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        补“芯”强电 德力西的“闲棋”有深意

        2021-08-03 11:17:53来源:晶报网

        自2020年以来,受疫情、新能源汽车产能井喷等多重因素影响,缺“芯”潮席卷全球,国内半导体产业乘势而上,加速国产化替代。以德力西参股的锴威特半导体为例,因为订单爆棚,不得不婉拒80%的客户,即便如此,今年上半年的出货量也接近4亿颗,销售额较去年同期相比增长130%。

        在德力西集团以电气业务为主轴构建的产业版图里,半导体业务目前还只能算一块很小的拼图,但正如集团董事局主席胡成中所说,高端制造离不开芯片,产业升级需要国产芯片作为“硬支撑”。

        属于德力西的“诗与远方”,必定有半导体的关键一席之地。

        先合作,后相识

        2020年两会前夕,德力西集团行政中心按往年惯例将十三届全国人大代表胡成中的5份建议文稿提供给各大媒体。敏锐的记者很快注意到其中一份《关于打造芯片强国 引领经济高质量发展的建议》,纷纷询问:“胡代表‘跨界’谈芯片,是德力西有意进入半导体领域吗……”

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        (全国人大代表、德力西集团董事局主席胡成中)

        谜底在4个多月后揭晓,德力西集团旗下上市公司甘化科工当年9月宣布斥资6000多万元,收购苏州锴威特半导体股份有限公司约13.4%的股份,一个月后又再次增资4700多万元,持有锴威特股份超过20%。

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        锴威特是一家2015年成立于张家港的高新技术企业、小巨人企业、瞪羚企业,创始人系业内专家丁国华(现任总裁),主营业务是功率半导体器件和功率集成芯片,与大众熟知的电脑芯片、手机芯片似乎离得很远。实际上,半导体是一个庞大的产业领域,既包括集成电路(芯片、存储器),也包括分立器件;就芯片而言,又分为数字芯片(IC)、模拟芯片(IC)。锴威特的术业专攻,就是下图红圈中这部分。

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        “锴威特”是英文convert(转换)的音译,这个名字事实上也高度概括了功率半导体器件和功率集成芯片的作用——简单说来就是把高压电转换为低压电(或相反)、直流电转换为交流电(或相反)、把电路从闭合转换为断开(或相反)、把不稳定的电流转换为稳定的电流……在应用半导体之前,人们往往需要通过复杂的线圈、磁铁等部件的组合才能实现这些目的。

        锴威特总经理罗寅打了一个形象的比方:如果拿人体来参照的话,数字芯片(如电脑或手机的CPU)就相当于大脑,负责思考、判断和发号施令;但光有大脑是无法让身体动起来的,大脑所发出的微弱电信号要经过神经系统的分配和放大,才能驱动目标肌肉的收缩或舒张。同样,当我们用手机向家里的LED灯发出“开灯”的指令时,其实是功率半导体执行了给灯珠通电的任务。而当我们在手机上调节灯光亮度时,实际上也是功率半导体在控制灯珠通电/断电的切换频率,切换得越快灯光就越亮,反之就越暗。

        据罗寅介绍,虽然人们对功率器件和功率芯片比较陌生,但生活中早已被它们环绕,小到充电器和电脑、手机,中到家用电器,大到电动汽车乃至高铁,没有功率半导体部件的支持都玩不转。

        以新能源汽车为例,与燃油汽车相比,纯电汽车本身及充电桩对功率半导体芯片和器件的需求增长了4倍以上。

        正是看好国内功率半导体市场,锴威特才在近年启动转型,从一开始只管设计、制造的“理工男”路线,开始向下游的封装、销售延伸,更贴近终端客户,意在国内功率半导体市场打响锴威特品牌,也由此进入德力西的视线。

        事实上,在和德力西就参股事宜接触之前,锴威特与德力西的电源业务早有合作。只不过那时的锴威特还只做到晶圆为止,供应给德力西的半导体产品都经过了别的企业封装,打着别人的品牌。

        据罗寅透露,德力西的参股让锴威特的员工持股平台得以顺利搭建,同时在发展关键期为锴威特提供了强有力的资金支持,今年由于产品供不应求,锴威特刚刚投资近8000万元购置设备,供晶圆代工厂为其扩大专属产能。

        模拟集成电路设计图

        与数字集成电路不同的是,模拟集成电路的设计企业对晶圆生产的介入程度更深,对IDM(设计-生产-封测)一体化的意愿更强烈,未来随着规模的扩大,锴威特也有意打造功率半导体的IDM经营模式。

        大企业的大担当

        今年全国两会期间,当媒体再次询问胡成中涉足半导体产业的初衷时,他表示,大企业要有大担当,德力西想为中国芯片解决“卡脖子”问题出一份力。

        7月底,原定于今年春季发布的华为P50手机姗姗来迟,由于众所周知的原因,这款5G时代的新款手机所用的芯片是4G版本。

        2017年,由于德国赛米控断供IGBT(一种半导体功率器件,用于控制交直流转换、功率调整等,是电动车上除电池外第二贵的部件),东风汽车近万台风神电动车被迫中断生产。东风为此卧薪尝胆三四年,到今年7月初才量产了自己的IGBT模块产品。

        华为需要的手机芯片,东风需要的IGBT器件,都是全球半导体产业链的重要组成部分。自上世纪90年代以来,随着全球社会信息化、电气化、智能化程度的不断加深,半导体市场规模呈现明显的增长态势。

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        世界半导体贸易统计协会(WSTS)发布的1996-2021年全球半导体总营收及增速变化(蓝线为营收,红线为年增长率)

        近年来,中国已成为世界最大的半导体消费国。海关数据显示,2019年我国芯片(包括数字芯片、模拟芯片)进口总额为3040亿美元;2020年受禁令备货因素影响攀升至3800亿美元,占国内进口总额的近五分之一,是原油进口额的两倍以上。但根据中国半导体协会的统计,2020年国内模拟集成电路企业总体营收仅163亿元人民币,自给率约12%左右。

        巨大的差距,也意味着巨大的市场机遇。随着国家连续出台扶持政策,并制定了将国产集成电路自给率提高到70%以上的目标,大批国内企业正在自己的领域奋起直追。罗寅表示,与纳米级的数字集成电路相比,微米级的模拟集成电路在设备、工艺等方面受制国外的程度更小,实现国产化替代的速度会更快。

        硅基晶圆及器件

        硅晶圆及器件

        以锴威特生产的硅基中高压平面MOSFET系列(40V-1500V,电压控制型器件,广泛应用于开关电源、汽车电子、工业控制等领域)为例,其150℃高温下的漏电指标为小于10微安,达到国外同类产品水平,而国内同类产品大多为小于100微安。

        就材料而言,半导体有所谓“三代”之分。第一代半导体兴起于上世纪50年代,材料是硅和锗(以硅为主),主要用于电脑、通讯设备、互联网等领域,开启了我们所熟知的“信息时代”,直到目前仍是市场主流。第二代半导体兴起于20世纪90年代,材料以砷化镓、磷化铟为代表,主要用于制造高性能微波、毫米波器件和发光器件等,开启了“信息高速公路”时代。第三代半导体则以碳化硅以及氮化镓为代表,起步于世纪之交,商用于2010年以后,应用于更高阶的高压功率元件以及高频通讯元件等领域,是5G时代的王者。

        碳化硅晶圆及器件

        碳化硅晶圆及器件

        与传统的硅基器件相比,碳化硅基器件具有耐高压、低导通电阻、高速开关、高温工作等诸多优点,体积更小而功能更强。

        特斯拉

        特斯拉今年6月发布的Model S Plaid,百公里加速仅需2.1秒,其重要改进就是大量采用碳化硅器件,使得逆变器减重57%,电池续航提升6%以上。

        早在2018年,锴威特就开始布局碳化硅功率器件的研发,于2019年成功研发了四个系列20多款碳化硅产品,其中1200Ⅴ碳化硅平面功率 MOSFET/C2M120N160获第十四届(2019年度)“中国半导体创新产品和技术”奖,1700V碳化硅平面功率MOSFET/C2M170W400更摘得2020年第十五届“中国芯”优秀技术创新产品。

        目前,锴威特的碳化硅系列已实现量产,但从市场销量来看,仍属于“小众”产品。究其原因,罗寅也直言不讳地指出,主要是价格因素,由于碳化硅材料大部分依赖进口,国产材料的产能和质量还没有跟上,导致同样大小的6英寸碳化硅晶圆要比硅晶圆贵60倍以上。由此可见,“中国芯”的崛起绝非一两家企业能够扛起的重任,有赖于从材料端到消费端的全产业链共同努力,就如胡成中在人大建议中所说的那样,“要发扬‘两弹一星’那样的奋斗精神,克服一切困难和阻力,咬紧牙关补齐短板”。

        旗盖相望,偏师作援

        西晋文学家潘安,在写诗歌颂赵王司马伦平定羌族叛乱时,用了一句“旗盖相望,偏师作援”,来形容主力部队与侧翼部队的配合。对德力西来说,电气是毋庸置疑的中军主力,而旗下两家上市公司就如同偏师虎翼。

        德力西集团总裁胡煜鐄在年初所作的集团2020年度工作报告中,明确指出:“电气产业是德力西的老本行,也是我们当仁不让的主业,必须聚焦、做强”。

        俯瞰德力西近年来的“行军图”,最明显的特征就是电气“中军”愈发兵强马壮,突如其来的新冠疫情未能迟滞其步伐,反而由于“马太效应”迸发出更强劲的发展动能,上半年把产能潜力挖掘到极致,仍难以短时间内消化猛增的订单。而作为“偏师”的麾下两家上市公司——甘化科工、德新交运,也纷纷升起高端制造的旗帜,一个构筑了稳定的军工电子、智能弹药产业格局;另一个则斜刺里杀入新能源行业,通过收购东莞致宏精密,成为宁德时代、比亚迪等锂电巨头的长期合作伙伴。在“电”的共同主题下,德力西的三支劲旅承担了不同的声部,唱和的是同一乐章。

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        直流无刷风扇主板上的三颗功率驱动芯片(红框内)

        在此背景下,德力西涉足半导体产业看似一招“闲”棋,但具体到锴威特所擅长的功率半导体业务,则与德力西的当下与未来有着千丝万缕的联系。德力西旗下的工业控制、智能家居、充电桩等诸多业务均与功率半导体密不可分,更为重要的是,随着低压电器未来全面向小型化、智能化发展,半导体器件特别是碳化硅器件的资源掌控必将影响新的竞争格局。

        据罗寅介绍,目前国内电气市场上以最常见的断路器为例,由于成本和技术的问题,包括德力西在内的绝大多数厂商的绝大多数产品都是机械式的,这种结构自发明以来几乎没有大的变化,近年来仅有个别厂家推出过少量的半导体结构的“固态”产品。未来,随着技术和成本问题的解决,特别是碳化硅器件的成熟,电气产品几十、上百倍的响应速度、使用寿命等关键指标的提升不是梦想,电气行业的电子化浪潮将势不可挡。

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