功率半導(dǎo)體主要用作電子元件中的開關(guān)及整流器，是硅、砷化鎵、氮化硅等半導(dǎo)體材料在經(jīng)過電學(xué)屬性調(diào)整等一系列工藝后，所得到的電學(xué)元件。功率半導(dǎo)體的應(yīng)用十分廣泛，從幾十毫瓦的耳機放大系統(tǒng)，到上千兆瓦的高壓直流傳輸過程；從儲能、家電，到IT產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)通訊，只要是涉及電的領(lǐng)域，都存在它的身影。
近年來，受益于社會經(jīng)濟、技術(shù)水平的進步以及應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，功率半導(dǎo)體的市場空間穩(wěn)步增長。新能源汽車及充電樁、智能裝備制造、物聯(lián)網(wǎng)、新能源發(fā)電、軌道交通等新興領(lǐng)域逐漸成為功率半導(dǎo)體的重要應(yīng)用市場，大大增加了對功率半導(dǎo)體器件的需求。
為應(yīng)對氣候變化，我國提出，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)"碳中和"。去年《政府工作報告》指出，要求制定2030年前碳排放達峰行動方案，加快發(fā)展非化石能源，大力提升風(fēng)電、光伏發(fā)電規(guī)模。因此，光伏、風(fēng)電、新能源汽車、充電樁等行業(yè)在碳中和政策的推動下，有望加速成長，并將進一步帶動以第三代半導(dǎo)體為基材的功率器件的需求。此外，"十四五"規(guī)劃指出，要加強科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)，在集成電路領(lǐng)域，要重點推進碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展。在國家政策的大力支持下，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)線陸續(xù)開通，產(chǎn)能不斷增加。
2020年5月，華為被美國列入實體清單將滿一周年之際，美國政府啟動第二輪制裁，要求使用美國技術(shù)的晶圓代工廠在替華為生產(chǎn)芯片前，必須先獲得美國政府許可，現(xiàn)有訂單要在9月15日前完成。5月至9月間，各大廠商都忙著為華為的急單開足馬力。8月17日，美國政府再下一道禁令，要求全球所有芯片企業(yè)只要使用了美國技術(shù)，出貨給華為前必須獲得美國政府許可。至今，高通、聯(lián)發(fā)科等芯片廠商向華為供貨仍受限。
此外，受疫情帶來的停工停產(chǎn)影響，中國大陸以外的半導(dǎo)體供應(yīng)遲遲難以全面恢復(fù)，首先遭受到影響的便是晶圓廠商、汽車廠商等。去年10月，意法半導(dǎo)體位于歐洲的幾個工廠發(fā)起大罷工，日本旭化成集團旗下晶圓廠大火，令原本緊繃的供應(yīng)鏈再蒙重創(chuàng)。2020年下半年以來，中國大陸最大的芯片代工廠中芯國際被美國持續(xù)制裁，加劇了全球芯片產(chǎn)能緊張。2021年年初，日本的地震和美國德州寒潮都致使晶圓廠產(chǎn)能受損，"缺芯"危機愈演愈烈，越來越多的行業(yè)都陷入到了"缺芯"尷尬境地之中。
日前，沃爾沃汽車公司表示，由于全球半導(dǎo)體芯片供應(yīng)短缺，該公司將于本月暫停或調(diào)整中國和美國工廠的生產(chǎn)；蔚來汽車日前也表示因芯片短缺將暫停生產(chǎn)5天。除了沃爾沃和蔚來汽車，福特、通用、本田、大眾等國際汽車企業(yè)也都因芯片短缺遭遇停產(chǎn)的沖擊。除此之外，包括手機制造等諸多行業(yè)都不同程度受到了"缺芯"的影響。
芯片供應(yīng)短缺暴露了國內(nèi)自主芯片應(yīng)用率不足、國內(nèi)供應(yīng)鏈發(fā)展不均衡的問題。針對這種情況，近日多部門接連發(fā)聲，加大對芯片產(chǎn)業(yè)的政策支持。有專家表示，缺芯潮風(fēng)波以后，國產(chǎn)芯將迎來"爆發(fā)期"，一場危機悄然變成了國產(chǎn)芯片的發(fā)展機遇，這也許會加速功率半導(dǎo)體行業(yè)洗牌。
前景廣闊 企業(yè)加碼布局功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)
隨著新能源汽車、光伏、風(fēng)電、工業(yè)控制等應(yīng)用市場的持續(xù)擴容，以及以第三代半導(dǎo)體為代表的技術(shù)升級不斷推進，功率半導(dǎo)體市場規(guī)模持續(xù)增長。近兩年在國產(chǎn)替代趨勢推動下，中國半導(dǎo)體投資熱情空前高漲，眾多企業(yè)紛紛加碼布局功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
2019年，東風(fēng)汽車與中國中車合作，合資組建智新半導(dǎo)體，在東風(fēng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)園建設(shè)功率半導(dǎo)體模塊封裝測試生產(chǎn)線，自主研發(fā)、制造和銷售功率半導(dǎo)體模塊，以替代進口。智新半導(dǎo)體今年1月表示，該公司年產(chǎn)30萬車規(guī)級IGBT芯片模塊生產(chǎn)線4月將投入量產(chǎn)，通過提升封裝測試良率，可實現(xiàn)車規(guī)級芯片模塊的國產(chǎn)化替代。
2020年6月，專注于IGBT模塊生產(chǎn)制造的賽晶亞太半導(dǎo)體科技（浙江）有限公司新建年產(chǎn)200萬件IGBT功率器件項目舉行開工儀式。該項目總投資52.5億元，計劃建設(shè)2條IGBT芯片生產(chǎn)線，5條IGBT模塊封裝測試生產(chǎn)線，達產(chǎn)后預(yù)計產(chǎn)值超20億元。資料顯示，賽晶亞太是賽晶集團投資成立的外商獨資企業(yè)，注冊2.5億美元。
2020年12月中下旬，斯達半導(dǎo)對外披露，公司擬投資2.29億元建設(shè)年產(chǎn)8萬顆車技全碳化硅功率模組生產(chǎn)線與研發(fā)中心。今年3月2日，斯達半導(dǎo)發(fā)布公告，擬通過定增募資的方式，募集資金不超過35億元。其中，計劃向高壓特色工藝功率芯片和SiC（碳化硅）芯片投入20億元。不到3個月時間，斯達半導(dǎo)已兩次斥巨資布局碳化硅項目。對此，斯達半導(dǎo)認為，相關(guān)項目的落實，有利于推動功率器件進口替代。對于剩余募資，斯達半導(dǎo)將分別投資7億元和8億元用于功率半導(dǎo)體模塊生產(chǎn)線自動化改造項目、補充流動資金。
與此同時，國內(nèi)功率半導(dǎo)體行業(yè)也掀起一波"上市熱潮"。2020年以來，繼華潤微、斯達半導(dǎo)、新潔能等功率半導(dǎo)體企業(yè)成功登陸資本市場后，瑞能半導(dǎo)、中車電氣、宏微科技、東微半導(dǎo)體、芯微電子等功率半導(dǎo)體企業(yè)也開啟了上市征程。目前，中車電氣、宏微科技、瑞能半導(dǎo)等企業(yè)的IPO申請已獲受理，東微半導(dǎo)體、芯微電子、龍騰半導(dǎo)體等企業(yè)亦已進入上市輔導(dǎo)階段，而比亞迪半導(dǎo)體也進入上市前期準備工作。
2020年12月22日，宏微科技科創(chuàng)板上市申請獲得上交所受理。其擬募資5.58億元投建于新型電力半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)基地項目、研發(fā)中心建設(shè)項目、償還銀行貸款及補充流動資金項目。而中國中車下屬間接控股子公司中車電氣也于2020年12月30日提交的A股首發(fā)并在科創(chuàng)板上市申請獲上交所受理。緊接著，比亞迪擬籌劃控股子公司比亞迪半導(dǎo)體分拆上市，并授權(quán)公司及比亞迪半導(dǎo)體管理層啟動分拆比亞迪半導(dǎo)體上市的前期籌備工作。
同時，2020年以來，芯能半導(dǎo)體、基本半導(dǎo)體、天狼芯、利普思、東微半導(dǎo)體等10多家功率半導(dǎo)體廠商也受到資本市場的青睞，并成功獲得融資。
隨著金融市場的"熱捧"，中國的功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈將進入快速發(fā)展階段。中國電力半導(dǎo)體行業(yè)在未來3至5年有望實現(xiàn)長足發(fā)展，這得益于市場需求、國家政策、優(yōu)秀人才、資本和技術(shù)等多種因素的催化作用。無論是從技術(shù)追趕難度系數(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局的合理性、外部要素的沖擊性等多方面剖析，功率半導(dǎo)體都是未來有望實現(xiàn)更快國產(chǎn)替代的細分化行業(yè)之一。
替代空間巨大 國內(nèi)企業(yè)加速前進
目前全球的功率半導(dǎo)體器件主要由歐洲、美國、日本三個國家和地區(qū)提供，他們憑借先進的技術(shù)和生產(chǎn)制造工藝，以及領(lǐng)先的品質(zhì)管理體系，大約占據(jù)了全球70％的市場份額。英飛凌、意法半導(dǎo)體、賽米控等不僅是歐洲的代表企業(yè)，更在全球名列前茅；美國則有安森美、IR、凌力爾特等為其揚名立萬；日本也是功率半導(dǎo)體器件的主要玩家，瑞薩、東芝、富士電機、羅姆聞名全球。而在需求端，全球約有39％的功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)能被中國大陸所消耗，是全球最大的需求大國，但其自給率卻僅有10％，嚴重依賴進口。
而隨著IGBT需求持續(xù)增長，行業(yè)出現(xiàn)"供需失衡"的情況，國內(nèi)市場甚至出現(xiàn)"一芯難求"情況。自2020年年初起，國際IGBT大廠、代工廠均受疫情影響，產(chǎn)能供應(yīng)不足的問題持續(xù)至今。但隨著市場供應(yīng)出現(xiàn)緊缺、漲價等問題，也給國產(chǎn)替代帶來了新的機會。據(jù)了解，由于受到疫情影響，原本采用進口IGBT的廠商也因為供貨不足，逐漸導(dǎo)入斯達半導(dǎo)、比亞迪半導(dǎo)體等國產(chǎn)供應(yīng)商，國產(chǎn)替代苗頭初現(xiàn)。
依托于國內(nèi)消費市場以及政策資本的助力，國內(nèi)孕育了一批功率半導(dǎo)體廠商，涵蓋各器件的設(shè)計、制造、封裝環(huán)節(jié)，已形成相對完善的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，在各器件領(lǐng)域相繼涌現(xiàn)了一部分行業(yè)龍頭。揚杰科技在二極管領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位；捷捷微電在晶閘管領(lǐng)域處于行業(yè)龍頭地位；功率MOSFET領(lǐng)域較為領(lǐng)先的有華潤微、聞泰科技（收購安世半導(dǎo)體）、士蘭微；斯達國內(nèi)IGBT龍頭，中車時代電氣、比亞迪在IGBT領(lǐng)域也獲得了廣泛認可。代工方面，國內(nèi)中芯國際、華虹半導(dǎo)體均有充分的技術(shù)和經(jīng)驗積累。
近年來國內(nèi)廠商加大研發(fā)投入，研發(fā)支出快速增長，多家廠商2020年度前三季度的研發(fā)支出已接近2019年全年水平，研發(fā)人員數(shù)量也呈快速增加趨勢，持續(xù)的研發(fā)投入帶來了國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商的技術(shù)進步。部分功率半導(dǎo)體產(chǎn)品已達到與國外主流競品的同等技術(shù)水平。比如，華潤微已建立國內(nèi)領(lǐng)先的Trench-FS工藝平臺，具備600V-6500VIGBT工藝能力，在MOSFET方面可提供-100V至1500V的全系列產(chǎn)品。斯達半導(dǎo)擁有基于第六代TrenchFieldStop技術(shù)的1700VIGBT芯片及配套的快恢復(fù)二極管芯片技術(shù)。新潔能MOSFET國內(nèi)領(lǐng)先，可提供12-250V溝槽型/500-900V超結(jié)/30-300V屏蔽柵MOSFET產(chǎn)品，性能接近英飛凌主流產(chǎn)品。
在技術(shù)進步的同時，國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商也不斷加大投資建廠步伐，擴大產(chǎn)能以提升市場份額。如斯達半導(dǎo)投資2.5和2.2億元用于新能源汽車用IGBT模塊擴產(chǎn)項目和IPM模塊項目，士蘭微投資15億元用于8英寸生產(chǎn)線，新潔能投資3.2億元用于半導(dǎo)體功率器件封裝測試產(chǎn)線。由此，國內(nèi)廠商有望憑借技術(shù)進步、成本優(yōu)勢和快速響應(yīng)能力實現(xiàn)國產(chǎn)替代、份額提升。而隨著近年來功率半導(dǎo)體下游的汽車、工控、家電等領(lǐng)域細分市場增長迅速，國內(nèi)諸如華潤微等廠商已開始積極布局家電、工控和汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，斯達半導(dǎo)的IGBT產(chǎn)品已在汽車領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。在細分市場高增速和國產(chǎn)替代浪潮的帶動下，國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的功率半導(dǎo)體企業(yè)有望獲得巨大的業(yè)績彈性，迎來黃金的發(fā)展時期。
國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2020年我國出口總額達8056億元，同比增長15%；進口總額為24207億元，同比增長14.8%。業(yè)內(nèi)人士表示，中國是全球最大的集成電路市場，所需芯片又大量依賴進口，芯片缺貨對國內(nèi)電子企業(yè)帶來不利影響。
針對這種情況，近日多部門接連發(fā)聲，加大對芯片產(chǎn)業(yè)的政策支持。科技部部長王志剛?cè)涨霸趪罗k發(fā)布會上表示，將主要聚焦集成電路、軟件、高端芯片、新一代半導(dǎo)體技術(shù)等領(lǐng)域的一些關(guān)鍵核心技術(shù)和前沿基礎(chǔ)研究，利用國家重點研發(fā)計劃等給予支持。工信部表示，中國政府將對芯片產(chǎn)業(yè)在國家層面上給予大力扶持，共同營造一個市場化、法治化和國際化的營商環(huán)境和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。不僅是部委層面，地方政府近期也在密集展開部署。3月11日，珠海高新區(qū)發(fā)布促進集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策措施，提出引進培育產(chǎn)業(yè)人才、支持企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、支持產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)動發(fā)展、保障產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間、支持重大產(chǎn)業(yè)項目落戶、支持產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新環(huán)境發(fā)展等措施。
相關(guān)企業(yè)也積極行動起來。例如，小米公司表示將推出新款自研芯片；吉利汽車表示正在迅速推動國產(chǎn)品牌芯片的導(dǎo)入，以及自主研發(fā)設(shè)計的芯片，其自主研發(fā)的中控芯片將會在2023年實現(xiàn)裝配上車。業(yè)內(nèi)人士表示，本次芯片供應(yīng)短缺將加速國內(nèi)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的本土化進程，促進產(chǎn)業(yè)化升級，目前國產(chǎn)替代已成為趨勢。
乘風(fēng)而起 第三代半導(dǎo)體發(fā)展進入快車道
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，其先后經(jīng)歷了以硅(Si)為代表的第一代半導(dǎo)體材料，以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導(dǎo)體材料，在20世紀，這兩代半導(dǎo)體材料為工業(yè)進步、社會發(fā)展做出了巨大貢獻。而如今，以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅、金剛石、氮化鋁為代表的第三代半導(dǎo)體雖處于初期階段，但是市場已經(jīng)顯示出了巨大的需求。作為一類新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，第三代半導(dǎo)體材料在許多應(yīng)用領(lǐng)域擁有前兩代半導(dǎo)體材料無法比擬的優(yōu)點，如具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率等特點，可實現(xiàn)高壓、高溫、高頻、高抗輻射能力。
自貿(mào)易戰(zhàn)以來，中美關(guān)系一直處于微妙狀態(tài)，在傳統(tǒng)的一、二代半導(dǎo)體行業(yè)，美國擁有絕對優(yōu)勢的技術(shù)、專利、市場份額，可以在任何一個環(huán)節(jié)打壓中國，以華為為代表的企業(yè)從海外采購零部件和芯片制造技術(shù)正面臨越來越多的困難。自主可控一直是當下內(nèi)循環(huán)最重要邏輯。同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動的新計算時代的發(fā)展，對半導(dǎo)體器件的需求日益增長，對器件可靠性與性能指標的要求也更加嚴苛。以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體開始逐漸受到市場的重視，國際上已形成完整的覆蓋材料、器件、模塊和應(yīng)用等環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈，全球新一輪的產(chǎn)業(yè)升級已經(jīng)開始。
此外，2020年新基建的提出，讓第三代半導(dǎo)體站上風(fēng)口。在新基建的范疇中，5G、特高壓、軌道交通、新能源汽車四個領(lǐng)域與第三代半導(dǎo)體息息相關(guān)。在5G基站領(lǐng)域，氮化鎵是最具增長潛質(zhì)的半導(dǎo)體材料之一，將加速滲透5G基站所需的射頻功率放大器市場。新能源汽車行業(yè)是碳化硅市場最大的驅(qū)動力。根據(jù)Yole預(yù)測，在電動汽車上，到2024年SiC功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將增長至20億美元，其中，汽車市場占SiC功率半導(dǎo)體市場比重到2024年預(yù)計將達50%。
碳化硅高溫、高頻、低損耗的特性，也將在特高壓和軌道交通領(lǐng)域發(fā)揮作用。目前碳化硅已經(jīng)在中低壓配電網(wǎng)啟動應(yīng)用，未來，更高電壓、更大容量、更低損耗的柔性輸變電對萬伏級以上的碳化硅功率器件存在大量需求。同時，將碳化硅應(yīng)用于軌道交通牽引變流器，將推動牽引變流器裝置的小型化、輕量化發(fā)展，減輕軌道交通的載重系統(tǒng)，推動軌道交通的綠色、智能化發(fā)展。
為應(yīng)對氣候變化，我國提出，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)"碳中和"。第三代半導(dǎo)體相比硅器件可降低50%以上的能量損失，并減小75%以上的裝備體積，是助力社會節(jié)能減排并實現(xiàn)"碳中和"目標的重要發(fā)展方向。"碳中和"趨勢浪潮下，可提升能源轉(zhuǎn)換效率的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在開啟發(fā)展加速度，有望成為綠色經(jīng)濟的中流砥柱。
在過去的兩年，受益于整個半導(dǎo)體行業(yè)宏觀政策利好、資本市場追捧、地方積極推進、企業(yè)廣泛進入等因素，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，涌現(xiàn)了第三代半導(dǎo)體材料投資熱潮。近期，聞泰科技全資子公司、全球功率半導(dǎo)體領(lǐng)先企業(yè)--安世半導(dǎo)體宣布與國內(nèi)汽車行業(yè)龍頭公司聯(lián)合汽車電子有限公司(簡稱UAES)達成合作。雙方將在功率半導(dǎo)體氮化鎵(GaN)領(lǐng)域展開深度合作，滿足未來新能源汽車電源系統(tǒng)對技術(shù)不斷提升的需求，并共同推動GaN工藝技術(shù)在國內(nèi)汽車市場的研發(fā)和應(yīng)用。隸屬于博世集團的羅伯特·博世創(chuàng)業(yè)投資公司(RBVC)已于近期完成對基本半導(dǎo)體的投資。資料顯示，基本半導(dǎo)體是中國領(lǐng)先的碳化硅功率器件供應(yīng)商之一。博世集團幾日前在德累斯頓建設(shè)車用半導(dǎo)體芯片廠來生產(chǎn)車用傳感器芯片，此次對基本半導(dǎo)體的投資也預(yù)示其有意在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域進一步涉足。
除資本加持外，在第三代半導(dǎo)體的研發(fā)和生產(chǎn)方面，國內(nèi)企業(yè)也進展頻頻：三安光電位于湖南的首個第三代半導(dǎo)體芯片廠房已順利封頂，預(yù)計今年6月試投產(chǎn)；露笑科技已于近期實現(xiàn)6英寸碳化硅襯底片試生產(chǎn)，另公司自主研發(fā)的碳化硅長晶爐已實現(xiàn)銷售，下游客戶已陸續(xù)投產(chǎn)；海特高新硅基氮化鎵產(chǎn)品已實現(xiàn)規(guī)模出貨，公司的客戶主要為芯片設(shè)計公司和模組公司。值得一提的是，三安光電此前早已推出了6英寸SiC晶圓代工制程，2020年初，該公司的氮化稼產(chǎn)能已達2000片/月，2020年年底已完成碳化硅MOSFET器件量產(chǎn)平臺的打造。
結(jié)語
受疫情后期汽車、工業(yè)和移動通信等行業(yè)市場需求反彈因素推動，再加上"碳中和"概念倡導(dǎo)及相關(guān)政策支持，2021年，第三代半導(dǎo)體的成長動能有望持續(xù)上升。在市場規(guī)模日漸擴大的情況下，第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用場景正在不斷拓展，目前已經(jīng)從半導(dǎo)體照明等小批量應(yīng)用走向了包括數(shù)據(jù)中心、新能源汽車等更廣闊的市場。功率半導(dǎo)體應(yīng)用日漸廣泛，而中國作為全球最大的功率芯片市場，吸引了全球品牌廠商的關(guān)注，同時也給本土廠商創(chuàng)造了巨大的機會。第三代半導(dǎo)體作為新一代產(chǎn)品，國內(nèi)外廠商基本站在同一起跑線上，中國企業(yè)有望實現(xiàn)彎道超車。
