英飛凌于美國時間2月5日發布了其FY1Q20財報(2019年第四季度),根據其官方資料顯示,在本季度中,英飛凌實現營收19.16億歐元,同比下降3%。此外,在其本次財報會議上,英飛凌也透露了一則消息——他們原計劃是將在年前暫時關閉德國的德累斯頓和馬來西亞的庫林工廠,為期兩周,但因為近段時間市場的變化,讓英飛凌放棄了這個計劃。


據悉,英飛凌位于德國德累斯頓的工廠是世界上尖端的自動化晶圓廠之一,其2,200名員工在那里開展了在微控制器,傳感器和功率半導體技術等方面的研究,并在那里制造芯片。而上述消息中提到的另一座工廠——馬來西亞庫林工廠則建成于2016年,其主要生產用于工業與汽車市場的功率和邏輯芯片。據相關報道稱,庫林工廠投產后與英飛凌其他功率半導體工廠形成了互補,是英飛凌生產網絡的重要組成部分。由此可見,德累斯頓和庫林工廠所生產的產品均與功率半導體相關。英飛凌作為功率半導體領域的翹楚,從他對其工廠的計劃調整上看,該舉動是否暗示著,功率半導體市場的春天就要到了。

英飛凌眼里的功率半導體未來


根據IHS Market的數據顯示,英飛凌的功率半導體業務在2018年的市場份額高達19.9%,而這部分業務也占了公司總營收的68%。據中泰電子團隊的統計顯示,2003年以來,功率半導體復合年增長率為4.2%,英飛凌功率半導體收入復合年增長率為11.0%,增速遠高于行業平均水平,市場份額不斷增長。英飛凌也曾在其IFX Day 2018上表示,功率半導體業務的快速增長帶動了集團收入的整體增長。


在這樣一家功率半導體巨頭身上,我們又能窺見哪些功率半導體市場的趨勢?

眾所周知,2019年市場貿易的變化,讓功率半導體受到了波及。汽車市場也因周期性變化而影響了功率半導體。種種因素,讓英飛凌在2019年開始考慮控制成本的問題,以及庫存問題。這或許也是英飛凌考慮暫時停產的原因之一。但是當時間進入到了2020年后,英飛凌擔心的庫存問題已基本完成調整,市場上周期性影響也正在減弱,市場雖未全面復蘇,但情況正朝著更好的方向發展,或許正是基于此英飛凌才及時調整了原有計劃。英飛凌在其FY1Q20財報中表示:“我們的許多終端市場正在觸底,特別是后周期工業和汽車垂直市場,在這些領域,庫存繼續減少。”

在應用方面,英飛凌在本次財報會議中仍然多次提及了汽車市場方面的影響。據相關證券分析師吳文吉、陳杭所整理的消息顯示,英飛凌認為,未來電動汽車市場將會增長,增長動力來源于歐洲。隨著歐洲監管措施的出臺,以及許多模式在歐洲的推出,讓英飛凌相信今年的增長也會有所回升。此外,英飛凌也表示,任何終端需求拉動都將導致一些補充庫存,并傳遞給供應商。其中一個開始復蘇的終端市場是服務,由云計算、人工智能和電信基礎設施的數據中心驅動。服務器架構和處理器的復雜性不斷增加,推動了對專用電源解決方案的需求。

而在這些應用的背后,我們都看得見功率半導體的影子。

新國標帶來的新機會


在行業巨頭身上,我們看到了功率半導體發展的趨勢。除此之外,市場中還存在著另外一些動向,或將成為功率半導體的發展契機。這其中就包括家電市場的變化為功率半導體帶來的機會。英飛凌也曾在該季度財報會議中表示,在更為嚴格的能效法規的幫助下,家用電器的逆變,無刷直流電機的日益使用,尤其是可再生能源的長期趨勢,都提供了誘人的增長潛力。這一方面適用于數字功率控制產品,包括驅動算法的開發,另一方面適用于所謂的智能功率模塊(IPM),即控制器,驅動器和開關的組合。

(英飛凌IPM主要應用范圍)

英飛凌的這一觀點與近些年來,全球各地頒布的家電能效標準息息相關。而我國在近期傳出了空調新能效標準的消息,根據我國國家標準化管理委員會官方網站上顯示,空調國家新能效標準將于2020年7月1日正式實施。新能效標椎最大的亮點在于,統一了定頻空調和變頻空調的評價方法,規定只按照季節能效定級。這意味著,現有的低能效、高耗電的三四級定頻空調都面臨淘汰。而隨著高能耗定頻空調淡出市場,變頻空調將走進千家萬戶。

從定頻走向變頻的過程中,功率半導體也迎來了新的發展機會。據業內人士介紹,從定頻空調切換到變頻空調,空調室內風機內部的風機馬達控制將由原來的固態繼電器(Solid State Relay,縮寫SSR)轉變成智能功率模塊(Intelligent Power Module,縮寫IPM)。

從工作原理上看,SSR是一種全部由固態電子元件組成的新型無觸點開關器件,它利用電子元件(如開關三極管、雙向可控硅等半導體器件)的開關特性,可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的。SSR的輸入端用微小的控制信號,達到直接驅動大電流負載,而這種方式則決定了它無法調速。而IPM一般采用IGBT作為功率開關元件,內置電流傳感器及驅動電路的集成結構。IPM在變頻空調中的作用就是把直流電變為交流電,IGBT作為電路開關,IGBT有內置和外置兩種方式,如果是IPM電路外置IGBT,則一半會采用主動式PFC回路,改善利率,從而實現調速的目的,也讓變頻空調在能耗上占有了一定的優勢。同時,由SSR轉變到IPM,其中的PFC升壓電路將會為IGBT和快恢復管帶來機會。

這種轉變,都會影響哪些企業?從歷史的發展的角度來看,在家電領域,20世紀70年代之后,美國產業政策向高新技術、高端制造等傾斜,傳統制造業逐步衰退,而日本制造業則趁此機會進入了國際化布局階段,日本逐步取代美國成為全球家電領域的領先者。21世紀后,后日本家電產業受到中韓兩國市場的沖擊,家電市場份額開始下滑,但其元器件卻仍維持著較高的市場份額,而后,日本開始關注各工序間磨合極為重要的“高端零部件”。這樣的歷史潮流鑄就了日本在元器件市場中的地位,而SSR這種元器件很早就進入了家電領域,這也使得日本的SSR產品在如今的市場中仍然占據著很重要的地位。就目前市場形勢而言,SSR的主要供應商包括夏普、松下等企業。

而伴隨著全球各地家電領域的能耗新標準的出現,IPM市場的爆發首先在家電領域展開。根據新思界產業研究中心公布的《2019-2024年智能功率模塊(IPM)行業市場深度調研及投資前景預測分析報告》顯示,從整體來看,目前,國內IPM主要集中在白色家電“空冰洗”市場。而國內高品質高可靠的IPM卻一直由日系、德系和美系廠商占據,該報告中顯示,國外品牌在國內市場占有率高達86%。具體來看,三菱,安森美,ST等企業都具有IPM產品。由此來看,致力于IPM領域發展的企業比致力于SSR生產的企業更為豐富。

而這些廠商之所以關注IPM的發展,絕不是僅僅因為變頻為家電市場到來的機會。據相關報告顯示,在工業和汽車領域,IPM的發展仍然很值得關注。據了解,一輛汽車IPM使用量可達4-5個,可廣泛地應用在集成門極驅動器、微控制器(MCU)、功率硅和外圍元件的無傳感器驅動等方案中。而安森美以及ST等企業,也是為我們所熟知的在汽車領域有著卓越成績的企業。通過這些廠商的動態,不難看出,未來IPM或將在汽車領域大有可為。

變頻不僅為國際廠商帶來了發展機會,國內功率半導體廠商也通過近些年來的競爭贏得了一部分下游廠商的青睞。據相關資料顯示,目前,國內從事IPM模塊的企業有浙江嘉興斯達半導體、常州江蘇宏微科技有限公司、深圳比亞迪微電子、南京銀茂微電子、杭州士蘭微電子等。其中,士蘭微的IPM產品已經進入到了白色家電領域,根據士蘭微今年發布的公告顯示,在2019年上半年, 士蘭微IPM功率模塊產品在國內白色家電(主要是空、冰、洗)、工業變頻器等市場繼續發力。其中國內多家主流的白電整機廠商在變頻空調等白電整機上使用了超過300萬顆士蘭微IPM模塊。在汽車方面,比亞迪微電子也擁有IPM。據相關報道顯示,比亞迪微電子已在去年11月與小康集團簽署合約,將在IPM、車燈以及車用智能化產品等領域實現全面合作,共同致力于新能源汽車的智能應用。

新能效的頒布將帶來一股換機熱潮,恰逢這股換機熱潮正處于國產替代的風口,這或將推動國內功率半導體廠商的發展。而未來汽車領域的興起,也或許將成為我國功率半導體發展的持續推動力。值得欣喜的是,無論是在當下還是未來,我國均已有企業在功率半導體領域布局。但在我國頭部半導體功率廠商取得的成績背后,我們不可忽視的一個事實是,中國大陸仍以二極管、低壓 MOSFET、晶閘管等低端功率半導體為主,實力較弱。國產功率半導體廠商的發展,仍任重而道遠。

第三代半導體爆發在即


除了能效政策的改變,為功率半導體帶來了發展的機會,終端應用推動的第三代半導體的出現也為功率半導體帶來了發展的契機。

首先看GaN方面,因為小米充電頭的出現,這讓大家對這個市場的關注度空前提升。之所以會出現這種情況,現在的手機屏幕越做越大,手機性能越來越強、手機厚度越來越小,隨之帶來的問題是耗電量也越來越大,但電池技術卻沒有太大的進步。這就驅使廠商唯有通過做快充來提升消費者的體驗。而通過傳統快方式所制作出來的充電器,會隨著功率的增大而變得笨重。為了做到更小的體積、更高的充電效率,GaN就進入了廠商的視野。

知情人士告訴記者,充電頭用GaN取代了原來的Si MOS作為電路的主開關管,是由于GaN可以工作于高頻的優勢,這就使得整個電路的開關工作頻率可以從原來的50-60khz大幅提高到200-500khz。這一變化帶來的顯著優勢之一就是可以大幅縮小原有產品中變壓器的體積,從而提高產品的功率密度;GaN的另一大優勢就是降低開關管損耗的50%-60%,提高了整體的效率;而且由于GaN 的高頻特性,可以應用于新的電路拓撲結構,從而為更高頻率,更高功率,更小體積的電源的實現帶來了可能。這就給PI、納微、英諾賽科、德州儀器和英飛凌等廠商帶來了機會。

此外,除了手機充電頭外,類似服務器、汽車OBC等場景,也是未來GaN市場所在。

另一個熱門的第三代半導體器件是SiC ,因為擁有較好的屬性,SiC能夠為產品提高頻率、降低損耗,同時還能縮小產品體積,基于此SiC也成為了近年來飛速發展的電動車的一個重要選擇。以特斯拉為例,在Model 3上,特斯拉選用了意法半導體SiC MOSFET,他們也是第一家采用SiC MOSFET來做逆變器的車廠。據數據顯示,相較于市面上的大多數電動車使用硅基底芯片(如 IGBT、MOSFET等),Model 3在使用了SiC MOSFET模組后,其AC/DC的電流轉換效率在長距離電動車市場上得以排名第一。換言之就是使用SiC MOSFET之后,特斯拉逆變器的效率已經從model S的82%提升到了model 3的90%,不僅如此,這種新器件對續航有了顯著的提升,同時也降低了傳導和開關的損耗。隨著電動汽車對SiC關注的提高,相關廠商也迎來了發展的機會。

而據我們了解,目前SiC的關鍵技術主要由海外公司壟斷,從產業鏈來看,Cree公司獨占 SiC 晶元制造市場份額 60%以上;中游部分,英飛凌、羅姆、Cree、意法半導體和安森美等功率半導體領域國際排名前十的企業合計已在SiC功率器件市場占據50%以上份額。

結語


終端市場的變化為功率半導體帶來了新一輪的發展機會,在這個過程中,我們看到國際廠商正在向新的發展趨勢靠攏,而國內也有少數廠商在致力于高端功率半導體的研究,但就整體發展情況來言,我國功率半導體實力依舊有待提高。而在追趕的過程中,國產替代趨勢也是難得的市場機遇。


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