新能源“東風(fēng)”下的第三代半導(dǎo)體

　　過去一段時間，盡管全球消費電子市場持續(xù)低迷，存儲芯片等各類半導(dǎo)體零部件的需求明顯減少，但廣泛用于光伏、風(fēng)電等領(lǐng)域的功率半導(dǎo)體市場卻異常熱鬧。特別是在能源轉(zhuǎn)型的巨大需求之下，圍繞第三代半導(dǎo)體的加碼與爭奪愈演愈烈，原有巨頭紛紛擴產(chǎn)，新勢力試圖涌入。

　　所謂第三代半導(dǎo)體，指的是以碳化硅(SiC)、氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，與前兩代半導(dǎo)體材料相比，具備高頻、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優(yōu)越性能，因此在新能源車、光伏、風(fēng)電、5G基站、高鐵等領(lǐng)域有著很大應(yīng)用潛力。以SiC為例，從發(fā)電到輸配電以及儲能再到用電的能源轉(zhuǎn)換鏈視角來看，其在光伏發(fā)電方面能夠降低系統(tǒng)成本，減小系統(tǒng)體積，提升輸出功率;在軌道牽方面能夠?qū)崿F(xiàn)10% 節(jié)能，提高系統(tǒng)效率;對于儲能系統(tǒng)，也能夠降低損耗，提升電池系統(tǒng)的能量密度。

　　“不管是哪個應(yīng)用領(lǐng)域，以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體應(yīng)用邏輯是相通的：雖然單個器件成本提高，但同時帶來體積重量減小、系統(tǒng)成本降低以及性能提升，而在最主要的新能源車行業(yè)和更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，目前SiC都是供不應(yīng)求的狀態(tài)，如果看未來的需求增長，首先車規(guī)市場的體量肯定要遠(yuǎn)大于工業(yè)市場，但在增長率上，包含新能源領(lǐng)域在內(nèi)的工業(yè)市場可能更快。”近日，英飛凌科技高級副總裁、零碳工業(yè)功率事業(yè)部大中華區(qū)負(fù)責(zé)人于代輝在接受21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者專訪時表示。

　　并行發(fā)展

　　今年以來，盡管半導(dǎo)體行業(yè)處于逆周期，但800V汽車電驅(qū)系統(tǒng)、高壓快充樁、消費電子適配器、數(shù)據(jù)中心及通訊基站電源等細(xì)分市場的快速發(fā)展，持續(xù)推升著第三代功率半導(dǎo)體的市場需求。

　　“低碳化與數(shù)字化浪潮是未來十年重塑世界的主要力量，高能效和互聯(lián)世界將持續(xù)推動對半導(dǎo)體的需求，很多終端市場都能夠看到強勁的結(jié)構(gòu)性增長，比如在能源效率領(lǐng)域，以光伏、風(fēng)電為代表的可再生能源發(fā)電，以充電樁、儲能為代表的電力基礎(chǔ)設(shè)施，以及以高鐵、新能源汽車、電動卡車為代表的交通等。”于代輝對記者表示。

　　其中，新能源車是第三代半導(dǎo)體材料需求量最大的應(yīng)用市場，例如在800V汽車電驅(qū)系統(tǒng)、高壓快充樁等場景中，SiC功率半導(dǎo)體器件可以大大減小電機控制器的體積和重量，提升能量轉(zhuǎn)換效率，尤其在特斯拉“吃螃蟹”地將碳化硅模組應(yīng)用到Model 3車型的逆變器和車載充電器后，其它電動汽車廠也紛紛跟進。

　　不過由于產(chǎn)能受限，今年3月，當(dāng)特斯拉宣布下世代電動車將大砍75%的SiC用量，作為行業(yè)風(fēng)向標(biāo)的特斯拉無疑是向市場拋出了一個重磅炸彈，不過在SiC優(yōu)異性能和供不應(yīng)求的市場表現(xiàn)下，這并沒有撼動SiC的“明日之星”身份。

　　與此同時，更耐高溫、更耐高壓以及更優(yōu)的性能也讓更多的工業(yè)領(lǐng)域向SiC迭代。例如光伏、風(fēng)電和儲能逆變器，耐高壓的SiC器件有望大量應(yīng)用于大功率組串和集中式逆變器當(dāng)中，GaN功率器件則更多應(yīng)用于至高5kW的住宅用微型逆變器中，兩者都可以有效提升能量轉(zhuǎn)換效率，提升設(shè)備循環(huán)壽命。

　　要指出的是，由于傳統(tǒng)硅基器件價格僅為寬禁帶材料的1/4到1/3，對于許多把頂尖性能和外形因素放在次要位置的應(yīng)用，硅基半導(dǎo)體仍然頗具競爭力。于代輝告訴記者，在硅基功率半導(dǎo)體芯片等應(yīng)用領(lǐng)域，伴隨著芯片和封裝技術(shù)不斷進步，硅器件的性能和功率密度越來越高，并且在針對不同應(yīng)用開發(fā)產(chǎn)品時，可以進行特別優(yōu)化處理以提升其在系統(tǒng)中的表現(xiàn)，從而更進一步地提高系統(tǒng)性能和性價比。

　　“因此第三代半導(dǎo)體的發(fā)展進程，必然是與硅器件相伴而行，在技術(shù)發(fā)展的同時，還有針對不同應(yīng)用的大規(guī)模商業(yè)化價值因素的考量，期望第三代器件很快在所有應(yīng)用場景中替代硅器件是不現(xiàn)實的。”于代輝表示。

　　新能源東風(fēng)

　　相比于話題感拉滿的新能源車，第三代半導(dǎo)體在新能源領(lǐng)域的討論略顯低調(diào)。

　　不過這并不影響新能源領(lǐng)域應(yīng)用的火熱。以英飛凌為例，根據(jù)最新的2023財年第二季度財報，截至2023年3月31日，英飛凌當(dāng)季收入同比增長25%達到41.19億歐元，其中，汽車和工業(yè)電源市場作為主要支撐，已經(jīng)幫助英飛凌業(yè)績卻連續(xù)多個季度保持堅挺，也因此在消費電子市場持續(xù)未見回暖的情況下，英飛凌還是將2023年的收入預(yù)期從155億歐元提升至165億歐元。

　　今年4月，英飛凌將四大業(yè)務(wù)部門之一的工業(yè)功率控制事業(yè)部更名為零碳工業(yè)功率事業(yè)部，作為該部門大中華區(qū)負(fù)責(zé)人的于代輝也向記者直言道，綠色能源是其業(yè)務(wù)增長的關(guān)鍵驅(qū)動力，覆蓋了從發(fā)電到輸電、再到儲能和用電的電力行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，應(yīng)用領(lǐng)域涉及可再生能源、電動汽車充電、工業(yè)電源、列車、電動商用車輛和家用電器等。他介紹道：“據(jù)估算，在風(fēng)電領(lǐng)域，英飛凌的產(chǎn)品在國內(nèi)超過87,000臺風(fēng)力發(fā)電機上都有應(yīng)用，這些風(fēng)力發(fā)電機的年發(fā)電量可滿足4.7億人的居民用電需求，大概是占1/3的總?cè)丝?。在太陽能發(fā)電領(lǐng)域，英飛凌的產(chǎn)品也運用于總計超過160GW的光伏發(fā)電機組中，裝機容量約等于7座三峽水電站。”

　　根據(jù)國際能源署在《2023年電力市場報告》，盡管全球電力需求持續(xù)提速上升，但全球與發(fā)電相關(guān)的碳排放量在2023～2025年間將趨于平穩(wěn)，可再生能源和核能將滿足90%以上的增量電力需求。其中，可再生能源在全球電力結(jié)構(gòu)中的占比將從2022年29%上升到2025年35%。

　　爆發(fā)的可再生能源如何更好地融入減碳規(guī)劃，實際上對從能源生產(chǎn)、運輸、儲存到使用的各個環(huán)節(jié)都提出更高的要求。“碳化硅器件的應(yīng)用潛力貫穿于整個能源轉(zhuǎn)換鏈，可以為鏈條中的諸多應(yīng)用，提供性能改善的空間，為實現(xiàn)長期的全球節(jié)能目標(biāo)做出巨大貢獻。”于代輝分析指出。

　　國際能源署預(yù)測，2030年全球光伏能源會達到5000GW。現(xiàn)在全球的裝機容量不到1000GW。這意味著在未來的七八年內(nèi)，平均每年光伏能源的裝機容量要達到500GW，風(fēng)電大概在2030年實現(xiàn)3000GW，未來新能源領(lǐng)域的投資預(yù)計會達到6000億美金。另外在儲能需求上，國際能源署預(yù)估在到2030年就會有660GW的儲能需求，同時隨著新能源車的不斷普及，還會建設(shè)超過3200萬的充電樁，這也意味著第三代半導(dǎo)體在新能源領(lǐng)域有足夠大的市場需求承接。

　　行業(yè)機構(gòu)CASA Research數(shù)據(jù)顯示，2020年碳化硅功率器件在光伏逆變器的滲透率為10%，隨著光伏電壓等級的提升，碳化硅功率器件的滲透率將不斷提高，預(yù)計2048年將達到85%的滲透率。

　　市場研究機構(gòu)TrendForce也在《2023 SiC功率半導(dǎo)體市場分析報告》指出，頭部半導(dǎo)體廠商等與汽車、能源廠商合作項目明朗化將推動2023年整體SiC功率元件市場規(guī)模達22.8億美元，年成長41.4%。同時，受惠于下游應(yīng)用市場的強勁需求，TrendForce預(yù)期，至2026年SiC功率元件市場規(guī)?？赏_53.3億美元，其主流應(yīng)用仍倚重電動汽車及可再生能源。

　　而在談到部門更名時，于代輝則對記者表示，“能源供給和出行的低碳化將進一步加速可再生能源、電網(wǎng)擴展和充電基礎(chǔ)設(shè)施的增長，我們在風(fēng)能和太陽能領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，公司的功率半導(dǎo)體為整個能源轉(zhuǎn)換鏈樹立了更高的效率標(biāo)準(zhǔn)。這代表著巨大的增長潛力，我們也正借助此次更名為這一潛力正名。”

　　加速產(chǎn)能布局

　　值得注意的是，不管是新能源車，還是風(fēng)光儲能，中國都是最大的市場，而這也同樣反映在第三代半導(dǎo)體需求上。

　　例如，在英飛凌的全球營收結(jié)構(gòu)中，大中華區(qū)成為英飛凌業(yè)務(wù)增長的主要貢獻力量，其2022財年142億歐元收入中，大中華區(qū)貢獻37%，是英飛凌營收占比最高的區(qū)域。

　　“中國在新能源汽車、風(fēng)電、光伏等諸多新興行業(yè)領(lǐng)跑市場，而英飛凌的定位是提供系統(tǒng)解決方案，因此我們會密切關(guān)注市場涌現(xiàn)的新應(yīng)用機會，并通過整合全球資源和組建本地化的應(yīng)用系統(tǒng)方案團隊，幫助本土客戶把握市場機會快速成長。”于代輝對記者表示。

　　同時，包括英飛凌、意法半導(dǎo)體、安森美在內(nèi)的各大半導(dǎo)體廠商都紛紛加緊布局和擴大相關(guān)產(chǎn)能，轟轟烈烈的SiC擴產(chǎn)之風(fēng)仍在持續(xù)席卷全球。此外，各大半導(dǎo)體巨頭紛紛牽手國內(nèi)供應(yīng)商，多元化供應(yīng)鏈成為SiC晶圓和晶錠的穩(wěn)定供應(yīng)的保障。

　　“我們對中長期的需求有信心，并且它超過了行業(yè)目前可用和長期預(yù)測產(chǎn)能，我們客戶當(dāng)前的需求以及預(yù)期需求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了我們目前的產(chǎn)能。”于代輝表示。英飛凌計劃到2027年SiC產(chǎn)能增長10倍，SiC業(yè)務(wù)銷售額將增長至約30億歐元，并在未來十年內(nèi)將公司在碳化硅領(lǐng)域的市場份額提高到30%。

　　在實際業(yè)務(wù)布局上，2022年，英飛凌宣布馬來西亞居林工廠投資逾20億歐元建造第三個廠區(qū)，擴大碳化硅和氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體的產(chǎn)能，新工廠計劃于2024年投產(chǎn)。同時，位于奧地利的菲拉赫工廠將通過對現(xiàn)有硅設(shè)備進行改造等方式，將現(xiàn)有的150毫米和200毫米硅生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換為碳化硅和氮化嫁生產(chǎn)線。

　　今年5月，英飛凌還分別與國內(nèi)碳化硅材料供應(yīng)商天科合達、天岳先進簽訂長期協(xié)議，以獲取高質(zhì)量且具有競爭力的6英寸SiC晶圓和晶錠，兩家公司的供應(yīng)量皆預(yù)計將占到英飛凌長期需求量的兩位數(shù)份額。

　　“相比于傳統(tǒng)硅基芯片，SiC是最近二十年才出現(xiàn)的新技術(shù)，市場需求乃至格局也還在變化中，包括國內(nèi)廠商也可以有一些后發(fā)優(yōu)勢，而未來SiC市場的競爭，首先還是圍繞技術(shù)創(chuàng)新，其次就是產(chǎn)能的靈活度，比如疫情中新能源車的消費需求下滑時，企業(yè)可能就需要將產(chǎn)能切換到諸如居家場景中的一些產(chǎn)品，當(dāng)新的需求出現(xiàn)，企業(yè)的產(chǎn)能能不能跟上，規(guī)模效應(yīng)就是一個很重要的優(yōu)勢。”于代輝對記者表示。

　　“我們也會根據(jù)市場的動態(tài)變化不斷調(diào)整本土策略，以適應(yīng)市場和客戶發(fā)展的需求。只有真正成為碳化硅技術(shù)的創(chuàng)新合作伙伴，針對市場需求和客戶遇到的挑戰(zhàn)提供最終的解決方案才能走的更遠(yuǎn)。”于代輝補充道。

　　來源：21世紀(jì)經(jīng)濟報道