[原创] 中日欧韩竞逐功率半导体
2021-04-15
14:00:03
来源: 半导体行业观察
功率半导体被比喻为纯电动汽车和工业设备等需要较多电力的设备的“肌肉”。这些设备需要将通过电池等获得的电力高效地转换为动力，承担这一功能的正是功率半导体。随着电动车和各种绿化智能的需求成为主流，功率器件的重要程度日益提高。据悉，目前全球的功率半导体器件主要由欧洲、美国、日本三个国家和地区提供，他们凭借先进的技术和生产制造工艺，以及领先的品质管理体系，大约占据了全球60％的市场份额。此前我们报道了华为全面进攻功率器件的新闻。而放眼全球，中国大陆、日本、韩国和欧洲的功率器件竞赛已然拉开帷幕。
日本在功率半导体方面实力比较强。在功率元件方面占据优势的日本半导体企业有：三菱电机、富士电机、日立功率元件、东芝电子元件与存储器件等等。中坚企业有罗姆、产研电气、新电元工业等等。
2020年12月，东芝称，在截至2024年3月的财年，东芝将花费约800亿日元为其位于日本石川县的工厂增加生产设备。该集团的晶片生产能力将从每月15万片升至20万片。额外的晶圆将交付给日本汽车制造商、中国和其他地方的汽车制造商。东芝擅长生产能有效处理300伏特或更低电压的低压产品。东芝希望将功率半导体业务的销售额提高30%，从目前的1,500亿日圆左右增至2,000亿日圆。
今年3月10日，东芝又宣布，计划引进一条新的12英寸晶圆生产线。传统上，该公司的功率半导体主要使用8英寸晶圆生产。而随着采用12英寸晶圆生产模拟芯片成为全球趋势，该公司似乎也在跟紧潮流。东芝表示，新厂建成后，可将功率半导体产能提高20%。
据悉，东芝引进12英寸晶圆生产线的主要目标是提高低压MOSFET和IGBT的生产能力。根据规划，新产线将于2023财年上半年投产，该公司表示，将根据市场趋势，逐步确定后续投资计划，并将继续扩大日本工厂的分立器件，特别是功率半导体器件的生产。
富士电机也表示，到2023财年将在国内外投资1200亿日元。该公司计划提升马来西亚和日本以外其他地方工厂的产能，使工人能够将日本制造的零部件加工成成品。该公司的目标是，到2023财年，汽车占功率半导体销售额的一半，高于2019财年的35%。
三菱电机是IGBT模块的第二大制造商（根据Omidea的数据）。他们将部署从夏普收购的广岛县工厂，以提高产能。今年11月，新工厂将投入200亿日元投入运营。2022财年的总产能将比2019财年翻一番。
除此之外，日本一些小企业还在研究潜力无限氧化镓，并且在元件、基板等方面的研发全球领先。资料显示，日本的功率元件方向的氧化镓研发始于以下三位：国立研究开发法人--信息通信研究机构（NICT：National Institute of Information and Communications Technology）的东胁正高先生、京都大学的藤田静雄教授、田村（Tamura）制作所的仓又朗人先生。
NICT的东胁先生于2010年3月结束在美国大学的赴任并回日本，以氧化镓功率元件作为新的研发主题并进行构想。京都大学的藤田教授于2008年发布了氧化镓深紫外线检测和Schottky Barrier Junction、蓝宝石（Sapphire）晶圆上的晶膜生長（Epitaxial Growth）等研发成果后，又通过利用独自研发的薄膜生产技术（Mist CVD法）致力于研发功率元件。仓又先生在田村（Tamura）制作所负责研发LED方向的氧化镓单结晶晶圆，并考虑应用到功率半导体方向。
三人的接触与新能源·产业技术综合开发机构（NEDO）于2011年度提出的“节能革新技术开发事业—挑战研发（事前研发一体型）、超耐高压氧化镓功率元件的研发”这一委托研发事业有一定关联，接受委托的是NICT、京都大学、田村制作所等。可以说，由此开启了功率元件的正式研发。后来，NICT和田村制作所合作成立了风险投资企业“Novel Crystal Technology”，京都大学成立了风险投资企业“FLOSFIA”。现在，两家公司都是日本氧化镓研发的中坚企业。
欧洲素来在汽车工业和机械工程领域具有明显优势，这一终端优势培育了欧洲在功率半导体和车用半导体领域的强大竞争力，英飞凌、恩智浦、意法半导体等不仅是欧洲的代表企业，更在全球名列前茅。
2020年4月16日，英飞凌宣布完成对赛普拉斯半导体公司的收购。使得英飞凌在功率半导体领域的地位更加巩固。去年，英飞凌花费16亿欧元(19亿美元)在奥地利建造了一座新工厂。该公司去年5月宣布，已经完成了建筑外壳的建设，并计划在2021年底启动设施。2月，英飞凌宣布，为了缓解全球车用芯片产能不足的困境，将在奥地利新建12英寸晶圆厂，专门用于生产车用芯片，预计将于今年第三季度动工。
2020年3月初意法半导体收购法国氮化镓(GaN)创新企业Exagan公司的多数股权。Exagan的外延工艺、产品开发和应用经验将拓宽并推进意法半导体的汽车、工业和消费用功率GaN的开发规划和业务。另外早在2019年，意法半导体还收购了瑞典碳化硅晶圆制造商Norstel AB。
博世在功率半导体领域，也在生产传统硅基的IGBT和碳化硅功率半导体，前者主要打包成系统产品对外出售，后者则是计划会直接对外销售。博世于2019年10月正式宣布开展碳化硅的相关业务，并在德国罗伊特林根建有一条车规级生产线。博世已于今年1月份在德累斯顿工厂开始生产其首批厚度仅为60微米的晶圆。今年3月份，欧洲大厂博世正在德国德累斯顿建设新的12英寸晶圆厂，投资额达到10亿欧元。计划今年下半年实现商用生产。新的生产工厂将生产功率半导体，可用于电动汽车及其他领域。
韩国在功率半导体领域相对薄弱，目前韩国国内市场规模约为20亿美元，由于缺乏技术和专利，长期以来90%以上的市场需求依赖日本进口。自日本去年对三种关键半导体材料实施出口管制后，韩国企业就一直在寻求替代供货源，同时，用国产摆脱日产也成为当地制造商的目标之一。于是他们也瞄准了第三代功率半导体。
今年年初，SK集团的投资控股公司SK Holdings以268亿韩元的价格收购了韩国唯一的碳化硅（SiC）功率半导体制造商Yes Power Techniques的33.6％的股份。近些年来，SK集团对SiC功率半导体的投入不小。除了收购Yes Power Techniques的股份以外，SK Siltron 于还曾以4.5亿美元收购美国化学大厂杜邦 (DuPont) 的碳化硅 (SiC) 晶圆业务，以其拓展车用功率半导体市场。SK Siltron表示，“在硅晶圆领域要追上日本恐怕很难，因此将在次世代技术上进行挑战”。
近日，韩国政府发布了一份先进功率半导体研发和产能提升计划。 与传统芯片相比，功率芯片可以处理更大的电压和电流。 在民间企业的配合下，韩国政府计划到2025年将市场竞争力提升到全球水平，以便到那一年韩国至少有5种先进的功率半导体产品上市。致力于SiC、GaN、Ga
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三种材料的应用技术和技术，克服硅酮材料的局限性，协助国内企业的材料和芯片研发工作。
韩国产业通商资源部在一份声明中表示，将与韩国国内的代工厂建立6 - 8英寸的制造工艺，以扩大相关的代工服务。 “政府计划积极支持研发和基础设施建设，以抢占仍处于早期阶段的下一代功率半导体市场，并建立一个坚实的产业生态系统，”韩国产业通商资源部长官成允模在声明中表示。
国内在功率半导体方面这几年的发展步伐也很快，投资，建生产线，扩产，尤其是第三代半导体项目，遍地开花。
华为正在为公司的功率器件研发大肆招兵买马，其中包括IGBT、MOSFET、SiC、GaN等主流的功率器件，据说队伍目前已有数百人。在目前的国际形势下，华为的海外业务受阻，新兴的汽车业务成为了华为寻求增长的一个突破口，在华为业务板块中的重要性越来越高。进军做功率器件，无论是IGBT、SiC还是GaN都是为其汽车零部件供应商的身份盖楼。再就是基于这些功率器件各自的优越特性为其自身的设备如基站电源、快充、光电子的研发等应用服务。
华润微在今年2月份欲募集50亿元，主要用于封装测试标准功率半导体产品、先进面板级功率产品、特色功率半导体产品。该功率半导体封测基地计划建设周期为三年，项目建成达产后，预计功率封装工艺产线年产能将达约37.5亿颗，先进封装工艺产线年产能将达约22.5亿颗。
今年3月初，斯达半导募资35亿元人命币，大举押注SiC。项目达产后，预计将形成年产 36 万片功率半导体芯片的生产能力。
也是在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。
而据《日本经济新闻》4月9日报道，闻泰科技又计划投资120亿元人民币，在上海建厂生产用于控制电路的功率半导体。报道称，闻泰科技此次同荷兰安世半导体合作建设的工厂将于2022年投入运营，主要生产功率半导体和晶体管等“分立半导体”。工厂在生产过程中将使用大口径的12寸晶圆，年产量可达40万枚，将成为分立半导体行业的世界第一大生产商。分立半导体不在美国的制裁范围内。分立半导体无需精密加工，用传统制造装置也可实现生产。由于这些装置在制裁名单之外，Omdia公司专家南川明认为，中国的企业容易自主进行设备投资。
2020年12月21日，士兰微电子12吋特色工艺芯片生产线在厦门海沧正式投产！规划项目总投资170亿元，规划建设两条以功率半导体芯片、MEMS传感器芯片为主要产品的12吋特色工艺功率半导体芯片生产线。 第一条12吋产线，总投资70亿元，工艺线宽90纳米，计划月产8万片。
近日，又一家功率半导体厂商芯导科技正式闯关科创板。申报稿显示，芯导科技此次拟募集资金4.4亿元，扣除发行费用后，将全部用于高性能分立功率器件开发和升级、高性能数模混合电源管理芯片开发及产业化、硅基氮化镓高电子迁移率功率器件开发项目、以及研发中心建设项目。
诸如此类的功率半导体项目不胜枚举。目前国内功率半导体产业链正在日趋完善，技术也正在取得突破，相信在新风口新技术之下，国内还是可以一搏的。
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