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缺芯潮风波 加速功率半导体行业洗牌?

发布日期:2021-05-07 浏览次数:4380 作者:网络
 
  功率半导体主要用作电子元件中的开关及整流器,是硅、砷化镓、氮化硅等半导体材料在经过电学属性调整等一系列工艺后,所得到的电学元件。功率半导体的应用十分广泛,从几十毫瓦的耳机放大系统,到上千兆瓦的高压直流传输过程;从储能、家电,到IT产品、网络通讯,只要是涉及电的领域,都存在它的身影。

  近年来,受益于社会经济、技术水平的进步以及应用领域的拓宽,功率半导体的市场空间稳步增长。新能源汽车及充电桩、智能装备制造、物联网、新能源发电、轨道交通等新兴领域逐渐成为功率半导体的重要应用市场,大大增加了对功率半导体器件的需求。

  为应对气候变化,我国提出,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现"碳中和"。去年《政府工作报告》指出,要求制定2030年前碳排放达峰行动方案,加快发展非化石能源,大力提升风电、光伏发电规模。因此,光伏、风电、新能源汽车、充电桩等行业在碳中和政策的推动下,有望加速成长,并将进一步带动以第三代半导体为基材的功率器件的需求。此外,"十四五"规划指出,要加强科技前沿领域攻关,在集成电路领域,要重点推进碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展。在国家政策的大力支持下,国内第三代半导体产线陆续开通,产能不断增加。

  2020年5月,华为被美国列入实体清单将满一周年之际,美国政府启动第二轮制裁,要求使用美国技术的晶圆代工厂在替华为生产芯片前,必须先获得美国政府许可,现有订单要在9月15日前完成。5月至9月间,各大厂商都忙着为华为的急单开足马力。8月17日,美国政府再下一道禁令,要求全球所有芯片企业只要使用了美国技术,出货给华为前必须获得美国政府许可。至今,高通、联发科等芯片厂商向华为供货仍受限。

  此外,受疫情带来的停工停产影响,中国大陆以外的半导体供应迟迟难以全面恢复,首先遭受到影响的便是晶圆厂商、汽车厂商等。去年10月,意法半导体位于欧洲的几个工厂发起大罢工,日本旭化成集团旗下晶圆厂大火,令原本紧绷的供应链再蒙重创。2020年下半年以来,中国大陆最大的芯片代工厂中芯国际被美国持续制裁,加剧了全球芯片产能紧张。2021年年初,日本的地震和美国德州寒潮都致使晶圆厂产能受损,"缺芯"危机愈演愈烈,越来越多的行业都陷入到了"缺芯"尴尬境地之中。

  日前,沃尔沃汽车公司表示,由于全球半导体芯片供应短缺,该公司将于本月暂停或调整中国和美国工厂的生产;蔚来汽车日前也表示因芯片短缺将暂停生产5天。除了沃尔沃和蔚来汽车,福特、通用、本田、大众等国际汽车企业也都因芯片短缺遭遇停产的冲击。除此之外,包括手机制造等诸多行业都不同程度受到了"缺芯"的影响。

  芯片供应短缺暴露了国内自主芯片应用率不足、国内供应链发展不均衡的问题。针对这种情况,近日多部门接连发声,加大对芯片产业的政策支持。有专家表示,缺芯潮风波以后,国产芯将迎来"爆发期",一场危机悄然变成了国产芯片的发展机遇,这也许会加速功率半导体行业洗牌。


  前景广阔  企业加码布局功率半导体产业

  随着新能源汽车、光伏、风电、工业控制等应用市场的持续扩容,以及以第三代半导体为代表的技术升级不断推进,功率半导体市场规模持续增长。近两年在国产替代趋势推动下,中国半导体投资热情空前高涨,众多企业纷纷加码布局功率半导体产业。

  2019年,东风汽车与中国中车合作,合资组建智新半导体,在东风新能源汽车产业园建设功率半导体模块封装测试生产线,自主研发、制造和销售功率半导体模块,以替代进口。智新半导体今年1月表示,该公司年产30万车规级IGBT芯片模块生产线4月将投入量产,通过提升封装测试良率,可实现车规级芯片模块的国产化替代。

  2020年6月,专注于IGBT模块生产制造的赛晶亚太半导体科技(浙江)有限公司新建年产200万件IGBT功率器件项目举行开工仪式。该项目总投资52.5亿元,计划建设2条IGBT芯片生产线,5条IGBT模块封装测试生产线,达产后预计产值超20亿元。资料显示,赛晶亚太是赛晶集团投资成立的外商独资企业,注册2.5亿美元。

  2020年12月中下旬,斯达半导对外披露,公司拟投资2.29亿元建设年产8万颗车技全碳化硅功率模组生产线与研发中心。今年3月2日,斯达半导发布公告,拟通过定增募资的方式,募集资金不超过35亿元。其中,计划向高压特色工艺功率芯片和SiC(碳化硅)芯片投入20亿元。不到3个月时间,斯达半导已两次斥巨资布局碳化硅项目。对此,斯达半导认为,相关项目的落实,有利于推动功率器件进口替代。对于剩余募资,斯达半导将分别投资7亿元和8亿元用于功率半导体模块生产线自动化改造项目、补充流动资金。

  与此同时,国内功率半导体行业也掀起一波"上市热潮"。2020年以来,继华润微、斯达半导、新洁能等功率半导体企业成功登陆资本市场后,瑞能半导、中车电气、宏微科技、东微半导体、芯微电子等功率半导体企业也开启了上市征程。目前,中车电气、宏微科技、瑞能半导等企业的IPO申请已获受理,东微半导体、芯微电子、龙腾半导体等企业亦已进入上市辅导阶段,而比亚迪半导体也进入上市前期准备工作。

  2020年12月22日,宏微科技科创板上市申请获得上交所受理。其拟募资5.58亿元投建于新型电力半导体器件产业基地项目、研发中心建设项目、偿还银行贷款及补充流动资金项目。而中国中车下属间接控股子公司中车电气也于2020年12月30日提交的A股首发并在科创板上市申请获上交所受理。紧接着,比亚迪拟筹划控股子公司比亚迪半导体分拆上市,并授权公司及比亚迪半导体管理层启动分拆比亚迪半导体上市的前期筹备工作。

  同时,2020年以来,芯能半导体、基本半导体、天狼芯、利普思、东微半导体等10多家功率半导体厂商也受到资本市场的青睐,并成功获得融资。

  随着金融市场的"热捧",中国的功率半导体产业链将进入快速发展阶段。中国电力半导体行业在未来3至5年有望实现长足发展,这得益于市场需求、国家政策、优秀人才、资本和技术等多种因素的催化作用。无论是从技术追赶难度系数、产业发展布局的合理性、外部要素的冲击性等多方面剖析,功率半导体都是未来有望实现更快国产替代的细分化行业之一。

  替代空间巨大  国内企业加速前进

  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70%的市场份额。英飞凌、意法半导体、赛米控等不仅是欧洲的代表企业,更在全球名列前茅;美国则有安森美、IR、凌力尔特等为其扬名立万;日本也是功率半导体器件的主要玩家,瑞萨、东芝、富士电机、罗姆闻名全球。而在需求端,全球约有39%的功率半导体器件产能被中国大陆所消耗,是全球最大的需求大国,但其自给率却仅有10%,严重依赖进口。

  而随着IGBT需求持续增长,行业出现"供需失衡"的情况,国内市场甚至出现"一芯难求"情况。自2020年年初起,国际IGBT大厂、代工厂均受疫情影响,产能供应不足的问题持续至今。但随着市场供应出现紧缺、涨价等问题,也给国产替代带来了新的机会。据了解,由于受到疫情影响,原本采用进口IGBT的厂商也因为供货不足,逐渐导入斯达半导、比亚迪半导体等国产供应商,国产替代苗头初现。

  依托于国内消费市场以及政策资本的助力,国内孕育了一批功率半导体厂商,涵盖各器件的设计、制造、封装环节,已形成相对完善的上下游产业链,在各器件领域相继涌现了一部分行业龙头。扬杰科技在二极管领域处于领先地位;捷捷微电在晶闸管领域处于行业龙头地位;功率MOSFET领域较为领先的有华润微、闻泰科技(收购安世半导体)、士兰微;斯达国内IGBT龙头,中车时代电气、比亚迪在IGBT领域也获得了广泛认可。代工方面,国内中芯国际、华虹半导体均有充分的技术和经验积累。

  近年来国内厂商加大研发投入,研发支出快速增长,多家厂商2020年度前三季度的研发支出已接近2019年全年水平,研发人员数量也呈快速增加趋势,持续的研发投入带来了国内功率半导体厂商的技术进步。部分功率半导体产品已达到与国外主流竞品的同等技术水平。比如,华润微已建立国内领先的Trench-FS工艺平台,具备600V-6500VIGBT工艺能力,在MOSFET方面可提供-100V至1500V的全系列产品。斯达半导拥有基于第六代TrenchFieldStop技术的1700VIGBT芯片及配套的快恢复二极管芯片技术。新洁能MOSFET国内领先,可提供12-250V沟槽型/500-900V超结/30-300V屏蔽栅MOSFET产品,性能接近英飞凌主流产品。

  在技术进步的同时,国内功率半导体厂商也不断加大投资建厂步伐,扩大产能以提升市场份额。如斯达半导投资2.5和2.2亿元用于新能源汽车用IGBT模块扩产项目和IPM模块项目,士兰微投资15亿元用于8英寸生产线,新洁能投资3.2亿元用于半导体功率器件封装测试产线。由此,国内厂商有望凭借技术进步、成本优势和快速响应能力实现国产替代、份额提升。而随着近年来功率半导体下游的汽车、工控、家电等领域细分市场增长迅速,国内诸如华润微等厂商已开始积极布局家电、工控和汽车领域的应用,斯达半导的IGBT产品已在汽车领域大规模应用。在细分市场高增速和国产替代浪潮的带动下,国内技术领先的功率半导体企业有望获得巨大的业绩弹性,迎来黄金的发展时期。

  国家统计局数据显示,2020年我国出口总额达8056亿元,同比增长15%;进口总额为24207亿元,同比增长14.8%。业内人士表示,中国是全球最大的集成电路市场,所需芯片又大量依赖进口,芯片缺货对国内电子企业带来不利影响。

  针对这种情况,近日多部门接连发声,加大对芯片产业的政策支持。科技部部长王志刚日前在国新办发布会上表示,将主要聚焦集成电路、软件、高端芯片、新一代半导体技术等领域的一些关键核心技术和前沿基础研究,利用国家重点研发计划等给予支持。工信部表示,中国政府将对芯片产业在国家层面上给予大力扶持,共同营造一个市场化、法治化和国际化的营商环境和产业发展的生态环境。不仅是部委层面,地方政府近期也在密集展开部署。3月11日,珠海高新区发布促进集成电路产业发展若干政策措施,提出引进培育产业人才、支持企业创新发展、支持产业链上下游联动发展、保障产业发展空间、支持重大产业项目落户、支持产业创新环境发展等措施。

  相关企业也积极行动起来。例如,小米公司表示将推出新款自研芯片;吉利汽车表示正在迅速推动国产品牌芯片的导入,以及自主研发设计的芯片,其自主研发的中控芯片将会在2023年实现装配上车。业内人士表示,本次芯片供应短缺将加速国内半导体供应链的本土化进程,促进产业化升级,目前国产替代已成为趋势。

  乘风而起  第三代半导体发展进入快车道

  半导体产业的发展历程,其先后经历了以硅(Si)为代表的第一代半导体材料,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料,在20世纪,这两代半导体材料为工业进步、社会发展做出了巨大贡献。而如今,以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化锌、金刚石、氮化铝为代表的第三代半导体虽处于初期阶段,但是市场已经显示出了巨大的需求。作为一类新型宽禁带半导体材料,第三代半导体材料在许多应用领域拥有前两代半导体材料无法比拟的优点,如具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点,可实现高压、高温、高频、高抗辐射能力。

  自贸易战以来,中美关系一直处于微妙状态,在传统的一、二代半导体行业,美国拥有绝对优势的技术、专利、市场份额,可以在任何一个环节打压中国,以华为为代表的企业从海外采购零部件和芯片制造技术正面临越来越多的困难。自主可控一直是当下内循环最重要逻辑。同时,随着物联网、大数据和人工智能驱动的新计算时代的发展,对半导体器件的需求日益增长,对器件可靠性与性能指标的要求也更加严苛。以碳化硅为代表的第三代半导体开始逐渐受到市场的重视,国际上已形成完整的覆盖材料、器件、模块和应用等环节的产业链,全球新一轮的产业升级已经开始。

  此外,2020年新基建的提出,让第三代半导体站上风口。在新基建的范畴中,5G、特高压、轨道交通、新能源汽车四个领域与第三代半导体息息相关。在5G基站领域,氮化镓是最具增长潜质的半导体材料之一,将加速渗透5G基站所需的射频功率放大器市场。新能源汽车行业是碳化硅市场最大的驱动力。根据Yole预测,在电动汽车上,到2024年SiC功率半导体市场规模将增长至20亿美元,其中,汽车市场占SiC功率半导体市场比重到2024年预计将达50%。

  碳化硅高温、高频、低损耗的特性,也将在特高压和轨道交通领域发挥作用。目前碳化硅已经在中低压配电网启动应用,未来,更高电压、更大容量、更低损耗的柔性输变电对万伏级以上的碳化硅功率器件存在大量需求。同时,将碳化硅应用于轨道交通牵引变流器,将推动牵引变流器装置的小型化、轻量化发展,减轻轨道交通的载重系统,推动轨道交通的绿色、智能化发展。

  为应对气候变化,我国提出,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现"碳中和"。第三代半导体相比硅器件可降低50%以上的能量损失,并减小75%以上的装备体积,是助力社会节能减排并实现"碳中和"目标的重要发展方向。"碳中和"趋势浪潮下,可提升能源转换效率的第三代半导体产业正在开启发展加速度,有望成为绿色经济的中流砥柱。

  在过去的两年,受益于整个半导体行业宏观政策利好、资本市场追捧、地方积极推进、企业广泛进入等因素,第三代半导体产业稳步发展,涌现了第三代半导体材料投资热潮。近期,闻泰科技全资子公司、全球功率半导体领先企业--安世半导体宣布与国内汽车行业龙头公司联合汽车电子有限公司(简称UAES)达成合作。双方将在功率半导体氮化镓(GaN)领域展开深度合作,满足未来新能源汽车电源系统对技术不断提升的需求,并共同推动GaN工艺技术在国内汽车市场的研发和应用。隶属于博世集团的罗伯特·博世创业投资公司(RBVC)已于近期完成对基本半导体的投资。资料显示,基本半导体是中国领先的碳化硅功率器件供应商之一。博世集团几日前在德累斯顿建设车用半导体芯片厂来生产车用传感器芯片,此次对基本半导体的投资也预示其有意在第三代半导体领域进一步涉足。

  除资本加持外,在第三代半导体的研发和生产方面,国内企业也进展频频:三安光电位于湖南的首个第三代半导体芯片厂房已顺利封顶,预计今年6月试投产;露笑科技已于近期实现6英寸碳化硅衬底片试生产,另公司自主研发的碳化硅长晶炉已实现销售,下游客户已陆续投产;海特高新硅基氮化镓产品已实现规模出货,公司的客户主要为芯片设计公司和模组公司。值得一提的是,三安光电此前早已推出了6英寸SiC晶圆代工制程,2020年初,该公司的氮化稼产能已达2000片/月,2020年年底已完成碳化硅MOSFET器件量产平台的打造。

  结语

  受疫情后期汽车、工业和移动通信等行业市场需求反弹因素推动,再加上"碳中和"概念倡导及相关政策支持,2021年,第三代半导体的成长动能有望持续上升。在市场规模日渐扩大的情况下,第三代半导体的应用场景正在不断拓展,目前已经从半导体照明等小批量应用走向了包括数据中心、新能源汽车等更广阔的市场。功率半导体应用日渐广泛,而中国作为全球最大的功率芯片市场,吸引了全球品牌厂商的关注,同时也给本土厂商创造了巨大的机会。第三代半导体作为新一代产品,国内外厂商基本站在同一起跑线上,中国企业有望实现弯道超车。
 
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