领先地位，国内氮化镓企业相对而言起步稍晚，但发展之势迅猛，有望在2-3年内赶超。
更值得一说的是，在全球市场范围内，仅美国EPC和国内英诺赛科两家企业实现了200V低压GaN器件的量产，产品性能水平相当。从氮化镓的制造工艺上看，目前国内企业英诺赛科已率先建立了8英寸硅基氮化镓产线并实现量产，技术水平国际领先。
氮化镓是半导体的新赛道，发展氮化镓是中国半导体赶超国外半导体的绝佳契机，当前国内许多知名企业已在积极布局，国家也正全面引进人才，投入配套设施、资本、及相关政策，协同支持国内半导体行业的发展。
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