《半導體芯科技》雜志文章

功率電子行業正在不斷發展以滿足能源和可持續發展的需求。Yole Group 旗下的 Yole Intelligence 在其《功率電子行業現狀報告》（Status of the Power ElectronicsIndustry report）中提供了最新信息，報告研究了功率器件行業的關鍵驅動因素和新技術發展，并分析了晶圓和器件需求與制造能力的演變。

報告預計：到2028 年，全球功率器件市場將增長至333 億美元；該行業的主要驅動因素包括純電動和混合動力電動汽車 (xEV)、可再生能源和工業電機；其中SiC 市場份額將持續擴大；隨著 IDM 和代工廠的大規模前端投資可能會推動行業產能超出需求。

功率電子器件的主要市場驅動力之一是交通和工業發展過程中的電氣化。電力消耗的增加導致需要更多的電力來源，例如風力渦輪機和太陽能光伏裝置，所有這些都需要功率電子器件。提高效率的需要導致使用更新的器件、材料和封裝來減少能源消耗。

除了通過廣泛采用電動汽車（EV）和利用綠色出行解決方案實現大幅減少CO2 的排放以外，整合光伏和風能等可再生能源，也有助于促進環境的可持續性。另一個可持續性考慮因素是本地供應，以減少地緣政治沖突期間對原材料和能源進口的依賴，正如我們所看到的，俄羅斯和烏克蘭沖突以及中美貿易摩擦影響了供應。

圖1：2018-2028不同材料的功率電子市場發展

晶圓廠產能

功率器件市場總額預計將從 2023 年的約 230 億美元快速增長到 2028 年的 333 億美元。這需要建立新的制造能力。各種戰略投資將基于現有產能和預期所需的器件數量，以及硅、SiC 和 GaN 在各種應用中的份額而做出決策。

為了滿足產量需求，硅器件廠商需要不斷發展，并且有一種強烈的趨勢是轉向 300 毫米生產線，以增加產能并降低每個裸芯片的成本。硅晶圓也可用于其他微電子器件（例如傳感器），與將碳化硅晶圓從 150 毫米過渡到 200 毫米相比，這將使投資硅晶圓 300 毫米設備的決定風險更低。

Yole Intelligence 功率電子團隊首席分析師AnaVillamor 表示：根據相關公司的公告，我們預計在未來 5年內，在現有每年 5600 萬片 8 英寸等效晶圓開工量 (WaferStarts Per Year, WSPY) 的基礎上，每年將增加 2500 萬片 8英寸等效晶圓開工量 (WSPY)。這是一個非常大的投資周期，無疑是功率電子行業有史以來最大的投資周期。

圖2：功率電子未來幾年的產能發展

集成器件制造商（IDM，如英飛凌、博世、東芝、Nexperia、CR Micro 等） 和代工廠（中芯國際、華虹宏力……） 都已決定轉向 300毫米晶圓。英飛凌、Alpha &Omega、博世、安森美和士蘭微等一些廠商已經開始生產300 毫米晶圓，而包括意法半導體在內的一些其他廠商于2023 年開始量產，更多公司將在 2024—2026 年開始量產。

圖3：功率電子領域主要供應商

2021 年，英飛凌科技與博世擴大了300 毫米晶圓廠產能，并宣布了進一步擴大300 毫米產能的計劃。其他參與者也會效仿，包括許多中國公司（例如比亞迪的大量投資）。預計 2024 年至 2026 年，中國企業在本地電動汽車市場的生產方面將比歐洲或美國企業更快。

SiC 方面，主要受電動汽車領域的推動，到2028 年，SiC 器件將占功率電子器件市場價值的25% 左右。GaN功率器件市場主要由消費類快速充電器以及智能手機和電腦適配器驅動。SiC 的采用速度比 GaN 快，后者起步稍晚，但兩者都在從傳統硅技術市場中獲得份額。

就 SiC 而言，SiC 晶圓成本和可用性一直是主要問題，晶圓和器件之間的供應鏈存在大量垂直整合。大型企業 Wolfspeed、安森美、羅姆半導體和意法半導體在整個供應鏈中運營，從晶錠/ 襯底、外延、芯片加工到二極管/ 晶體管設計，而來自中國的小型企業，如 TankeBlue（天科合達）和 SICC（山東天岳），則在 SiC 晶錠/ 襯底領域運營。一些 SiC 器件制造商（英飛凌、博世……）依賴外部供應 SiC 晶圓。

中國企業在SiC 晶圓層面的市場份額正在逐步擴大，并計劃在未來5年內增加大量產能，目標是到2027年占總產能的40% 以上。

根據工廠利用率、產量和晶圓質量，中國供應商可能會以較低的價格大量供應碳化硅晶圓。因此，預計SiC 晶圓需求/ 供應情況的逆轉將會改變 SiC 和硅器件業務的游戲規則。更便宜的 SiC 器件的出現不僅會影響具有高成本結構的 SiC 廠商，還會加速 SiC 器件作為硅器件替代品在許多應用中的采用。

隨著裸芯片產量大幅增加，封裝領域的投資也必須隨之增加，以避免未來潛在的瓶頸，尤其是功率模塊封裝。

一些公司已經開始進行封裝合作，而另一些公司則進行內部投資以提高封裝產能。英飛凌科技、意法半導體和日月光集團已經在封裝方面投資20億~40 億美元，預計這一投資將繼續增加，以滿足市場對于功率器件需求。

審核編輯 黃宇