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功率器件供不应求!这家国产厂商剑指新能源和服务器等领域

发布时间:2022-10-21阅读:21611

 

功率器件是电力电子行业的重要基础元器件之一,管理着全球超过50%的电能资源,广泛应用于电力设备的电能转化和电路控制等领域,是工业体系中不可或缺的核心半导体器件。

最近,芯八哥“走进产业链”栏目记者采访了国内一家快速发展的功率半导体新锐企业—功成半导体的COO刘烨,探讨在功率半导体景气度高企的背景下,当前功成半导体企业的发展情况以及对行业未来发展的展望。

高压超结MOSFET产品供不应求,预计今年销售额将近1亿元

据了解,功成半导体成立于2018年,主要从事低压屏蔽栅SGT、高压超结MOSFET、沟槽栅场截止型IGBT、SiC SBD、SiC MOSFET、GaN HEMT、功率模块IPM、功率IC的设计、研发和销售,聚焦智能家电、数据中心、光伏储能、汽车电子等四大领域,产品已应用于通讯电源、服务器电源、直流充电桩、储能系统、光伏逆变器、汽车电子等细分市场。

“我们目前的主营业务为功率半导体的研发和销售,具体产品线包括MOSFET、IGBT、IPM模块和第三代半导体等。其中,MOS是我们目前主要的产品线,基本上我们去年和今年主要的产值都来源于此。”刘烨向记者介绍道,“除了MOS外,我们现在主推的IGBT产品L1和F1系列已经实现规模化量产,自主研发生产的IPM模块产线也已通线试产;第三代半导体方面,碳化硅SBD已推出650-1200V,支持2-60A电流范围。1200V碳化硅MOS支持16-100mohm,目前已全面接受市场订货。”

作为一家成立仅4年的初创公司,功成半导体的发展速度已经超越了绝大部分同行。

据公司透露,早在2020年产品导入期,公司就做了400万左右的产值。经过一年时间的铺垫,在2021年的“缺芯涨价”行情中公司实现了超过10倍的增长,当年销售额达到了4,000万元。今年虽然行情有所放缓,但预计销售额也会在1亿元左右,基本上维持以每年超过100%的成长速度在高速发展。

在MOS领域,功成半导体主要以中高端产品线为主,主动放弃了利润较低竞争激烈的低端平面产品。目前,已经形成低压屏蔽栅SGT和高压超结MOSFET两大成熟的产品线。

 

 

其中,低压屏蔽栅SGT,目前在售的主要是第二代产品,30V-200V的全产品系列都可以提供,主要应用在服务器等领域;而高压超结MOSFET,型号众多,能覆盖500~900V的电压范围。作为公司现阶段的主打产品,技术性能指标各方面基本上可以排到国内前三。

功成半导体主要系列产品

资料来源:功成半导体

刘烨指出:“为确保产品的质量和性能,我们与国内最好的晶圆代工厂和芯片封测厂商形成了稳定的合作机制,基于先进的工艺平台,对标国外品牌6、7代的技术水平。凭借优异的性能和强劲的市场需求,使得高压超结器件产品一直处于供不应求的状态,业务量实现快速增长。”

记者注意到,在众多的应用场景中,新能源和服务器是功成半导体MOS业务量最大的两大客户来源。

其中,新能源主要应用在直流充电桩上,目前合作的厂商有英飞源、星星、国网、动力源等头部的充电桩企业,是今年销售额最大的单体细分行业;而服务器电源则在长城、中电科等厂商中已经实现了批量出货。

而在IGBT领域,功成半导体以650V系列和1200V系列为代表的第一代产品已于近期实现量产,主要用在变频电机和车载的OBC应用里面。

 

“除了上述系列产品外,我们的3000~5000k开关频率的高频F系列产品,将在今年Q4正式上市,主要应用在光伏储能上。”刘烨说道,“今年主要是客户初步导入阶段,因此这两块我们预计在今年能够实现1,000万左右的产值。不过,从我们的在手订单和客户的需求来看,明年IGBT业务预期会快速放量,两大系列IGBT产品基本上合计能够完成大概5,000万的产值。”

最后在第三代半导体领域,功成目前有碳化硅和氮化镓两个主要的产品线。基于创始团队在中科院上海微系统所等高校期间的博士课题研究,因此在碳化硅领域,公司已积累多年的研发经验和技术沉淀。

 

刘烨指出:“在碳化硅MOS方面,我们现在产品线主要是1200V的电压,16-100mohm的电阻这样一个产品系列。目前40/80mohm系列是我们主打的量产产品。此外,在氮化镓方面,目前主要处在一个工艺优化的阶段。”

值得一提的是,目前的功率半导体市场,谈功率半导体除了MOSFET和IGBT外,都得谈第三代半导体,足见当下国内第三代半导体的火热。

针对此现象,刘烨表示:“虽说现在三代半炒的比较火热,但是从现实情况来说,真正形成特别大营收的其实并不多。尤其是碳化硅的MOS领域,目前良率很低,整个国际上真正有大批量出货的也就是ST、罗姆、英飞凌等国际大厂,国内厂商其实非常少。从技术上来说,功率半导体设计和工艺都非常关键。我们现在正在做国内头部SiC晶圆厂的流片及小批量量产,真正放量可能会在明年或者后年。”

自建IPM模块厂,预计2023年产能将会达到100万个模块/月

业内周知,IPM模块将IGBT芯片、FRD芯片、驱动电路、保护电路、检测电路等集成在同一个模块内,通过调节输出交流电的幅值和频率控制电机的转速来实现变频,具有封装体积小、抗干扰能力强、应用便捷等优点。

作为IGBT中价值量最大的细分产品,IPM模块占整个IGBT市场规模的30%以上。

IPM模块演进图

 

资料来源:网络

为提高产品迭代速度,补齐委外代工模式的短板,2021年10月功成半导体与无锡高新区签约,拟在无锡投资总额8亿元建立半导体功率模块制造基地,致力于功率半导体的研发和产业化,项目建成后预计能够实现IPM模块产能450万个/月,年产值达到11亿元。

“IPM模块业务,是一个看起来下游客户很稳定,但其实是一个非常复杂的产品,里面只要有一道工序跑不通,前期的投入基本上就白费了。因此我们还是采取相对来说比较稳健的一个打法,主要分两步走:第一步在嘉定总部边上租了一个两层楼的厂房计划建4~6条产线,我们会把最初期的产品验证、工艺验证和客户验证都在这里做完。一期建设预计明年底全部完成。”刘烨分析道,“第二步的计划是继续在无锡扩展到10-15条产线。”

 

记者了解到,IPM模块是一个设计、客户门槛比较高,但是能做的人少,很有发展前景的一个赛道。尤其在变频家电领域,由于具有节能、高效、降噪、智能控制的需求,大功率的IPM模块已经广泛应用空调、冰箱、洗衣机等耗电较多的家电产品中。

据市场数据显示,功率半导体作为家电变频的核心器件,在变频家电中的单机价值量为9.5欧元,相比普通家电中的0.7欧元提升了十倍以上。此外,根据IHS Markit的预测,全球变频家电销量占比将从2017年的34%增长到2022年的65%。

以家用空调为例,从2016年到2021年,中国节能变频空调的生产量从3,945.5万台增加到10,708.0万台,复合年增长率为22.1%,目前渗透率已经超过60%。预计到2030年将达到36,871.6万台,2021年到2030年的复合年增长率为14.7%。未来,随着节能环保提效意识的普及和增强,预计变频家电渗透率将继续稳中有升,支撑功率半导体市场持续扩张。

 

刘烨指出:“IPM模块本身是一个高度定制化的产品,包括它的调试非常的复杂,需要经常在生产和设计之间进行调整,最终才能快速地通过客户验证。目前,国内成熟的IPM代工厂非常少,即使能做代工的,也上不了量,因此我们自己建厂有利于提高生产效率,从而为客户提供更优质的服务。”

从2021年下半年开始规划到今年第三季度,针对白色家电市场的IPM模块,功成半导体已经有两条产品线实现通线量产。

“我们总共规划是Nano、Micro、Mini和Maxi 4条产品线,Nano和Mini今年已实现量产,目前正在进行客户导入当中,预计明年将形成千万产值。针对白色家电市场,我们将在明年年初再建Mini和Maxi两条大功率的产品线,预计明年年底前模块月产能将会达到100万个/月。”刘烨满怀信心的说道。

功率半导体景气度高企,公司有望在千亿赛道国产替代的浪潮中实现跨越式发展

近年来,随着新能源汽车、工业自动化、新能源发电、变频家电、轨道交通等新兴应用领域的兴起和快速发展,推动功率半导体市场空间持续增长。

根据HIS Markit的数据,2021年全球功率半导体市场规模为441亿美元,2015-2021年CAGR达到5.06%。其中,中国市场2021年市场规模将达到159亿美元,占比为36%,是全球最大的功率半导体市场。

目前,功率半导体市场主要被海外巨头占据,其中英飞凌以19%的市场占有率占据领先地位,其次是安森美和意法半导体,市占率分别为8.4%和5.8%。除了闻泰科技收购的荷兰安世半导体(Nexperia),全球前十大功率半导体厂商均为国外公司,CR10 接近60%。

 

资料来源:英飞凌

“与英飞凌、ST、罗姆这些国际大厂相比,我们国内的厂商在功率器件领域的技术水平还是有差距的。”刘烨在谈及行业当前竞争格局时说道,“因为功率器件相对来说是一个特殊工艺,它的开发周期很长,技术路线图不一样,所以它这个差距其实相对于一些数字电路来说小很多。举个例子,如果我们在华虹的平台上做产品,我们其实跟英飞凌比起来只差一代,英飞凌是7代而我们是6代,其实差距并不大。另外,从功率器件的角度来说,并不是越新越好,而是要讲究性价比、可靠性、稳定性的平衡。所以我认为国内的技术水平在功率器件上是可以追赶甚至在某些细分市场与国外大厂直接竞争的。”

 

值得强调的是,由于目前功率半导体市场主要由海外企业占据,因此产品交期及价格主要由英飞凌、意法半导体等欧美企业掌握。

从交期趋势上看,目前各类型MOSFET(低压、高压、宽带隙)及IGBT交期均在42周以上,且货期有继续拉长的趋势,由此可见市场对各类功率半导体产品需求依旧旺盛,供不应求局面短期仍难以缓解。此外,从价格趋势来看,目前大部分产品价格较为平稳,IGBT价格继续上行,行业景气度持续高涨。

2022年Q3 MOSFET和IGBT产品货期和价格趋势

资料来源:富昌电子

对于此,刘烨指出:“英飞凌、ST等国际大厂因为疫情等种种原因,产品供不应求,国内的一些客户的订单基本上得不到保证。那么在这种情况下,国内厂商将会迎来较大的机会。我们也是利用这个机会,去主攻国内的这些原来是英飞凌等国际大厂的中高端市场,在一些细分赛道去挖潜力,比别人跑得更快,从而实现快速发展。”

为了加快发展的步伐,功成半导体近日宣布完成数千万元人民币规模的Pre-A+轮融资,由复星创富、华强创投领投。本轮融资的资金将主要用于第三代半导体功率器件产品的研发与量产、IPM模块研发生产中心的建设、超结MOS和IGBT的规模化扩产中。

 

刘烨表示,功率器件是一个非常好的赛道,近年来也越来越受到国家以及产业资本的重视。我们也希望在不久的将来,随着业务的不断增长,也能够进入到资本市场快速做大做强。但我们很清楚上市不是我们的目的,只是必须要经历的一个过程。因为上市以后你可以接触到更大的项目或者更好的资源,同时你的团队可以做到更加规范化。

作为公司的COO,制定战略是其重要工作之一。刘烨也经常思考或者在内部战略会议里讨论:“未来,功成半导体到底想成为一个什么样的企业?”

对于此,刘烨已经有了答案,“我们希望站在一个全球的高度来看待此问题,在若干年后,希望我们成为一个全球范围内优秀的功率半导体器件和解决方案供应商。在智能家电、数据中心、光伏储能、汽车电子这几个细分行业,能够把我们的客户服务好,成就他人的同时也能够成就自己。”

结语

功率半导体,国产替代正当时。现阶段是属于功率半导体国产替代天时地利人和的一个发展阶段,拥有国内领先的技术、产品、团队、资金储备的功成半导体在完成0-1的验证后,当下正处于1-10的一个快速发展阶段。未来,随着IGBT和IPM业务的逐步放量,功成半导体有望在国产替代的浪潮中乘风破浪,实现跨越式发展。

 

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