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【芯观点】抢抓产业迸发机遇,中国功率半导体势如破竹

来源:爱集微

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#氮化镓#

#芯观点#

2021-11-29


芯观点──聚焦国内外产业大事件,汇聚中外名人专家观点,剖析行业发展动态,带你读懂未来趋势!

集微网报道,目前,中国正在功率半导体上大举推进。全球知名半导体分析机构SemiconductorEngineering分析师Mark Lapedus根据自身观察,对这一半导体细分市场做了深入分析。

Mark Lapedus在近日撰写的文章中指出,经过几十年发展演变,功率半导体正在变得越来越重要,目前主要应用于汽车、计算机和一些工业产品中。

简单说,功率半导体是一种特殊晶体管,功率半导体用作控制和转换电力系统。它允许电力在“开”的状态下流动,并在“关”的状态下停止,不仅能提高效率还能最大限度减少能量损失。

“我们必须用新技术来保护环境。而一种方案就是发展混合动力和电动汽车,其中电子器件是关键。”英飞凌大中华区汽车部门负责人Gary Zhong表示,“考虑到汽车电动化和数字化大趋势,我们预计IGBT和碳化硅MOSFET等功率半导体的市场需求将快速增长。”

如今,功率半导体市场正是由基于硅的半导体器件主导,其中包括功率MOSFET、超结功率MOSFET和IGBT等。

通常,功率MOSFET用于10至500伏的应用,例如电源适配器。超结功率MOSFET用于500至900伏的应用。而IGBT等先进中档功率器件,主要用于1.2千伏至6.6千伏的装置。

文章指出,虽然IGBT和MOSFET已经被广泛使用,但也已经达到极限。这就是越来越多的供应商正在开发基于两种“宽带隙”技术——氮化镓和碳化硅(GaN、SiC)功率器件的原因。显而易见,基于氮化镓和碳化硅的功率器件比基于硅的更小、更高效,但它们也更昂贵。

目前,一些中国企业正在开发和制造各种类型的功率半导体,但由于氮化镓等技术很难开发,仍然需要通过跨国公司大量进口这些器件。IBS的分析师 Jones说,“研发碳化硅甚至更难,所以很多中国汽车公司都在向外国公司采购功率半导体。”

但对于未来,中国正致力于发展并制造更多自主功率半导体。根据SEMI的数据,到2023年,中国有望成为全球功率和化合物半导体产能的领军者。

可以说,中国想在功率MOSFET等几乎所有领域有所作为。据Yole Développement称,中国已经拥有一些MOSFET供应商。“中国企业加大对半导体产能的投资,已经不足为奇。” Yole的分析师Milan Rosina表示。

文章称,中国对碳化硅、氮化镓技术都非常感兴趣。根据TrendForce的数据,2020年,中国在这两个领域投资了25个项目,投资总额达109亿美元,其中有大约14条6英寸碳化硅晶圆生产线。

与跨国供应商一样,中国本土的碳化硅供应商也将目光投向了多个领域。

毫无疑问,电动汽车是一个巨大的市场。早在第一批电动汽车中,IGBT就被用于牵引逆变器为车辆电机提供牵引力。但这种情况在2017年开始发生变化。因为当时特斯拉开始将意法半导体的碳化硅功率器件用于Model 3中的牵引逆变器。

在功率逆变器中,碳化硅通常比IGBT更高效,但也更昂贵。即便如此,如今所有的汽车制造商都在为其新的电动车功率逆变器集成或适配碳化硅。

另一方面,碳化硅器件还用于电动汽车中的DC-DC转换器和车载充电器。

“随着快速充电和自动驾驶的要求越来越高,汽车已经需要一种更高电压的系统平台。” 英飞凌表示,碳化硅器件通过提供更广的范围、更紧凑的尺寸和更好的整体成本,为这一系统的未来发展做出了贡献。

在产业迭代迸发进程中,跨国公司也看准了机遇。许多公司已在中国开展业务或与国内供应商成立合资企业。例如,最近中国正海集团与日本罗姆半导体签署了在中国设立合资公司的协议,将致力于开发碳化硅功率模块。此外,罗姆半导体还在中国建立了其他合资企业。

“在太阳能发电、工业设备、服务器和基站等各种应用中,碳化硅功率器件的采用速度已经加快,未来还将越来越多应用于电动汽车。”罗姆半导体高级销售总监Travis Moench表示,“新公司的功率模块开发将推动碳化硅功率器件在势头强劲的新能源车安装进展,并将在其它应用研究中发挥重要作用。”

文章还表示,除了碳化硅,中国对氮化镓的投入也颇为积极。氮化镓是一种用于LED、功率半导体和射频芯片的III-V族材料,目前正在快速充电器等领域起飞。由于使用了氮化镓器件,快速充电器不仅变得更小,而且在为智能手机和笔记本电脑充电时比传统充电器快得多。

“对于功率转换方面,氮化镓蓬勃发展的第一个领域就是快速充电器。”美国氮化镓功率半导体供应商Navitas的营销副总裁Stephen Oliver说,“充电器行业青睐小尺寸、轻便的产品。如果将笔记本电脑或智能手机的65瓦充电器(使用GaN)作参考:氮化镓的物料成本比硅高约15%,但体积和重量却更小、更轻三倍。而若是与硅材料同样的大小,其充电速度将快三倍。”

不难发现,快速充电器是中国智能手机厂商的主流配件之一。最近,小米推出的一款智能手机,就包含一款采用纳微半导体氮化镓功率器件的55瓦独立快速充电器。

全球氮化镓功率器件供应商市场份额,显示出中国的英诺赛科在跨国氮化镓供应商中的优势。资料来源:TrendForce

目前,跨国公司在氮化镓功率器件市场占据主导地位,但中国正蓄势待发,并在加速建设新的氮化镓晶圆厂。TrendForce的数据显示,截至2021年上半年,中国已经建设了大约7条硅基氮化镓晶圆生产线,同时目前至少有4条氮化镓功率器件生产线正在建设中。

总而言之,中国正在大力推进功率半导体产业发展,并为此采取了许多举措。虽然尚未占据行业主导地位,但它将继续撼动市场,并在未来几年内实现总体产能登顶。(校对/Jenny)

责编: 隐德来希

Aaron

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