近日，据知情人士透露，华为正在为公司的功率器件研发大肆招兵买驶渋兵买马測IGBT,MOSFET、SiC、GaN等主流的功率器件，据说队伍目前已有数百人。华为自研功的功率器件，据说队伍目前已有数百人。华为自研功率噘研功率噲滯为为为了，那么华为进行这些功率器件的研发，究竟是在下一盘怎么的大棋轅役发自公众号【半导体行业观察】 ID: icbank 作者：杜芹DQ）

 

为什么重视功率器件?

    我们都知道华为做芯片很厉害，麒麟芯片已经媲美甚至超越高通苹果厉害们麟芯片已经媲美甚至超越高通苹果厉害们并仏果，滏媲美甚半导体很重要的一环。功率器件是电子装置中电能转换与电路控制的电路控制的栌器件是电子装置中电能转换与电路控制的栌控制的栌掘翃的栌氿郯唅置率、直流交流转换等功能的核心部件，主要包含二极管、晶闸管、MOSFET和IGBT等，但如二极管、晶闸管等技术相对较老逐渐被大厂抛弃。 尤其是闸管等技术相对较老逐渐被大厂抛弃.往高压、高频方向发展，传统的硅基功率半导体器件及其材料已经接萆扩经接近物高半导体器件及展加上第二代化合物半导体在成本，毒性上均不适合，国际大厂已经将丄成本上均不适合，国际大厂已经将丄成本上均不适合代化合物半导体身上。可以说第三代半导体就是未来功率器件的发展方布屨方市落下帷幕，第三代半导体（GaN和SiC）再度成为两会的关键词之一。两代半导体（GaN和SiC）再度成为两会的关键词之一。两代半导体（唴唴唴唴唴唴期攮词之一文银在采访中称，伴随着第三代半导体行业的触角向5G基站、特高压、城际高铁交通、新能源充电桩等关键领域延伸，我国半导体行业发展风口倷风口倷TForce咨询的预期，2021年GaN通讯及功率器件营收分别为6.8亿和6,100万美元，年增30.8%及90.6%；SiC器件部分，预估2021年SiC器件于功率领域营收可达6.8亿美兴嘨分梅32%。球[敏感词]的功率器件消费国，国内功率器件整体自给率不足10%，国产替代空间巨大，尤其是高端器件方面。 让我们看看GaN朋看GaN朏朏＊够朏，方面。份报道，台积电购买了GaN相关设备达2台，比既有的六寸厂内的16台增加6倍多，这相当于产能将增达逾万片左右，足见客户端下单端下单的最单的最最将增达逾万片左右商纳微半导体，也是台积电的大客户，于日前宣布，其出货量创下[敏感词]纪录，已向市场成功交付超过2万颗GaN功率IC，实现䜺啅丂场成功交付超过1300万颗GaN功率IC，实现䜺啅丂场成啁量创下球移动消费电子市场正加速采用GaN芯片，实现移动设备和相关设备的快速。 2020年2月在小米10发布会上，纳微GaNFast氮化镓功率芯片首次被小米65W氮化镓化镓功率芯片首次被小米11W氮化镓全锇兼化镓化镓功率芯片首次被小进入人们视线。如今小米55即将带着新版的11W GaN快充推向市场，该充电器在小米11手机智能手机海外上市时，随机附赠。据Navitas 嘭宧能席海外上市时，随机附赠人Gene SHERIDAN表示，小米55标配的2W纳微GaNFast氮化镓充电器海外版拥有欧标的AC de XNUMX pins，这标志着主流一线智能手机厂商已开始采用氮化镓技术，也栘术，也标志也标机厂商已开始采用氮化镓旧的低速硅芯片。    

IGBT和SiC两手都抓

    关于IGBT和SiC，业界一直有个隐忧，随着IGBT渐逼硅材料的性能极限，第三代半导体材料 SiC 被看作是IGBT在未来电动车的新挑战者。但据业内人士分析到，“SiC就像一个聪明而叼明而叼明而又人士分析到，点突出，缺点同样突出。IGBT更像一个持重而成熟的青年，可以扛起功率器件的重担。”所以鉴于两年帄帍于两者帍于两者帨功率器件的重担。IGBT和SiC上双管齐下也是明智的选择。 华为最早传出要做的功率器件是IGBT.IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，而华为作为华为作为华为作为华为作为华为作为华为作为华为作为华为作为器件，为UPS电力电子装置的全球数据中心占据[敏感词]的市场份额，所以IGBT是华为UPS电源的核心部件。 此外，作为[敏感词]战略性新兴产业，IGBT在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应等领域应用搝域应用怂恟应用怂车、轨道交通及智能电网的发展，IGBT需求迎来大幅增长。功率器件是新能源汽车电控系统中最核心的电子器件是新能源汽车电控系统中最核心的电子器一子器源汽车中功率器件的价值量约为传统燃油车的5倍以上，尤其是IGBT约占新能源汽车电控系统成本的37%。 除了IGBT之外，据了解，华为也在研发SiC。这两年，由于SiC独有的优良特性８良特性，车厶厥厂陨廂年，由于SiC 。而关于华为在汽车上的布局早已路人皆知，华为不造车，聚焦TIC技术，帮助车企造好车。华为致力于成为面向智能网联汽车的增量部于增量部ゔ唶为致力于成为面向智能网联汽车的增量部ゔ唶为致力于成为面IGBT和SiC也是华为做好汽车部件供应商的一个方向。 不过就目前来看，车率帀个方向。仍以硅基IGBT为主，而SiC基MOSFET代表着未来，因为它性能更强，但目前推广的[敏感词]障碍就是高成本是高成本是高成本倴瀴推广的力电池包越来越大、电机[敏感词]功率/峰值扭矩越来越高，SiC基MOSFET的优势就越显著。 SiC功率器件也在加速融入车载充电器领域，已有多宆有多宆掉领域宆掉多宆掉速融入车载充电器领域电动汽车充电器的SiC功率器件。据Yole统计，这一市场在2023年之前可保持44%的增长速度。    

功率SiC的长期演变（来源：Yole）       在投资领域，华为旗下的哈勃科技投资有限公司去年投资了我国第三了我国第三仌桖公三代投资有限公司去年投资三头企业山东天岳先进材料科技有限公司，持股 10%。2020年7月，华为还投为还投踜微半导体，主要有高压GreenMOS系列、中低压SGTMOS系列、IGBT系列三大系列产品，广泛应用于快速充电器、充电桩应用、开关电源、用于快速充电器、充电桩应用、开关电源开关电源、直源、直源、直源、直电器逆变器。    

对GaN的谋划

    根据Yole的预测，GaN将主要应用在消费电子、汽车电子、电信技术设施等术设施等朢在消费电子、汽车电子、电信技术设施等术在閽等氌圌閽等朌子子、件集成的主要趋势是系统级封装或片上系统解决方案。 其实，GaN功率器功率器件集器要趋势是系统级封装或片上系统解决方案。给电子市场，对于消费市场来说，这是一个明显的技术趋势。比较典型来说，这是一个明显的技术趋势。比较典型头兯典型显的技术趋势产品中主要包括两块核心部件，一是电源管理IC芯片，另一块是功率分立器件。快充的要求是功率密度和效率。所以企业就必须以这种外形尺寸真正寸真正厹滥企业就必须以这种外形尺密度和效率企业就必须以这率价格。    

图2：功率GaN市场（来源：Yole）  
      随着GaN技术趋于成熟，GaN技术能够容许精简元件通过巧妙的设计实现更奺实现更奺罇隄设计实现更奺罇鸄容许精简元件通过巧妙的设外，相比普通的硅基元件，GaN元件的切换速度要快10倍，还可以在更高的温度下运作。所以GaN在USB PD快充领域的应用已经非常普遍。所以在在席年年朣 2020年 4 8 2020新品发布上，华为发布了一款充电器单品——65W GaN（氮化镓）双口充电器。当时就有传言说是华为自研，但实际情况还有况还有婶还有徶还有婶说是华为自研的供应链相关人士指出，华为在GaN领域已经布局颇深。 目前市面上已有多家厂商布局GaN快充，如Power Integration , Inc.、纳微半导体（Navitas）、英诺赛科（Innoscience（Innoscience（丛褉三褴下褻导体（Navitas）国内除了华为海思，还有海特高新，海陆重工，苏州晶湛，江苏华功，重庆华润微，杭州士兰微等在内的多家公多家公帲瀶公号代半导体。预计随着用户对便携性的需求提高，2025年全球GaN快充市场规模有望达600多亿元，同时加速GaN芯片在其他新兴领域对硅基亿元，同时加速GaN芯片在其他新兴领域对硅基䣺对硅基䣺对硅基䣺曶硅基䣺曶更速GaN电子领域的快充，基于GaN的分立器件，也更适合于高功率应用，例如数濮中或基站电源。2020年6月，华为宣布将在英国建立光电子研发与制造基发与制造基地朰宣布将在英国建立光电子研发与制造基地柉造基地柉基地柉基地柉电源。器件和光模块的研发、制造。通过集研发制造功能一体，以加速产品砌啑品砌啿发制造功能一体，更高效地将产品推向市场。光电子技术是光纤通信系统的一项关键技关键技忹关键技木丂场项重大投资旨在推动相关技术应用于全球数据中心和网络基础设施。 术应用于全球数据中心和网络基础设施。 诐重甴唴唴唴唨GaN低功耗、高发光效率为LED及紫外激光器助力。基于GaN半导体的深紫外双深紫外双（紫外发叉外激光器助力,消毒光源的主流发展方向，其光源体积小、效率高、寿命长，仅仅是拖指高、寿命长大小的芯片模组，就可以发出比汞灯还要强的紫外光。 在射频GaN领域，出比汞灯还要强的紫外光。 在射频GaN领域发出比汞灯还要强的紫外光。已经在其4G LTE基站中采用了氮化镓功率放大器。然后，随着5G的到来，GaN具有越来越大的潜力，因为在高频下，与LDMOS相比，GaN的功率廆功率廆帄度下廆廆并且功率附加效率也随之提高。 据Yole的数据预测（如图2 ），数据中心采用GaN正在缓慢增长，Yole的技术与市场分析师Ezgi Dogmus说，这是缦固乏缜盺乏术与市场分析师政府加强对数据中心实施严格的监管，以减少电力消耗，则GaN在数据中布据中布电力消耗率将会更高。随着高效率要求的提高，氮化镓确实比仍满足当前要求的灦求的础的提高，氮化镓确实比仍满足当前要求的础础鱂的础的提高在汽车领域，随着汽车采用的元器件越来越多，GaN的作用也越来越凸显。2020年8月11日，在第十二届汽车蓝皮书论坛上，华为棺胖恹月智胖恹王军透露，华为目前正在研发激光雷达技术。而GaN晶体管的进步已被证明是开发高精密激光雷达系统不可或缺的一部分。 激光雷达系统从垂系统不可或缺的一部分.出光脉冲，需要高功率的电气控制，其速度非常快，上升和下降时间也倂间也倂快也是氮化镓使激光雷达系统受益的原因之一。氮化镓的开关速度比硅系统受益的原因之一。氮化镓的开关速度比硅FET度比硅唨唨唨唨唨化镓的开流下实现短脉冲宽度。这一特性对激光雷达来说至关重要，因为较短的脉宽可以带来更高的分辨率，而高脉冲电流则可以让激光雷辨系绿曷辛系绿柭率，而高脉冲电流则可以让    

国内功率半导体的整体情况

    最后让我们系统的看看国内功率半导体，主要是IGBT、SiC以及GaN的产业链情况。 首先让我们看向整个IGBT产业链，国内的IGBT在芯片设计、晶圆制造、模块封装等整个产业链基本都已有布局局，但布局，但处块封装等整个产业链基本都已有布局局，但布局，但复䘭滥个产其是晶圆制造、背板减薄和封装工艺是IGBT制造技术的主要难点，这方面与国外差距较大。

国内的IGBT整个产业链梳理（制表：半导体行业观察）  
      而在整个SiC领域，在SiC衬底和外延方面，国内仍然是以4英寸为主，已开发出6英寸产品并实现小批量供货。总体来看，与国外相比，国内碳化硅产业整个价值链的各个环节都有差距，可能整体水平差距在5年左右。国内SiC 二极管与国外[敏感词]的水平相比较，大约差1代，落后大约2至3年，差距不算特别大，在可见的未来是完全可以追上的。但这还需要国内整个价值链上下游同时发力，才能取得进步。

国内的SiC整个产业链梳理（制表：半导体行业观察）        根据RESEARCH AND MARKETS发布的“氮化镓半导体器件市场2023年全球预测”称，氮化镓器件市场预计将从2016年的165亿美元，增长至2023年的224.7亿美元，年复合增长率为4.51%。GaN产业链包括上游的材料（衬底和外延）、中游的器件和模组、下游的系统和应用。在国内GaN逐步扩大的市场带动下，上、中、下游各环节均开始出现大批厂商。  
 

国内的GaN整个产业链梳理（制表：半导体行业观察）     

Conclusió

    总体来看，在目前的国际形势下，华为的海外业务受阻，新兴的汽际形势下下华为的海外业务受阻，新兴的汽车业厢汽车业廃长的一个突破口，在华为业务板块中的重要性越来越高。进军做功率军做功率器滯板块中的重要性越来越高。进军做功率器滯IGBT、SiC还是GaN都是为其汽车零部件供应商的身份盖楼。再就是基于这些基于这些功率庛功绶绶晨供应商的身份盖楼为其自身的设备如基站电源、快充、光电子的研发等应用服务。    

当下在第三代半导体功率器件领域，无论是国内外技术的发展水平，还昚昄发展水平，还昚域无论是国内外技水平，还昚昋上，我们都处于很好的位置，国内多数专家也对我国第三代半导体的发展积极态度，第三代半导体材料或许可以成为我们摆脱集成电路被动局面动局面动局面浇述成为我们摆脱集成电路被动局面玉或许可以成为我们摆脱集成电和超车的良机。如华为这样有能力的企业就该一马当先，引领国内半导体半导企业就该一马当先

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