关于IGBT和SiC,业界一直有个隐忧,随着IGBT渐逼硅材料的性能极限,第三代半导体材料 SiC 被看作是IGBT在未来电动车的新挑战者。但据业内人士分析到,“SiC就像一个聪明而又个性极强的少年,优点突出,缺点同样突出。IGBT更像一个持重而成熟的青年,可以扛起功率器件的重担。”所以鉴于两者的分工不同,华为在IGBT和SiC上双管齐下也是明智的选择。华为最早传出要做的功率器件是IGBT。IGBT是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,而华为作为UPS电源的龙头企业,在全球数据中心占据第一的市场份额,所以IGBT是华为UPS电源的核心部件。此外,作为国家战略性新兴产业,IGBT在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。随着新能源汽车、轨道交通及智能电网的发展,IGBT需求迎来大幅增长。功率器件是新能源汽车电控系统中最核心的电子器件之一,新能源汽车中功率器件的价值量约为传统燃油车的5倍以上,尤其是IGBT约占新能源汽车电控系统成本的37%。除了IGBT之外,据了解,华为也在研发SiC。这两年,由于SiC独有的优良特性,车厂陆续开始导入SiC器件。而关于华为在汽车上的布局早已路人皆知,华为不造车,聚焦ICT技术,帮助车企造好车。华为致力于成为面向智能网联汽车的增量部件供应商。研发IGBT和SiC也是华为做好汽车部件供应商的一个方向。不过就目前来看,车用功率半导体器件中,仍以硅基IGBT为主,而SiC基MOSFET代表着未来,因为它性能更强,但目前推广的最大障碍就是高成本。然而,随着整车动力电池包越来越大、电机最大功率/峰值扭矩越来越高,SiC基MOSFET的优势就越显著。SiC功率器件也在加速融入车载充电器领域,已有多家厂商推出了面向HEV/EV等电动汽车充电器的SiC功率器件。据Yole统计,这一市场在2023年之前可保持44%的增长速度。功率SiC的长期演变(来源:Yole)在投资领域,华为旗下的哈勃科技投资有限公司去年投资了我国第三代半导体材料碳化硅龙头企业山东天岳先进材料科技有限公司,持股 10%。2020年7月,华为还投资了东微半导体,主要有高压GreenMOS系列、中低压SGTMOS系列、IGBT系列三大系列产品,广泛应用于快速充电器、充电桩应用、开关电源、直流电机驱动、光伏逆变器。
最后让我们系统的看看国内功率半导体,主要是IGBT、SiC以及GaN的产业链情况。首先让我们看向整个IGBT产业链,国内的IGBT在芯片设计、晶圆制造、模块封装等整个产业链基本都已有布局,但却仅处于初步阶段,尤其是晶圆制造、背板减薄和封装工艺是IGBT制造技术的主要难点,这方面与国外差距较大。国内的IGBT整个产业链梳理(制表:半导体行业观察)而在整个SiC领域,在SiC衬底和外延方面,国内仍然是以4英寸为主,已开发出6英寸产品并实现小批量供货。总体来看,与国外相比,国内碳化硅产业整个价值链的各个环节都有差距,可能整体水平差距在5年左右。国内SiC 二极管与国外最先进的水平相比较,大约差1代,落后大约2至3年,差距不算特别大,在可见的未来是完全可以追上的。但这还需要国内整个价值链上下游同时发力,才能取得进步。国内的SiC整个产业链梳理(制表:半导体行业观察)根据RESEARCH AND MARKETS发布的“氮化镓半导体器件市场2023年全球预测”称,氮化镓器件市场预计将从2016年的165亿美元,增长至2023年的224.7亿美元,年复合增长率为4.51%。GaN产业链包括上游的材料(衬底和外延)、中游的器件和模组、下游的系统和应用。在国内GaN逐步扩大的市场带动下,上、中、下游各环节均开始出现大批厂商。国内的GaN整个产业链梳理(制表:半导体行业观察)