功率半导体应用前景广阔，主流大厂忙定目标、重金扩产

据Omdia预计，全球功率半导体市场规模由2017年的441亿美元增长至2019年的464亿美元。2022年全球功率半导体市场规模将达481亿美元。此外，另据IBS统计，2021年中国功率器件市场规模约为711亿元，预计2025年市场规模将增长至超1,000亿元。Leresmc

功率半导体应用前景被看好

Leresmc

罗姆半导体（深圳）有限公司技术中心高级经理苏勇锦Leresmc

近日，罗姆半导体（深圳）有限公司技术中心高级经理苏勇锦在接受《国际电子商情》采访时表示：“从半导体行业整体上看，供应链在逐步恢复正常，但MCU、FPGA、功率半导体以及模拟半导体等产品仍然呈现供不应求的态势。”罗姆的主力产品——功率半导体和模拟半导体需求非常旺盛，部分产品产能紧张的情况仍在持续。在“脱碳”潮流下，汽车电动化发展加速，预计供需紧张的情况仍将持续。Leresmc

Leresmc

Qorvo电源设备解决方案事业部总经理Chris DriesLeresmc

Qorvo电源设备解决方案事业部总经理Chris Dries表示：“虽然全球经济和市场需求的增长明显放缓，特别是在消费类终端市场，但SiC终端应用仍然保持持续快速增长的势头。为了在大功率应用中获得更高效率，硅材料的转变也会是一个必然的进程，在此过程中，显然SiC已成为这些应用的首选材料。”Leresmc

Leresmc

安森美中国区现场应用工程总监吴志民(Hector Ng)Leresmc

安森美(onsemi)中国区现场应用工程总监吴志民(Hector Ng)则指出：“消费类市场增长放缓，而电动汽车、储能和工业市场将受双碳目标的驱动持续强劲增长，产生对功率器件的极大需求。”该公司为电动汽车客户提供IGBT和SiC MOSFET主驱模块，其也是光伏和储能市场的主要功率半导体厂商。其有阵容广泛的分立IGBT和SiC MOSFET以及PIM，适用于从10 kW以下到300 kW以上的光伏及储能应用。Leresmc

Leresmc

意法半导体汽车和分立器件产品部(ADG)，功率晶体管事业部战略市场、创新及重点项目总监Filippo Di GiovanniLeresmc

“当今功率晶体管的供需失衡其实也从侧面证明，在减少二氧化碳排放和降低电力消耗，加快‘绿色’经济转型的大趋势下，全世界都特别关注能效提升，因此客户对功率半导体在能量转换电路和系统中的重要作用的关注度日益提高。”意法半导体(ST)汽车和分立器件产品部(ADG)，功率晶体管事业部战略市场、创新及重点项目总监Filippo Di Giovanni则如此表示。Leresmc

目前，该公司一直在加强在主要细分市场的design-in活动，其中包括汽车市场，尤其是蓬勃发展的电动汽车市场；在工业领域，主要包括电动汽车充电桩、可再生能源、无线基础设施、数据中心；在充电器和适配器领域，则更加关注氮化镓技术以及硅基高压超级结系列产品(STPOWER MDmesh)。Leresmc

当面对低碳化和数字化越发强劲的发展趋势，英飞凌将目标聚焦在：可再生能源发电和储能，电动汽车和充电，以及高能效等级的家电等领域，对功率半导体及其驱动、控制芯片有需求的市场。在这些应用场景中，能源转换效率是重要的目标，这对功率半导体的性能要求非常高。Leresmc

需求持续旺盛，重金投入扩张产能

据Omdia预计，全球功率半导体市场规模由2017年的441亿美元增长至2019年的464亿美元。2022年全球功率半导体市场规模将达481亿美元。此外，另据IBS统计，2021年中国功率器件市场规模约为711亿元，预计2025年市场规模将增长至超1,000亿元。Leresmc

面对功率半导体的旺盛需求，业界主流大厂纷纷在加大资本支出，积极拓展产能布局。Leresmc

英飞凌预计，其功率半导体未来五年全周期(FY22-27)增长大于10%。为此该公司计划继续扩大300毫米晶圆制造能力，以满足预期的模拟/混合信号和功率半导体加速增长的需求。新工厂计划落址于德国的德累斯顿，该工厂计划总投资50亿欧元，是该公司历史上最大的单笔投资。此举将增强该公司作为一家全球功率系统半导体领导企业的地位。英飞凌2022财年总计142亿欧元的营业额中，有55%来自功率半导体。Leresmc

英飞凌认为万物互联、高效清洁能源、绿色智能个性化出行为代表的低碳化、数字化发展趋势是未来十年塑造世界的主要力量，会逐渐渗透到各个行业，推动着全球对半导体的结构性需求持续增长。基于此预判，英飞凌正在大幅增加投资，以把握和利用相关的增长机会。继2022财年的24亿欧元之后，2023 财年计划投资30亿欧元，这些投资主要集中在扩大产能上。Leresmc

据《国际电子商情》了解，英飞凌功率半导体一直履行内部制造战略，目前全球半导体供应紧张的状况，凸显了该公司“内部制造战略”的价值。例如，英飞凌的功率半导体产品主要由该公司自有工厂进行生产，因而可以减少对外部产能的依赖。Leresmc

英飞凌正在严格按计划进行制造领域的投资，尤其是在日益重要的碳化硅和氮化镓技术方面，进一步扩大产能。例如，在马来西亚居林工厂的20亿欧元投资，为英飞凌能够满足长期的需求增长确定了方向。Leresmc

英飞凌还购买了厂房，将巴淡(印度尼西亚)工厂的生产空间扩大一倍。这次扩建旨在重新将巴淡的工厂聚焦在汽车芯片的封装和测试。Leresmc

英飞凌还于2022年10月在匈牙利采格莱德开设了一家新工厂，用于大功率半导体模块的组装和测试，以推动作为全球碳减排关键的汽车电动化进程。此外，英飞凌还追加1亿欧元的投资，提高大功率半导体模块的产能，以推动此类产品在风力发电机、太阳能模块以及高能效电机驱动等场景中的应用。Leresmc

另外，英飞凌也已经着手扩建位于中国无锡的IGBT封装产线，使之成为该公司在全球最大的IGBT生产基地之一，响应中国市场上新能源汽车对于功率半导体的强劲需求。Leresmc

而围绕市场对SiC需求的加速增长，安森美也在大力投资扩产，该公司位于美国新罕布什尔州哈德逊(Hudson, New Hampshire)的SiC工厂，将使其到2022年底的SiC晶圆产能同比增加5倍，在捷克共和国Roznov扩建的SiC工厂，将在未来两年内将SiC晶圆产能提高16倍，安森美还与战略客户签订长期保供协议(以下简称“LTSA”)以切实保障客户的供应链安全，预计未来三年LTSA将为该公司带来40亿美元的碳化硅收入。Leresmc

同样，在面对功率半导体庞大的市场需求，另一功率半导体大厂罗姆也制定了短期销售目标，该公司预计2025年度销售目标规模将超过2千亿日元。Leresmc

一直以来，罗姆积极进行具有先见性的投资，并于2022年开始正式启动罗姆阿波罗筑后工厂，但是市场需求以超过该公司预期的速度在不断扩大。罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心高级经理苏勇锦表示：“对于当前的业务增长，我们认为供应能力是关键。关于SiC，罗姆将之前的计划提前，致力于扩大生产能力，推进新的设备投资。到2025年为止，预计投资总额为1,700-2,200亿日元。”Leresmc

此外，围绕汽车电动化趋势，以及提高能效以减少汽车和工业产品的碳足迹的诉求，意法半导体正在建设一个专门生产SiC 衬底和相关外延晶圆片的新厂，新厂紧邻其意大利卡塔尼亚原有工厂。这家工厂是欧洲首个垂直整合碳化硅制程的工厂，有助于减少对欧洲以外货源的依赖。该公司的目标是通过内部资源自给自足，满足40%以上的SiC衬底供货需求。Leresmc

低成本、高效利用率，让8英寸布局成为焦点

从实际情况上看，目前多数SiC都采用的4英寸、6英寸晶圆进行生产，而6英寸和8英寸的可用面积大约相差1.78倍，这意味着8英寸制造将会在很大程度上降低SiC的应用成本，因而，SiC迈进8英寸正成为产业聚焦的热点之一。Leresmc

为满足市场需求，意法半导体在新加坡开设了第二家6英寸碳化硅晶圆厂，这家工厂也有能力生产8英寸的碳化硅晶圆。现在，升级到8英寸晶圆是其一个重点工作，未来该公司所有的碳化硅制造设施都可以加工8英寸晶圆。Leresmc

2022年2月，英飞凌宣布投资逾20亿欧元在马来西亚居林前道工厂扩大宽禁带半导体的产能，进一步巩固和增强其在功率半导体市场的领导地位。此次扩建的即是8英寸产线。8英寸加上冷切割技术，可以大大增加该公司的碳化硅产能，降低成本。据《国际电子商情》了解，2018年英飞凌战略性地收购了Siltectra公司的晶圆和晶锭切割技术，通过大幅减少SiC 生产过程中的原材料损耗来提高生产力。Leresmc

随着光伏、储能、电动汽车及其充电的发展对功率半导体的需求增长，英飞凌预测，未来五年该公司的产能价值将达到30亿欧元。Leresmc

安森美SiC目前生产的是6英寸的晶圆，也在向8英寸布局，2022年第一季度，该公司已经在收购的GT Advanced Technologies (GTAT)工厂生产出8英寸晶圆衬底的样品，预计在2024年实现尺寸样品的认证，到2025年能够出货。Leresmc

罗姆的优势在于，能够提供从晶圆到芯片、封装、模组，可满足半导体厂商、模块厂商以及OEM厂商的各种各样的需求。目前，罗姆集团旗下的SiCrystal公司正在推进8英寸SiC衬底的生产布局，计划从2023年开始制造。同时，该公司在日本的筑后工厂SiC新厂房，也正在导入支持8英寸线的制造设备。不过，据《国际电子商情》了解，该公司8英寸晶圆的器件制造开始时间未定。Leresmc

·借助收购强化制造能力

三年前，意法半导体收购了一家专门从事碳化硅衬底生产的瑞典公司Norstel AB，现在此公司的业务已完全并入意法，新公司更名为STMicroelectronics Silicon Carbide AB。此次并购增加了该公司在衬底设计生产方面的技术优势。意法半导体正在利用这些优势在意大利建造新工厂，以补充和增加其碳化硅衬底供应源，提高供应链的稳健性和韧性。Leresmc

作为少数能提供从衬底到系统的端到端SiC方案供应商之一，安森美在收购GTAT后，进一步增强了该公司在SiC方向的设计与生产能力，其计划持续投资扩大SiC研发工作，以推进6英寸和8英寸SiC晶体生产技术。同时，该公司还将对更多SiC供应链环节进行投资，包括晶圆厂产能和封装线。Leresmc

面对严苛应用要求，创新技术予以改善

为了满足功率器件市场对噪声低、效率高、尺寸小和重量轻的要求，各公司在产品研发与技术演进的过程中提出了不同创新性的改善方法。Leresmc

Leresmc

英飞凌科技工业功率控制事业部市场总监陈子颖Leresmc

例如，英飞凌在芯片、器件和应用上都积累了丰富经验和创新的技术的基础上，2017年推出了沟槽栅SiC MOSFET。英飞凌科技工业功率控制事业部市场总监陈子颖表示：”SiC是新材料，新技术，所以从材料、供应链到应用的成熟需要一个过程。英飞凌花了30年时间不断进行技术打磨和沉淀, 而且有重大突破的。”沟槽栅SiC MOSFET技术很好解决了栅极氧化层的可靠性问题，也提高了SiC MOSFET性能，且每个晶圆可以比平面栅多产出30%芯片。Leresmc

同时，英飞凌还在积极投资一些创新的技术，从而能够更好的提升生产效率和良率。2018年收购Siltectra获得冷切割的芯片切割技术，可以用同样数量的原材料切割成加倍的晶圆来供生产，也降低晶圆生产过程中的单位能耗，这一技术可以切割成远薄于350微米的晶圆。Leresmc

另外，英飞凌还具备非常高效散热，高功率密度的封装，寄生电感非常低的模块封装，基于增强型SiC MOSFET芯片技术单管，采用.XT技术的单管，最大规格低至７毫欧；也有低至２毫欧的Easy3B半桥模块；1.7kV和2kV芯片技术及其产品。Leresmc

另一家功率半导体厂商，安森美则针对功率器件市场对噪声低、效率高、尺寸小和重量轻的要求提供许多方案，如：维也纳(Vienna) PIM提供大功率的功率因数校正(简称“PFC”)；Toll封装的SiC MOSFET：满足ErP和80 PLUS Titanium等能效标准，比D2PAK封装的PCB面积节省30%，体积小60%，热性能更好，封装电感更低，其Kelvin源极配置确保更低的门极噪声和损耗；Top Cool封装的MOSFET：采用顶部冷却，简化设计并降低成本，实现小巧紧凑且可靠的电源方案。Leresmc

此外，日系功率半导体厂商罗姆于2022年开始量产的第4代SiC MOSFET，是在不牺牲短路耐受时间的情况下实现业内超低导通电阻的产品，目前可供应分立封装的产品。该产品用于车载主驱逆变器时，效率更高，与使用IGBT时相比，电耗减少6%(根据国际标准“WLTC燃料消耗量测试”计算)，有助于延长电动汽车的续航里程，并减少电池使用量，降低电动汽车的成本。Leresmc

·高功率密度时代到来

相较于传统的硅材料，以SiC和GaN为代表的第三代半导体材料，具有更大的禁带宽度、更高的临界场强，使得基于这两种材料制作的功率半导体具有耐高压、低导通电阻、寄生参数小等优异特性。Leresmc

最初，碳化硅市场的增长需求主要由工业应用驱动，例如太阳能和电动汽车充电等，到现在，这一需求正日益被汽车应用的高需求所超越。另一种非常有前途的半导体材料是氮化镓。例如，在结构紧凑、高性能和特别高效的充电系统领域，例如消费类设备的充电器以及电信设备的电源装置等应用，特别显现其优势。氮化镓市场也将呈现高速增长：从2020年的5,300 万美元增长到2025年的11.25 亿美元(CAGR：84%)。Leresmc

Leresmc

英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区应用市场总监程文涛Leresmc

英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区应用市场总监程文涛表示：“英飞凌的优势是同时拥有硅、氮化镓、碳化硅三种主要的功率半导体技术，在半导体设计、生产和各种应用领域积累了丰富的经验，这样可以完全做到以客户需求为导向。”据《国际电子商情》了解，自2018年以来，英飞凌一直在大规模生产用于消费级应用和工业级应用的600 V氮化镓晶体管。中压氮化镓晶体管(100 V至400 V)目前正在开发中。Leresmc

SiC具有比硅更优的性能优势，提供更高能效和功率密度，尤其是在电动车和光伏储能领域。Leresmc

如安森美的车载充电碳化硅功率模块APM32系列，将损耗和整体系统体积降至最低，支持设计人员实现提升充电效率和节省空间的目标；又如汽车主驱碳化硅功率模块VE-Trac Direct SiC的6-pack架构实现高性价比的系统集成，并采用第二代900 V SiC MOSFET技术实现高逆变峰值输出功率、高能效和高可靠性；另外，还有适用于光伏、储能、不间断电源的全球首款TOLL封装的650V SiC MOSFET NTBL045N065SC1，尺寸仅为9.90mm x 11.68mm，满足高功率密度设计迅速增长的需求。Leresmc

而罗姆则可以提供以SiC为主的功率器件和用于驱动的栅极驱动器，主要针对EV等大功率领域，但针对中低电压领域的效率改善也是重要的主题，罗姆在该领域确立了GaN的量产体制，也将提出与IC相结合的方案。Leresmc

日本正在推动新一代功率半导体技术开发

近年，以SiC、GaN为主的第三代化合物半导体在新能源汽车、5G通讯、光伏发电等诸多领域迎来广阔的应用前景，使其重要性和战略地位得到广泛重视。因而，世界主要经济体相继启动相关发展计划和研发项目，以推动本国该产业链的发展。Leresmc

Leresmc

表1：世界主要国家(地区)功率半导体发展政策和项目计划Leresmc

例如，2022年2月，日本国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构(简称“NEDO”)宣布，将启动“下一代数字基础设施建设”项目，总预算为1,376亿日元，计划于2021-2030年期间实施。其中，下一代绿色功率半导体项目专门针对碳化硅技术，分为8英寸碳化硅MOSFET器件和模块、8英寸碳化硅衬底技术开发2个方向。Leresmc

据《国际电子商情》了解，作为上述项目参与者之一，罗姆针对日本NEDO公开征集的“绿色创新基金事业/新一代数字基础设施建设”项目的研发项目之一“新一代功率半导体产品制造技术开发”，提出“8英寸新一代SiC MOSFET的开发”方案，并成功入选。罗姆旨在通过本项目，努力开发使用大直径晶圆(8英寸)的工艺技术和制造技术，并加快采用了这种晶圆的新一代SiC MOSFET的开发和量产速度。Leresmc

借助收购延伸产品线

过去一段时间，Littelfuse被视作电路保护领域的业界领导者，但是近几年，为了延伸自身产品线，该公司频频发起资本运作，走收购、整合、融合的发展路线。Leresmc

特别是2022年，Littelfus逆周期投资C&K Switches公司，正是看好未来的市场发展，比如，加速增长的工业、自动驾驶和数据通信三达战略级市场，恰是C&K Switches在高性能机电开关布局多年的领域；新能源、储能和HVAC市场，这些市场早先在欧美更为流行，现在在中国市场也开始普及。Leresmc

Leresmc

Littelfuse中国区电子部销售副总裁查勇Leresmc

Littelfuse中国区电子部销售副总裁查勇表示：“Littelfuse通过收购进行的战略布局，为该公司发展注入了源源不断的动力，从功率控制、电路保护器件，到传感器产品和开关器件，广泛的产品系列为客户提供一站式多场景应用服务，必将有利于优化和完善整体解决方案。”Leresmc

此外，在2021年11月3日，射频解决方案供应商Qorvo宣布收购碳化硅功率半导体供应商UnitedSiC公司。UnitedSiC成为该公司基础设施和国防产品(IDP)业务之一。Leresmc

Qorvo电源设备解决方案事业部总经理Chris Dries指出：“对UnitedSiC的收购充分结合了Qorvo拥有的多年的化合物半导体专业知识, 使公司将业务扩展到电动汽车 (EV)、工业电源、电路保护、可再生能源和数据中心电源等快速增长的市场。Leresmc