國(guó)產(chǎn)晶圓廠紛紛擴(kuò)產(chǎn)功率半導(dǎo)體，除了搶占電動(dòng)化賽道還要破除“瓶頸”
根據(jù)SEMI（國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)）最新統(tǒng)計(jì)，2022年至2026年間，全球晶圓廠產(chǎn)能將持續(xù)擴(kuò)張，達(dá)到96座晶圓廠，其中約76座為12英寸晶圓廠，其余20座為8英寸晶圓廠；從分布來看，新建晶圓廠趨勢(shì)仍向亞太地區(qū)傾斜，65座晶圓廠將位于亞太地區(qū)，其中26座位于中國(guó)大陸。
國(guó)內(nèi)晶圓廠陸續(xù)擴(kuò)產(chǎn)功率半導(dǎo)體
中國(guó)大陸的這26家晶圓廠主要專注于擴(kuò)大功率半導(dǎo)體和成熟的工藝產(chǎn)能。
晶圓代工龍頭中芯國(guó)際在未來5至7年內(nèi)將有約34萬片晶圓產(chǎn)能的12英寸生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目，其中包括深圳、北京、上海等地項(xiàng)目。此外，中芯國(guó)際子公司還投資建設(shè)了一條12英寸特色工藝中試生產(chǎn)線，位列紹興項(xiàng)目三期（計(jì)劃于2023年竣工），該生產(chǎn)線主要生產(chǎn)IGBT、SJ等功率芯片，以及BCD等功率驅(qū)動(dòng)芯片。
中芯國(guó)際紹興項(xiàng)目總投資42億元，目標(biāo)建設(shè)一條涵蓋研發(fā)和月產(chǎn)萬片晶圓的12英寸專業(yè)化工藝中試生產(chǎn)線。以三期項(xiàng)目為基礎(chǔ)，未來2-3年計(jì)劃投資222億元建設(shè)月產(chǎn)10萬片晶圓的12英寸數(shù)?；旌闲酒圃祉?xiàng)目。
華虹無錫工廠二期也于近期開始建設(shè)，該工廠投資額達(dá)67億美元，計(jì)劃新增一條12英寸專用工藝芯片生產(chǎn)線，月產(chǎn)能8.3萬片晶圓。預(yù)計(jì)一期、二期建成后，該基地可達(dá)到月產(chǎn)能18萬片晶圓。
華虹表示，重點(diǎn)關(guān)注“特色I(xiàn)C+功率分立器件”工藝的需求，正在對(duì)汽車級(jí)芯片、非易失性存儲(chǔ)器（NVM）、電源管理和電源組件等工藝進(jìn)行深入規(guī)劃和研發(fā)，目標(biāo)是繼續(xù)增強(qiáng)其在新能源汽車（NEV）、物聯(lián)網(wǎng)、新能源和智能終端設(shè)備方面的應(yīng)用。
近期，正在籌備科創(chuàng)板IPO的華虹計(jì)劃募資總額180億元，用于投資無錫項(xiàng)目、8英寸晶圓廠優(yōu)化升級(jí)、創(chuàng)新研發(fā)等，還有專業(yè)流程和流動(dòng)性補(bǔ)充項(xiàng)目。
華虹近期獲得了大基金（國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金）二期資金資助，該基金將出資至多30億元人民幣，成為華虹的戰(zhàn)略投資者。未來，當(dāng)華虹完成IPO時(shí)，大基金將成為其主要股東之一。
根據(jù)IC Insights 2021年全球晶圓代工廠營(yíng)收排名數(shù)據(jù)，華虹半導(dǎo)體排名第六，是中國(guó)大陸最大的以專業(yè)化工藝為主的晶圓代工廠。到2022年底，月產(chǎn)能達(dá)到32.4萬片晶圓（相當(dāng)于8英寸晶圓）。其產(chǎn)能位居中國(guó)大陸第二，僅次于中芯國(guó)際。
長(zhǎng)期深耕MOSFET、IGBT等功率半導(dǎo)體的華潤(rùn)微電子，產(chǎn)能也在不斷增長(zhǎng)。華潤(rùn)微電子目前擁有3條6英寸和2條8英寸生產(chǎn)線，還擁有兩條12英寸生產(chǎn)線，一條已投入使用，另一條正在建設(shè)中，分別是重慶12英寸晶圓制造生產(chǎn)線和深圳12英寸專業(yè)模擬生產(chǎn)線，規(guī)劃月產(chǎn)能分別為3萬臺(tái)和4萬臺(tái)。
華潤(rùn)微電子表示，2023年，重慶12英寸生產(chǎn)線和先進(jìn)封裝測(cè)試基地的重點(diǎn)將是MOSFET、IGBT等功率器件，覆蓋中低壓到超高壓，容量也在不斷增加。深圳12英寸生產(chǎn)線預(yù)計(jì)2024年建成，計(jì)劃專注于電源IC和MCU，這些重大項(xiàng)目都是為了滿足當(dāng)?shù)匦履茉雌嚭吞柲苁袌?chǎng)的需求。
盡管從2022年開始，半導(dǎo)體行業(yè)已從“供應(yīng)短缺”轉(zhuǎn)向“訂單取消”，但在功率半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是IGBT芯片仍然出現(xiàn)短缺。業(yè)內(nèi)人士指出，中國(guó)大陸高端功率芯片，特別是太陽能、電動(dòng)汽車等新興產(chǎn)業(yè)，仍面臨供應(yīng)短缺的問題。
汽車電動(dòng)化大勢(shì)所趨，功率半導(dǎo)體深度受益
車載功率半導(dǎo)體穩(wěn)健發(fā)展，離不開高壓平臺(tái)應(yīng)用的助推。整車動(dòng)力電池電壓平臺(tái)有 望將逐漸從現(xiàn)有的 400V 升級(jí)到 800V 系統(tǒng)，以滿足消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車的長(zhǎng)續(xù)航、快速充 電等期待，而這將對(duì)功率半導(dǎo)體的性能參數(shù)提出了更高的要求，中高壓功率器件如 SJMOSFET、IGBT和碳化硅 MOSFET將會(huì)在車端大量應(yīng)用，其單車價(jià)值量有望繼續(xù)提升。 據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)縱橫數(shù)據(jù)，混動(dòng)和純電動(dòng)汽車上功率半導(dǎo)體價(jià)值量分別占單車半導(dǎo)體 總價(jià)值的 40%和 55%。據(jù)英飛凌統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，純電動(dòng)汽車半導(dǎo)體價(jià)值量預(yù)估在 1000 美元 左右，而功率半導(dǎo)體達(dá) 550-600 美元左右。而車載功率半導(dǎo)體中最具代表的即 IGBT 和 MOSFET。
車規(guī)功率半導(dǎo)體需求強(qiáng)勁，電動(dòng)化與高壓化是兩大重要推動(dòng)力。隨著汽車電動(dòng)化、高 壓化逐步滲透，功率半導(dǎo)體在電動(dòng)汽車上單車價(jià)值量有望進(jìn)一步提高。
在傳統(tǒng)燃油車上，單車功率半導(dǎo)體價(jià)值量在 71 美元左右。且主要以中、低壓 MOSFET 應(yīng)用為主，比如在車門、車窗、座椅調(diào)節(jié)、后視鏡、儀表、影音、HUD、 自動(dòng)啟停、雨刷、天窗、轉(zhuǎn)向 ECU、制動(dòng) ECU、安全氣囊、空調(diào)電動(dòng)水泵、座 艙儀表燈、前后視大燈驅(qū)動(dòng)等涉及電機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)景大量使用。MOSFET 單車用 量超 100 顆。比如單個(gè)轉(zhuǎn)向 ECU 中使用數(shù)量達(dá) 8 顆。平均單價(jià) 2-10 元人民幣 不等。
電動(dòng)汽車包括純電動(dòng)，插電混動(dòng)，混動(dòng)（中混和強(qiáng)混）等。在此類汽車上， 電機(jī)驅(qū)動(dòng)、照明、熱管理、電動(dòng)汽車主驅(qū)逆變器、DC/DC、升壓器和 OBC （車載充電器）等產(chǎn)品將依據(jù)各自的工作功率大小，選擇不同的功率半導(dǎo)體 器件。高、中、低壓硅基 MOSFET、IGBT 和 SiC MOSFET 均有廣泛使用。
不同類型的功率半導(dǎo)體分立器件和模塊，在汽車上都能找到應(yīng)用的落腳點(diǎn)。車載功 率半導(dǎo)體種類多，在做選型時(shí)，成本和效率是最關(guān)鍵的兩大要素。首先需要考慮需要多大 功率，再去匹配多大的電壓和電流，再結(jié)合系統(tǒng)效率和成本最終設(shè)計(jì)出一套最優(yōu)方案。功 率半導(dǎo)體分立器件和模塊根據(jù)在車上不同的系統(tǒng)應(yīng)用，則選用不同規(guī)格的器件。 由此可見，功率半導(dǎo)體在電動(dòng)汽車上應(yīng)用場(chǎng)景非常廣泛。不同種類，不同規(guī)格的 產(chǎn)品都能匹配到不同的系統(tǒng)應(yīng)用。電動(dòng)汽車銷量穩(wěn)健增長(zhǎng)，最先獲益的有望是當(dāng)前具 代表性的功率半導(dǎo)體——硅基 MOSFET、IGBT 以及碳化硅。
產(chǎn)業(yè)鏈上下游不斷協(xié)同
我國(guó)汽車功率半導(dǎo)體發(fā)展起步較晚，產(chǎn)業(yè)鏈尚不健全，上游的襯底、外延、晶圓、封裝、測(cè)試，中游的電機(jī)、電控，下游的整車，以及關(guān)鍵材料、裝備、軟件、工藝等產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)還沒有形成協(xié)同創(chuàng)新、協(xié)同發(fā)展的局面。
為抓住機(jī)遇，共促汽車功率半導(dǎo)體發(fā)展，形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在工信部裝備一司、電子司的指導(dǎo)下，在產(chǎn)業(yè)鏈主要企業(yè)的支持下，汽車功率半導(dǎo)體分會(huì)在汽車芯片創(chuàng)新聯(lián)盟組織下正式設(shè)立，以促進(jìn)功率半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展為總體目標(biāo)，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建創(chuàng)新鏈促進(jìn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同合作，加快關(guān)鍵技術(shù)的快速突破，構(gòu)建有競(jìng)爭(zhēng)力的車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。
“值得一提的是，近年來，以碳化硅、氮化鎵等材料為代表的化合物半導(dǎo)體因其寬禁帶、高飽和漂移速度、高臨界擊穿電場(chǎng)等優(yōu)異的性能而飽受關(guān)注?！睆堈骈胚€向記者表示，碳化硅功率器件受下游新能源汽車等行業(yè)需求拉動(dòng)，市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)快速。
根據(jù)IHS數(shù)據(jù)，受新能源汽車行業(yè)龐大的需求驅(qū)動(dòng)，以及光伏風(fēng)電和充電樁等領(lǐng)域?qū)τ谛屎凸囊筇嵘挠绊?，預(yù)計(jì)到2027年碳化硅功率器件的市場(chǎng)規(guī)模將超過100億美元，2018-2027年的復(fù)合增速接近40%。
博世中國(guó)執(zhí)行副總裁徐大全表示，碳化硅芯片在未來2至3年都呈現(xiàn)供不應(yīng)求的態(tài)勢(shì)，博世持續(xù)在中國(guó)尋找合作伙伴來布局新產(chǎn)能。
“碳化硅處于汽車應(yīng)用的起步階段，需不斷提升碳化硅功率器件的生產(chǎn)制造良品率，滿足車規(guī)級(jí)量產(chǎn)質(zhì)量要求?！币黄邪l(fā)總院功率電子開發(fā)部部長(zhǎng)趙永強(qiáng)則表示，碳化硅應(yīng)用于車輛屬于系統(tǒng)工程，需要整車、零部件、原材料生產(chǎn)企業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈共同合作，中國(guó)整車同行給國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體試錯(cuò)中改進(jìn)的機(jī)會(huì)。
碳化硅芯片加速降成本
從去年以來，新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅速，芯片需求大增，導(dǎo)致缺芯問題影響了產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展，也成為不少企業(yè)的困擾。
對(duì)此，奇瑞汽車研發(fā)總院芯片規(guī)劃總監(jiān)郭宇輝向《證券日?qǐng)?bào)》記者表示，今年結(jié)構(gòu)性缺芯情況還存在，功率半導(dǎo)體只是其中一種，計(jì)算機(jī)類、控制類等也都存在短缺情況，半導(dǎo)體投資需要18-32個(gè)月的建設(shè)周期，從去年開始很多半導(dǎo)體廠商開始建廠，但到2025年才能真正釋放出產(chǎn)能。
郭宇輝還提到，目前電動(dòng)車前后驅(qū)都使用碳化硅功率半導(dǎo)體的成本太高，行業(yè)共識(shí)是只有20萬元以上的電動(dòng)車才會(huì)用碳化硅功率半導(dǎo)體。目前國(guó)內(nèi)碳化硅原材料都是來自進(jìn)口，國(guó)內(nèi)還沒有大規(guī)模供應(yīng)。
據(jù)了解，三安半導(dǎo)體投資160億元的長(zhǎng)沙碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合超級(jí)工廠，2021年6月一期工程投產(chǎn)，6英寸碳化硅晶圓產(chǎn)能爬坡至20萬片/年，二期工程預(yù)計(jì)2023年完工，達(dá)產(chǎn)后年產(chǎn)能50萬片6英寸碳化硅晶圓。
張真榕向記者表示，行業(yè)結(jié)構(gòu)性缺芯確實(shí)存在，但這其中有危有機(jī)，公司也正在抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，不斷降低碳化硅的成本，并加速規(guī)?；瘧?yīng)用，三安碳化硅功率半導(dǎo)體有望在今年四季度正式“上車”。價(jià)格下降來源于創(chuàng)新，一是生產(chǎn)技術(shù)良率要提升，二是整個(gè)設(shè)備原材料的國(guó)產(chǎn)化和技術(shù)創(chuàng)新也會(huì)帶來成本降低。
郭宇輝也表示，具體到奇瑞方面的芯片應(yīng)用，一方面是加速國(guó)產(chǎn)化，另一方面是保證供應(yīng)鏈安全，在缺芯的時(shí)候能找到替代方案。
