從傳統(tǒng)Si功率器件IGBT、MOSFET，到以SiC和GaN為代表的第三代半導(dǎo)體,，再到更新一代的半導(dǎo)體材料氧化鎵，企業(yè)融資并購(gòu),、廠商增資擴(kuò)產(chǎn)、新玩家跑步入場(chǎng),、新項(xiàng)目不斷涌現(xiàn),，整個(gè)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)全都沸騰起來(lái)了。

　　押注傳統(tǒng)Si功率器件

　　如今傳統(tǒng)的Si功率器件包括IGBT和MOSFET,，仍舊是市場(chǎng)應(yīng)用最大的部分。IGBT是眾多電力電子應(yīng)用的關(guān)鍵,，而硅 MOSFET 是非常廣泛的中低功率應(yīng)用中的關(guān)鍵組件,。

　　2020年，IGBT最大的細(xì)分市場(chǎng)是工業(yè)應(yīng)用和家用電器,，緊隨其后的是 EV/HEV,，除了 EV/HEV之外，分立式 IGBT 和 IGBT 功率模塊還可以在工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,、風(fēng)力渦輪機(jī),、光伏裝置、火車,、UPS,、EV充電基礎(chǔ)設(shè)施和家用電器等應(yīng)用中找到。

　　Yole預(yù)計(jì),，2020年至2026年間IGBT將增長(zhǎng)7.5%,，到2026 年，其市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到84億美元,。而且2026年IGBT 模塊細(xì)分市場(chǎng)將占總市場(chǎng)的81%,。這主要是受到EV/HEV的推動(dòng)，2020年IGBT在EV/HEV的市場(chǎng)規(guī)模為5.09億美元,，而在2020年至2026年間,，IGBT將以驚人的23%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。

　　Yole 電子電源系統(tǒng)技術(shù)與市場(chǎng)分析師 Abdoulaye Ly解釋說(shuō)：“充電基礎(chǔ)設(shè)施也受到政府決策的影響,，因?yàn)槌潆娖鞯牟渴饘?duì)于擴(kuò)大電動(dòng)汽車的普及至關(guān)重要,。雖然充電基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)IGBT來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)小市場(chǎng)，但預(yù)計(jì)未來(lái)五年將增長(zhǎng)300%以上,?！?/p>

　　在IGBT領(lǐng)域，歐美日的玩家長(zhǎng)期占據(jù)主要地位,，但這幾年國(guó)內(nèi)也不乏有優(yōu)秀的IGBT玩家在開(kāi)發(fā),、生產(chǎn)和產(chǎn)能方面都在快速追趕,。不過(guò)國(guó)內(nèi)面臨的競(jìng)爭(zhēng)依然很大，在系統(tǒng)層面,，因?yàn)閲?guó)外的大廠正在瞄準(zhǔn)最大的IGBT市場(chǎng),，制造商們都開(kāi)始提供600V - 1200V組件，并提供新的產(chǎn)品系列（從800到1000v）,。包括三菱電機(jī),、東芝、Onsemi在內(nèi)的電子制造商正在尋求與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的區(qū)別,，他們提供具有“中間”標(biāo)稱電壓等級(jí)的IGBT設(shè)備,，如1300伏、1350v,、2000伏……Yole預(yù)計(jì),，到2026年，超過(guò)80%的市場(chǎng)將專注于 600V-1,200V 標(biāo)稱電壓范圍,。

　　全球主要的頭部IGBT玩家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾代IGBT器件,，并且處于IGBT技術(shù)的前沿,，例如場(chǎng)阻,、柵極溝槽和薄晶片,。中車和富士電氣正在開(kāi)發(fā)6.5kV以上的超高電壓IGBT,，作為軌道和電網(wǎng)中晶閘管的替代品。像super junction IGBT這樣新的 IGBT結(jié)構(gòu)已經(jīng)被ABB或英飛凌這樣的公司追求了好幾年,，但是仍然沒(méi)有商業(yè)化生產(chǎn)。

　　雖然在IGBT裸片上還有許多未被挖掘的潛力,，但為了降低成本和更好地響應(yīng)給定應(yīng)用程序的特定需求，現(xiàn)在許多開(kāi)發(fā)工作都開(kāi)始集中在用于分立器件和模塊的IGBT器件封裝上,。特別是大功率IGBT模塊,，越來(lái)越多地使用創(chuàng)新的封裝解決方案,，如銅線鍵合,、增強(qiáng)陶瓷基片和銀燒結(jié)模具連接,。模塊熱管理設(shè)計(jì)越來(lái)越多地針對(duì)特定的逆變器設(shè)計(jì)和功率優(yōu)化,，尤其是在集成系統(tǒng)中。電動(dòng)汽車中不同系統(tǒng)進(jìn)一步集成的趨勢(shì),，也導(dǎo)致了供應(yīng)鏈上的集成趨勢(shì),，而且汽車制造商對(duì)增加系統(tǒng)和動(dòng)力模塊設(shè)計(jì)和制造的集成越來(lái)越感興趣,。

　　在Si功率MOSFET上,，2020年,，硅MOSFET的市場(chǎng)價(jià)值75億美元,。Yole預(yù)計(jì)2020年至2026年MOSFET的復(fù)合年增長(zhǎng)率為 3.8%,，到 2026 年,，MOSFET 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 94億美元，其中大部分收入來(lái)自消費(fèi)者和汽車市場(chǎng),。

　    2020-2026年Si MOSFET不同應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展預(yù)測(cè),。（圖源：Yole）

　　雖然MOSFET市場(chǎng)也是由歐美日等大廠把控,，但是MOSFET器件是成熟的硅器件,，可靠性高,。它們以高產(chǎn)量大批量生產(chǎn),。過(guò)去幾年,，中國(guó)制造商在技術(shù)上取得了進(jìn)步,。吉林華微,、士蘭微電子或華潤(rùn)微電子等公司的產(chǎn)品組合中有相當(dāng)多的 MOSFET 產(chǎn)品?，F(xiàn)在一些中國(guó)公司可以實(shí)現(xiàn)與主要MOSFET廠商類似的競(jìng)品,。中國(guó)廠商正在蠶食MOSFET的市場(chǎng),。

　　2020年Si MOSFET前十名廠商情況（圖源：Yole）

　　在Si功率器件產(chǎn)線上,，如今廠商們紛紛在向300mm產(chǎn)線上過(guò)渡,，因?yàn)?00mm晶圓制造可以實(shí)現(xiàn)更高的器件產(chǎn)能,。而在功率器件300mm線的引進(jìn)上,，英飛凌走在了前列,。2021年3月,，日本東芝也首次引入300mm產(chǎn)線，用來(lái)生產(chǎn)IGBT和MOSFET,，該產(chǎn)線投資額預(yù)計(jì)約為250億日元,，計(jì)劃在2023年度展開(kāi)生產(chǎn)，這兩種功率器件的產(chǎn)能將比當(dāng)前水平提高約 1.2 倍,。

　　國(guó)內(nèi)方面,，早在2020年7月,，華虹宏力已開(kāi)始利用其在無(wú)錫的300mm晶圓廠開(kāi)發(fā)智能IGBT功率器件,。2021年5月11日，士蘭微發(fā)布公告,，擬建“新增年產(chǎn)24萬(wàn)片12英寸高壓集成電路和功率器件芯片技術(shù)提升及擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目”,，總投資為20億元。2021年6月7日,，華潤(rùn)微牽手國(guó)家大基金二期設(shè)立潤(rùn)西微電子（重慶）有限公司（暫定名）（簡(jiǎn)稱 “項(xiàng)目公司”）,，注冊(cè)資本擬為50億元人民幣，由項(xiàng)目公司投資建設(shè)12英寸功率半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)線項(xiàng)目,。2021年7月,，粵芯也獲得了國(guó)投創(chuàng)業(yè)的投資，用于建設(shè)12英寸晶圓產(chǎn)線建設(shè),。今年1月份,，聞泰科技宣布擴(kuò)建位于上海臨港的12英寸晶圓廠，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,。而下半年，聞泰科技收購(gòu)英國(guó)最大的化合物代工廠NWF也引起了業(yè)界廣泛關(guān)注,，不過(guò)NWF主要生產(chǎn)8英寸車規(guī)級(jí)晶圓,。

　　加快發(fā)展第三代半導(dǎo)體SiC和GaN

　　這一年關(guān)于SiC擴(kuò)產(chǎn)的消息此起彼伏，SiC的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)白熱化,。廠商們無(wú)不摩拳擦掌,，為SiC的來(lái)臨做準(zhǔn)備。

　　8月26日,，據(jù)日經(jīng)報(bào)道,，日本富士電機(jī)將額外投資 400 億日元（3.65 億美元），以擴(kuò)大功率半導(dǎo)體的生產(chǎn),，400億中大約 250 億日元的額外資金將用于在該公司的馬來(lái)西亞工廠開(kāi)始生產(chǎn) 8 英寸硅片,，這將比之前在那里生產(chǎn)的 6 英寸硅片的制造效率更高,。富士電機(jī)計(jì)劃在2023財(cái)年左右開(kāi)始在馬來(lái)西亞生產(chǎn)功率半導(dǎo)體，使用上個(gè)月硬盤媒體生產(chǎn)停止后騰出的潔凈室和其他設(shè)施,。剩余的 150 億日元將用于其他地方的擴(kuò)張,，包括公司在日本的松本工廠。400億日元是富士電機(jī)在2022財(cái)年之前的四年中指定的1200 億日元的基礎(chǔ)上,，從 2023 財(cái)年的原始時(shí)間框架上調(diào),，以滿足意外的強(qiáng)勁需求。富士電機(jī)預(yù)計(jì),，包括電力半導(dǎo)體在內(nèi)的半導(dǎo)體領(lǐng)域的銷售額將從2018財(cái)年增長(zhǎng)53%,，在其五年計(jì)劃的最后一年2023財(cái)年達(dá)到2100億日元。

　　也是在近日,，韓國(guó)半導(dǎo)體晶圓制造商SK Siltron宣布計(jì)劃將在Bay County工廠投資 3 億美元,，SK Siltron CSS 生產(chǎn)由碳化硅制成的特種晶圓，可用于電動(dòng)汽車的半導(dǎo)體功率組件,。2019 年收購(gòu)了密歇根州的碳化硅晶圓業(yè)務(wù),，并將 SK Siltron CSS 設(shè)立為美國(guó)子公司。

　　8月24日消息,，昭和電工籌措了約1,100億日元資金,，拿出約700億日元將用于擴(kuò)增SiC晶圓等半導(dǎo)體材料產(chǎn)能。細(xì)項(xiàng)來(lái)看,，昭和電工計(jì)劃投資58億日元增產(chǎn)使用于功率半導(dǎo)體的SiC晶圓以及鋰離子電池材料,、增產(chǎn)工程預(yù)計(jì)于2023年12月完工；投資59億日元增產(chǎn)電子材料用高純度氣體,、預(yù)計(jì)2023年12月完工,；投資232億日元提高研磨液（CMP Slurry）產(chǎn)能及改善質(zhì)量、預(yù)估2023年12月完工,；投資248億日元增產(chǎn)使用于印刷電路板（PCB）的銅箔基板（CCL,、Copper Clad Laminate）、感光性薄膜,，預(yù)計(jì)2024年3月完工。

　　8月6日,，富士康旗下的鴻海以25.2億元收購(gòu)?fù)晡挥谥窨频?英寸晶圓廠,，后續(xù)還要斥資數(shù)十億元添購(gòu)新設(shè)備，鎖定當(dāng)紅的第三代半導(dǎo)體碳化硅（SiC）元件,。據(jù)悉,，這座晶圓廠以研發(fā)為主，小量生產(chǎn)SiC元件所需晶圓,，未來(lái)也將制造SiC模組,。

　　7月29日,，意法半導(dǎo)體成功制造 200mm 碳化硅晶圓，此舉也預(yù)示著SiC晶圓進(jìn)入了8英寸時(shí)代,，由于200mm晶圓的集成電路可制造面積大約是150mm晶圓的兩倍,，因此公司每片晶圓可取芯片數(shù)量為1.8至1.9倍，可提高成本效益,?？上攵琒iC的晶圓將更加激烈,。

　　在SiC的布局上,，Cree可謂是最早、手筆最大的廠商,，Cree于2019年開(kāi)始建設(shè)的位于紐約州馬西鎮(zhèn)（Marcy）的碳化硅晶圓廠有望在2022年初投產(chǎn),，這被稱作是“世界上最大”的碳化硅晶圓廠，聚焦車規(guī)級(jí)產(chǎn)品,，是科銳10億美元擴(kuò)大碳化硅產(chǎn)能計(jì)劃的一部分,。

　　羅姆也計(jì)劃在今后5年內(nèi)投資600億日元，將使用于EV的SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)能擴(kuò)增至現(xiàn)行的5倍,。

　　大陸方面,，SiC的項(xiàng)目如雨后春筍，據(jù)公眾號(hào)創(chuàng)道硬科技的不完全統(tǒng)計(jì),，目前國(guó)內(nèi)SiC項(xiàng)目有104個(gè),，GaN項(xiàng)目43個(gè)。除了我們所熟知的SiC廠商之外,，各地的SiC新項(xiàng)目更是層出不窮,。

　　就看近段時(shí)間的項(xiàng)目，據(jù)四川眉山市國(guó)資委消息,，6月10日,，眉州博雅“高性能閃爍晶體項(xiàng)目”二期建筑工程3號(hào)車間封頂，轉(zhuǎn)入裝飾裝修階段,。而這個(gè)二期項(xiàng)目主要用于擴(kuò)產(chǎn)和碳化硅的研發(fā)生產(chǎn),。8月1日，安徽微芯長(zhǎng)江碳化硅項(xiàng)目建設(shè)工程封頂,。據(jù)山西省商務(wù)廳網(wǎng)站公告,，8月10日至13日，第三代半導(dǎo)體SiC實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目與陽(yáng)城開(kāi)發(fā)區(qū)負(fù)責(zé)人達(dá)成合作協(xié)議,，將建設(shè)SiC實(shí)驗(yàn)室等產(chǎn)業(yè)基地,，總投資175億元，啟動(dòng)資金8000萬(wàn)元,，建設(shè)實(shí)驗(yàn)室等約2000平方米,，總占地300畝,，形成月產(chǎn)5000片碳化硅功率芯片制造能力。8月18日總投資25億元的上海天岳碳化硅半導(dǎo)體材料項(xiàng)目開(kāi)工,，達(dá)產(chǎn)后,，形成年產(chǎn)導(dǎo)電型碳化硅晶錠2.6萬(wàn)塊，對(duì)應(yīng)襯底產(chǎn)品30萬(wàn)片的生產(chǎn)能力,。8月20日,，東尼電子公告，公司同意增加經(jīng)營(yíng)范圍：碳化硅半導(dǎo)體材料,、節(jié)能型太陽(yáng)能膠膜,、線路板的生產(chǎn)。

　　GaN領(lǐng)域今年的新項(xiàng)目也不少,，8月10日,，封測(cè)巨頭晶方科技1000萬(wàn)美元投資以色列半導(dǎo)體領(lǐng)域第三代氮化鎵設(shè)備龍頭VisIC，布局第三代半導(dǎo)體,。8月24日,，宏光照明也投資了VisIC，日前,，宏光還宣布即將改名為“宏光半導(dǎo)體”,，這次改名宣告宏光正式跨入新的第三代半導(dǎo)體時(shí)代，而且宏光半導(dǎo)體已經(jīng)引入移動(dòng)電源的兩大客戶羅馬仕與鴻智電通,。8月11日,，大連金普新區(qū)管委會(huì)與深圳正威集團(tuán)簽署總投資達(dá)300億元的戰(zhàn)略合作協(xié)議，根據(jù)協(xié)議,，雙方將合作建設(shè)以氮化鎵半導(dǎo)體為核心的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地,。8月14日，賽微電子表示其GaN 業(yè)務(wù)子公司聚能創(chuàng)芯的GaN芯片產(chǎn)線正在建設(shè)過(guò)程中,，公司在GaN外延晶圓,、GaN芯片方面均已有成熟的系列化產(chǎn)品，正以“虛擬IDM”模式在進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局,。

　　瞄準(zhǔn)氧化鎵未來(lái)

　　除了Si功率器件和大熱的第三代半導(dǎo)體之外,，業(yè)界也開(kāi)始對(duì)氧化鎵（Ga2O3 ）投入了興趣。關(guān)于氧化鎵,，此前也有不少關(guān)于技術(shù)方面的報(bào)道《潛力無(wú)限的氧化鎵》,。氧化鎵被視為是更新一代的半導(dǎo)體材料，它比起以往的電子元件更有效率,，在晶圓價(jià)格方面也比SiC 等要更為低廉,。據(jù)Fact.MR的研究,，與2020年相比,，預(yù)計(jì)2030年全球氧化鎵市場(chǎng)的價(jià)值將增加 2.8 倍,。其中5N級(jí)（氧化鎵市場(chǎng)等級(jí)有4N、5N,、6N）產(chǎn)品占據(jù)全球氧化鎵市場(chǎng)近66%的份額,，到2030年將創(chuàng)造1320萬(wàn)美元的機(jī)會(huì)。氧化鎵產(chǎn)品種類主要為α-氧化鎵和β-氧化鎵,，而β-氧化鎵基板將主導(dǎo)產(chǎn)品領(lǐng)域,，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到2780萬(wàn)美元。

　　據(jù)日本氧化鎵企業(yè)Novel Crystal Technology（NCT）的介紹,，β-氧化鎵是一種新型的半導(dǎo)體功率器件材料,，具有比SiC和GaN更大的帶隙能量。因此,，很有可能被用于制造高電壓,、低電阻的半導(dǎo)體。此外,，由于它是從熔體中生長(zhǎng)β-氧化鎵單晶,，與SiC和GaN相比，它的生長(zhǎng)速度較快,，而且其substrate process也叫容易,，所以可以以低成本向市場(chǎng)提供高質(zhì)量的基材。

　　在氧化鎵方面的研究,，日本相對(duì)較領(lǐng)先,，其中Tamura Corporation, Novel Crystal Technology, 和Kyma Technologies是比較領(lǐng)先的氧化鎵供應(yīng)商。2012年日本首先實(shí)現(xiàn)2英寸氧化鎵材料的突破,。今年6月16日,，日本半導(dǎo)體企業(yè)Novel Crystal Technology（NCT）全球首次成功量產(chǎn)了100mm（4英寸）的“氧化鎵”晶圓。這是氧化鎵晶圓首次在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),。

　　國(guó)內(nèi)方面,，氧化鎵自2017年開(kāi)始逐步成為中國(guó)的熱點(diǎn)。2017年9月份,，科技部高新司重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃把氧化鎵列入其中,，2018年3月，北京市科委率先開(kāi)展了前沿新材料的研究,，把氧化鎵列為重點(diǎn)項(xiàng)目,。

　　2021年8月20日，中國(guó)的氧化鎵材料廠商銘鎵半導(dǎo)體完成由洪泰基金領(lǐng)投的數(shù)千萬(wàn)元Pre-A輪融資,。銘鎵半導(dǎo)體成立于2020年,，全稱為北京銘鎵半導(dǎo)體有限公司，是國(guó)內(nèi)專業(yè)從事氧化鎵材料及其功率器件產(chǎn)業(yè)化的高新企業(yè),。主要專注于新型超寬禁帶半導(dǎo)體材料氧化鎵的高質(zhì)量單晶與外延襯底,、高靈敏度日盲紫外探測(cè)器件和高頻大功率器件等產(chǎn)業(yè)化高新技術(shù)的研發(fā),，目前已實(shí)現(xiàn)2寸氧化鎵襯底材料量產(chǎn)。據(jù)報(bào)道,，銘鎵半導(dǎo)體是目前唯一可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)氧化鎵半導(dǎo)體晶片小批量供貨的中國(guó)廠家,，現(xiàn)有專利17項(xiàng)（含申請(qǐng)中），實(shí)用新型3項(xiàng),，發(fā)明專利14項(xiàng),。

　　韓國(guó)政府在今年4月1日發(fā)布了先進(jìn)功率半導(dǎo)體研發(fā)和產(chǎn)能提升計(jì)劃。韓國(guó)政府計(jì)劃到 2025 年將市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提升到全球水平,，到那時(shí)至少可以從韓國(guó)獲得五種先進(jìn)的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品,。將針對(duì)SiC、GaN,、氧化鎵三種材料開(kāi)展應(yīng)用技術(shù)和技術(shù)攻關(guān),，突破有機(jī)硅材料的局限性，助力國(guó)內(nèi)企業(yè)的材料和晶圓研發(fā)工作,。

　　結(jié)語(yǔ)

　　可喜的是,，無(wú)論是IGBT、MOSFET,，還是SiC以及GaN,，甚至是現(xiàn)在超前的氧化鎵領(lǐng)域，中國(guó)都有廠商布局,，并且正在不斷研發(fā)和生產(chǎn),，開(kāi)始慢慢取得一席之地。