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功率半导体是日本强项,中国摩拳擦掌


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功率半导体是日本强项,中国摩拳擦掌

2021/10/26

 

半导体

      在半导体成为全球焦点之际,功率半导体也受到关注。功率半导体被称为“节能的幕后英雄”,日本企业抓住少量多品种的定制需求,维持了竞争力。功率半导体至今是技术准入门槛比较高、规模也不太大的特殊市场,但随着来自纯电动汽车(EV)等的需求扩大,有望维持较快增长。中国企业也摩拳擦掌。

   

  “这是最好的时机”,8月3日世界最大功率半导体厂商德国英飞凌科技(Infineon Technologies AG)的总裁莱茵哈德·普洛斯满意地这样表示。在半导体供不应求的背景下,英飞凌科技投资16亿欧元的奥地利南部新工厂在当天投产。

   

  新工厂在9月以后开始供货,到4~5年后,英飞凌科技的营业收入将增加约20亿欧元,相当于目前年营业收入约5分之1。英飞凌科技的股价相比2019年底上涨7成,总市值达到460亿欧元。普洛斯表示,“通过这一象征性的项目,能巩固在增长显著的功率半导体市场的地位”。

        

资料图

     

  功率半导体用于控制电压和电流,提高设备的节能性能。与竞相推进微细化和小型化等最尖端技术开发、面向消费电子产品的半导体相比并不起眼。但如今功率半导体这种“节能的幕后英雄”受到全世界的热烈关注。日本Pictet投信投资顾问的高级研究员市川真一表示,在以欧洲为中心加快转向脱碳化的背景下,“在汽车电动化和可再生能源等所有领域,功率半导体都成为关键设备”。

    

  国际能源署(IEA)预测称,纯电动汽车等环保车辆的普及数以每年3成的速度扩大,到2030年在世界范围将达到1.45亿辆。在这个过程中,功率半导体的需求也将激增。日本经济新闻社出资的调查公司Astamuse的推算显示,功率半导体的全球市场规模2018年为320亿美元,到2030年将增至556亿美元。

   

  “目前的需求也爆炸式增长,海外大型企业并未完全满足汽车厂商的要求。今后日资企业或许也将从中受益”,三井住友DS资产管理的全球团队负责人青木英之充满期待。该公司5月底开始运用的环保相关基金纳入了多家功率半导体企业的股票。

   

  由于新冠疫情下的居家需求预期等,全球半导体股票上涨,但目前有观点认为存储器行情已过顶峰。半导体存储器专业厂商韩国SK海力士和存储器业务比率较高的三星电子等的股票开始遭遇抛售。但在功率半导体领域,德国英飞凌科技和美国安森美等的股价仍保持坚挺。青木英之表示,“即使半导体股进入调整局面,需求有望增长的功率半导体股票也是潜力股”。

   

  日本的电子企业也在提升存在感。英国调查公司Omdia的统计显示,在2020年前10大功率半导体企业中,包括三菱电机和东芝等在内,有4家是日本企业。在面向消费电子产品的半导体领域,日本企业败给海外企业,丢失份额。但在功率半导体领域,日本企业满足高性能的特殊需求,维持了竞争力。

            

  “在汽车半导体领域,一旦确定技术要求,可使用数年时间”,富士电机的社长北泽通宏对于汽车半导体的高效率产品不断加强自信。由于企业的积极洽购,富士电机将推进设备增强,有可能提前1年开始生产采用新材料的产品。富士电机的股价徘徊在30年来高点附近。

     

  不过,功率半导体领域的竞争也日趋激烈。欧美大型企业开始应对生产效率更高的大口径硅晶圆,中国企业也在加快量产。如果发展为大规模的设备投资竞赛,日本企业有可能重蹈在尖端半导体领域失去存在感的覆辙。

     

  东京理科大学研究生院教授若林秀树强调,“这是日本企业发挥优势的最后和最大的机会”。

  

 功率半导体是家电、汽车节能的生命线

 

  功率半导体被称为“节能的幕后英雄”。日本企业抓住少量多品种的定制需求,维持了竞争力。

      

      

  不过,领先的欧美企业将启动大口径晶圆的增产,中国企业也在寻找跻身前列的机会。日本半导体能否保住“最后的根据地”?

半导体

     

  在半导体的进化史上,人们利用在硅上描绘的电路处理电信号,使其逐步具备各种各样的功能。在成为计算机大脑的CPU(中央处理器)和存储数据的存储器等形成巨大市场的背景下,具备处理电力的电路、用于电力转换和控制的功率半导体也实现了独立发展。功率半导体被用于家电、铁路车辆、输变电设备等各种设备的节能,目前正在成为迈向“零碳排放(Carbon Zero)”的主角。

     

              

  英国调查公司Omdia预测称,世界半导体市场规模到2022年将首次突破5000亿美元。功率半导体仅占其中的10分之1左右,但随着来自纯电动汽车(EV)等的需求扩大,有望维持较快增长。德国英飞凌科技和美国安森美等功率半导体巨头的股价比2019年底上涨7~8成,股票市场给予的评价很高。

           

  新冠疫情下的半导体需求增加带来全球半导体股价走高,但目前调整态势正在加强。在此背景下,功率半导体表现比较坚挺。由于用于个人电脑等的半导体存储芯片DRAM的需求见顶预期,美国美光科技等的股价目前明显下跌,但日本功率半导体厂商富士电机则比2020年底上涨2成以上,表现比较坚挺。

               

  功率半导体能灵活控制电压和电流,被用于实现节能的变频控制等。除了空调等家电产品之外,还广泛用于工业设备。从德国西门子分离出来的英飞凌科技、以及三菱电机和东芝等日本综合电子企业排在份额前列。与CPU和存储器相比,功率半导体通过电路微细化提高性能的要求不高。与台积电(TSMC)的最尖端工厂等相比,功率半导体工厂的投资金额少了1位数乃至2位数。

  

富士电机的车载功率半导体

            

  不过,在脱碳化趋势加强的背景下,“(功率半导体是)技术准入门槛比较高、规模也不太大的特殊市场,这一此前的定位将不断改变”(Omdia的高级咨询董事南川明)。除了支持生产效率高的直径300毫米的大口径硅晶圆之外,采用支持更高电压、电力损失较少的碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等新材料晶圆的功率半导体的开发或将成为企业生存下去的条件。

     

  中国企业摩拳擦掌

 

      日本企业之所以能够在功率半导体领域保持很高的市场份额,主要是因为以产业用途等少量多品种定制需求为主。日本没有卷入晶圆大口径化带来的设备投资竞争,可以灵活利用现有工厂来满足需求。因此,虽然如今日本在半导体总体市场占有的份额已经下降到1成以下,但在功率半导体领域日企仍占有约四分之一的份额。不过,中国企业已瞄准增长的需求而涉足这一领域,处于领先地位的欧美大型企业也开始转向大口径化。在竞争日趋激烈的情况下,如果日企投资判断失误,有可能重蹈过去的覆辙。

半导体

          功率半导体与智能手机使用的半导体等相比,在硅晶圆上烧制的电路线宽较粗。不需要最先进的微细化技术,除了在晶圆上烧制电路的“前工序”之外,把形成电路后的晶圆加工成芯片的“后工序”也一直受到重视。虽然主要用于新干线和汽车,但搭载位置和性能要求不一样,芯片内部的规格和设计也各不相同。可以支持高电压、大电流的高散热性能也十分重要。因此,日本企业没有选择一次性大量生产,而是与客户进行磨合调整,按照需求量进行生产,由此保持了竞争力。

   

   

        不过,功率半导体制造工艺的特点是不需要使用最先进的加工技术,这种特点有可能会带来威胁。东京理科大学研究生院教授若林秀树指出,“在中国企业中,购买老设备试制功率半导体的动向正在加速”。虽然美国限制企业向中国出口最先进的制造设备,但老一代设备不属于限制对象。把功率半导体视为增长市场的中国企业正在积极采取行动。

   

富士胶片的IGBT模块(资料图)

  

       中国大型电子厂商闻泰科技将投资120亿元在上海市建设功率半导体新工厂。闻泰科技计划与荷兰半导体子公司安世半导体(Nexperia)共同于2022年启用新工厂。新工厂使用直径300毫米晶圆,预计年产能为40万片,属于闻泰科技最大规模的工厂。安世半导体是从荷兰飞利浦独立出来的大型半导体厂商恩智浦半导体的一个部门,2019年被闻泰科技收购。

 

       杭州士兰微电子2020年底在厦门启动了功率半导体工厂。大型铁路车辆企业中国中车和大型纯电动汽车企业比亚迪也由旗下企业从事开发生产。这些企业虽然份额尚小,但都对夺取冠军宝座虎视眈眈。

 

       日本企业面临的威胁不只来自中国企业。全球最大的功率半导体企业德国英飞凌科技及排在第二的美国安森美半导体也开始使用300毫米晶圆进行增产。若林教授表示,如果口径越来越大,中国企业在技术上也追赶上来并引发成本竞争只是时间问题。日本也应该尽快推进对300毫米晶圆的投资,去积极抓住新需求

 

 

       据美国IC Insights调查,1990年日本企业在全球半导体市场上占49%的份额,2020年下降到了6%。而北美企业在这一期间由38%扩大到55%,亚洲太平洋地区的企业由4%扩大到33%。

 

      对于在DRAM等领域失去存在感的日本企业而言,功率半导体是可与全球进行竞争的重要战略资源。美国半导体产业协会(SIA)与美国波士顿咨询集团(Boston Consulting Group)共同实施的调查结果也表明,日本在包括功率半导体在内的分立器件等领域占有27%的份额,排在首位,与排在第二名的欧洲(22%)拉开差距。如果不能保护好这一优势,日本半导体有可能会逐渐成为历史遗物。


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