《半導(dǎo)體芯科技》雜志文章

功率電子行業(yè)正在不斷發(fā)展以滿足能源和可持續(xù)發(fā)展的需求。Yole Group 旗下的 Yole Intelligence 在其《功率電子行業(yè)現(xiàn)狀報(bào)告》（Status of the Power ElectronicsIndustry report）中提供了最新信息，報(bào)告研究了功率器件行業(yè)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素和新技術(shù)發(fā)展，并分析了晶圓和器件需求與制造能力的演變。

報(bào)告預(yù)計(jì)：到2028 年，全球功率器件市場(chǎng)將增長(zhǎng)至333 億美元；該行業(yè)的主要驅(qū)動(dòng)因素包括純電動(dòng)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē) (xEV)、可再生能源和工業(yè)電機(jī)；其中SiC 市場(chǎng)份額將持續(xù)擴(kuò)大；隨著 IDM 和代工廠的大規(guī)模前端投資可能會(huì)推動(dòng)行業(yè)產(chǎn)能超出需求。

功率電子器件的主要市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力之一是交通和工業(yè)發(fā)展過(guò)程中的電氣化。電力消耗的增加導(dǎo)致需要更多的電力來(lái)源，例如風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽(yáng)能光伏裝置，所有這些都需要功率電子器件。提高效率的需要導(dǎo)致使用更新的器件、材料和封裝來(lái)減少能源消耗。

除了通過(guò)廣泛采用電動(dòng)汽車(chē)（EV）和利用綠色出行解決方案實(shí)現(xiàn)大幅減少CO2 的排放以外，整合光伏和風(fēng)能等可再生能源，也有助于促進(jìn)環(huán)境的可持續(xù)性。另一個(gè)可持續(xù)性考慮因素是本地供應(yīng)，以減少地緣政治沖突期間對(duì)原材料和能源進(jìn)口的依賴(lài)，正如我們所看到的，俄羅斯和烏克蘭沖突以及中美貿(mào)易摩擦影響了供應(yīng)。

圖1：2018-2028不同材料的功率電子市場(chǎng)發(fā)展

晶圓廠產(chǎn)能

功率器件市場(chǎng)總額預(yù)計(jì)將從 2023 年的約 230 億美元快速增長(zhǎng)到 2028 年的 333 億美元。這需要建立新的制造能力。各種戰(zhàn)略投資將基于現(xiàn)有產(chǎn)能和預(yù)期所需的器件數(shù)量，以及硅、SiC 和 GaN 在各種應(yīng)用中的份額而做出決策。

為了滿足產(chǎn)量需求，硅器件廠商需要不斷發(fā)展，并且有一種強(qiáng)烈的趨勢(shì)是轉(zhuǎn)向 300 毫米生產(chǎn)線，以增加產(chǎn)能并降低每個(gè)裸芯片的成本。硅晶圓也可用于其他微電子器件（例如傳感器），與將碳化硅晶圓從 150 毫米過(guò)渡到 200 毫米相比，這將使投資硅晶圓 300 毫米設(shè)備的決定風(fēng)險(xiǎn)更低。

Yole Intelligence 功率電子團(tuán)隊(duì)首席分析師AnaVillamor 表示：根據(jù)相關(guān)公司的公告，我們預(yù)計(jì)在未來(lái) 5年內(nèi)，在現(xiàn)有每年 5600 萬(wàn)片 8 英寸等效晶圓開(kāi)工量 (WaferStarts Per Year, WSPY) 的基礎(chǔ)上，每年將增加 2500 萬(wàn)片 8英寸等效晶圓開(kāi)工量 (WSPY)。這是一個(gè)非常大的投資周期，無(wú)疑是功率電子行業(yè)有史以來(lái)最大的投資周期。

圖2：功率電子未來(lái)幾年的產(chǎn)能發(fā)展

集成器件制造商（IDM，如英飛凌、博世、東芝、Nexperia、CR Micro 等） 和代工廠（中芯國(guó)際、華虹宏力……） 都已決定轉(zhuǎn)向 300毫米晶圓。英飛凌、Alpha &Omega、博世、安森美和士蘭微等一些廠商已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)300 毫米晶圓，而包括意法半導(dǎo)體在內(nèi)的一些其他廠商于2023 年開(kāi)始量產(chǎn)，更多公司將在 2024—2026 年開(kāi)始量產(chǎn)。

圖3：功率電子領(lǐng)域主要供應(yīng)商

2021 年，英飛凌科技與博世擴(kuò)大了300 毫米晶圓廠產(chǎn)能，并宣布了進(jìn)一步擴(kuò)大300 毫米產(chǎn)能的計(jì)劃。其他參與者也會(huì)效仿，包括許多中國(guó)公司（例如比亞迪的大量投資）。預(yù)計(jì) 2024 年至 2026 年，中國(guó)企業(yè)在本地電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的生產(chǎn)方面將比歐洲或美國(guó)企業(yè)更快。

SiC 方面，主要受電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的推動(dòng)，到2028 年，SiC 器件將占功率電子器件市場(chǎng)價(jià)值的25% 左右。GaN功率器件市場(chǎng)主要由消費(fèi)類(lèi)快速充電器以及智能手機(jī)和電腦適配器驅(qū)動(dòng)。SiC 的采用速度比 GaN 快，后者起步稍晚，但兩者都在從傳統(tǒng)硅技術(shù)市場(chǎng)中獲得份額。

就 SiC 而言，SiC 晶圓成本和可用性一直是主要問(wèn)題，晶圓和器件之間的供應(yīng)鏈存在大量垂直整合。大型企業(yè) Wolfspeed、安森美、羅姆半導(dǎo)體和意法半導(dǎo)體在整個(gè)供應(yīng)鏈中運(yùn)營(yíng)，從晶錠/ 襯底、外延、芯片加工到二極管/ 晶體管設(shè)計(jì)，而來(lái)自中國(guó)的小型企業(yè)，如 TankeBlue（天科合達(dá)）和 SICC（山東天岳），則在 SiC 晶錠/ 襯底領(lǐng)域運(yùn)營(yíng)。一些 SiC 器件制造商（英飛凌、博世……）依賴(lài)外部供應(yīng) SiC 晶圓。

中國(guó)企業(yè)在SiC 晶圓層面的市場(chǎng)份額正在逐步擴(kuò)大，并計(jì)劃在未來(lái)5年內(nèi)增加大量產(chǎn)能，目標(biāo)是到2027年占總產(chǎn)能的40% 以上。

根據(jù)工廠利用率、產(chǎn)量和晶圓質(zhì)量，中國(guó)供應(yīng)商可能會(huì)以較低的價(jià)格大量供應(yīng)碳化硅晶圓。因此，預(yù)計(jì)SiC 晶圓需求/ 供應(yīng)情況的逆轉(zhuǎn)將會(huì)改變 SiC 和硅器件業(yè)務(wù)的游戲規(guī)則。更便宜的 SiC 器件的出現(xiàn)不僅會(huì)影響具有高成本結(jié)構(gòu)的 SiC 廠商，還會(huì)加速 SiC 器件作為硅器件替代品在許多應(yīng)用中的采用。

隨著裸芯片產(chǎn)量大幅增加，封裝領(lǐng)域的投資也必須隨之增加，以避免未來(lái)潛在的瓶頸，尤其是功率模塊封裝。

一些公司已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行封裝合作，而另一些公司則進(jìn)行內(nèi)部投資以提高封裝產(chǎn)能。英飛凌科技、意法半導(dǎo)體和日月光集團(tuán)已經(jīng)在封裝方面投資20億~40 億美元，預(yù)計(jì)這一投資將繼續(xù)增加，以滿足市場(chǎng)對(duì)于功率器件需求。

審核編輯 黃宇