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功率半導(dǎo)體:政策環(huán)境好上游材料制約發(fā)展

發(fā)布時(shí)間:2010-02-11 來(lái)源:電子元件技術(shù)網(wǎng)

機(jī)遇與挑戰(zhàn):
  • 功率半導(dǎo)體器件開始邁向新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、變頻家電等諸多產(chǎn)業(yè)
  • 國(guó)外企業(yè)掌控關(guān)鍵技術(shù)
  • IGBT是近期發(fā)展重點(diǎn)
  • IC制造為功率半導(dǎo)體搭建工藝平臺(tái)
市場(chǎng)數(shù)據(jù):
  • 上世紀(jì)80年代以后發(fā)展起來(lái)的新型功率半導(dǎo)體器件約占所有功率半導(dǎo)體器件的80%以上
  • 我國(guó)的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)計(jì)2010年將達(dá)到956.6億元,2011年將達(dá)到1060.5億元
  • 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所需的功率半導(dǎo)體約有90%仍然依賴進(jìn)口

功率半導(dǎo)體是弱電控制與強(qiáng)電運(yùn)行之間、信息技術(shù)與先進(jìn)制造之間的橋梁,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。隨著世界各國(guó)對(duì)節(jié)能減排的需求越來(lái)越迫切,功率半導(dǎo)體器件已從傳統(tǒng)的工業(yè)控制和4C領(lǐng)域邁向新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、變頻家電等諸多產(chǎn)業(yè)。

國(guó)外企業(yè)掌控關(guān)鍵技術(shù)

·2011年中國(guó)功率器件市場(chǎng)將占全球半壁江山。

·我國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)生產(chǎn)條件和工藝技術(shù)大多仍停留在國(guó)外上世紀(jì)90年代水平,關(guān)鍵技術(shù)掌握在少數(shù)國(guó)外公司手中。

功率半導(dǎo)體器件是指能承受較大電流和電壓的半導(dǎo)體器件,是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中僅次于大規(guī)模集成電路的另一大分支。功率半導(dǎo)體器件可分為功率半導(dǎo)體分立器件和功率集成電路兩大類,功率半導(dǎo)體分立器件在我國(guó)又常被稱為電力電子器件,據(jù)北京工業(yè)大學(xué)亢寶位教授介紹,IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、功率MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和功率FRD(快恢復(fù)二極管)是該領(lǐng)域的三大支柱產(chǎn)品,以前作為主體的晶閘管和功率雙極晶體管所占市場(chǎng)已經(jīng)很少。

功率半導(dǎo)體的作用主要是節(jié)能和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)信息化。我國(guó)每年約60%的發(fā)電量用于各種電機(jī),采用變頻調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是電機(jī)節(jié)能的重要手段,節(jié)電幅度約為20%-30%,而變頻調(diào)速所用的器件正是功率半導(dǎo)體。從技術(shù)水平來(lái)看,上世紀(jì)80年代以后發(fā)展起來(lái)的更先進(jìn)的新型功率半導(dǎo)體器件約占所有功率半導(dǎo)體器件的80%以上,而以前的傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體只剩下不到20%的份額。

從傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看,功率半導(dǎo)體約70%用于通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子和汽車等所謂“4C”產(chǎn)業(yè),約30%應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域。江蘇宏微科技有限公司總經(jīng)理趙善麒在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示,從全球范圍來(lái)看,太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域是功率半導(dǎo)體器件新的應(yīng)用熱點(diǎn)。

如今,中國(guó)正在成長(zhǎng)為全球最大的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)。從2005年到2008年,我國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)年平均增長(zhǎng)率為23%,2008年的銷售額是821.8億元,經(jīng)初步測(cè)算,2009年我國(guó)功率半導(dǎo)體銷售額已超過(guò)870億元。我國(guó)的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)在未來(lái)幾年里還會(huì)保持增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2010年將達(dá)到956.6億元,2011年將達(dá)到1060.5億元。據(jù)預(yù)測(cè),2011年功率半導(dǎo)體在中國(guó)市場(chǎng)的銷售量將占全球的50%。

盡管中國(guó)已經(jīng)成為全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要市場(chǎng),但中國(guó)功率半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)、制造能力還有待提高,我國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)的生產(chǎn)條件和工藝技術(shù)大多仍停留在國(guó)外上世紀(jì)90年代的水平,關(guān)鍵技術(shù)仍掌握在少數(shù)國(guó)外公司手中。嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體有限公司董事長(zhǎng)沈華告訴記者,目前我國(guó)新型功率半導(dǎo)體尤其是IGBT產(chǎn)業(yè)還處于起步階段,上下游的配套還很不完善。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所需的功率半導(dǎo)體約有90%仍然依賴進(jìn)口,缺乏核心技術(shù)將嚴(yán)重阻礙中國(guó)新興節(jié)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

江蘇宏微科技有限公司總經(jīng)理趙善麒:

與其他國(guó)家相比,中國(guó)的功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)的特點(diǎn)是使用的器件品種多,應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?;但是,目前?guó)內(nèi)市場(chǎng)上的高端產(chǎn)品(如IGBT)基本上被國(guó)外廠商壟斷,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)認(rèn)證周期非常長(zhǎng),而且獲得的市場(chǎng)認(rèn)可度不高。

IGBT是近期發(fā)展重點(diǎn)

·近年來(lái),我國(guó)政府出臺(tái)了一系列政策對(duì)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行扶持。

·中國(guó)企業(yè)在立足于提升產(chǎn)品質(zhì)量、加強(qiáng)客戶服務(wù)的同時(shí),也嘗試用海外并購(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

正是認(rèn)識(shí)到我國(guó)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與國(guó)外先進(jìn)水平的差距,中國(guó)企業(yè)開始尋找各種路徑提升自己的實(shí)力,中國(guó)政府也出臺(tái)了一系列政策對(duì)該產(chǎn)業(yè)進(jìn)行扶持。浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江特聘教授盛況在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示,從產(chǎn)業(yè)化的角度看,未來(lái)3-5年內(nèi)我國(guó)功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是IGBT,因?yàn)槲覈?guó)對(duì)IGBT器件的需求比較迫切,國(guó)家在該領(lǐng)域也有較大的支持和投入。

在2009年出臺(tái)的《電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中,明確提出了“加快電子元器件產(chǎn)品升級(jí)”,“充分發(fā)揮整機(jī)需求的導(dǎo)向作用,圍繞國(guó)內(nèi)整機(jī)配套調(diào)整元器件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”,提高新型電力電子器件、高頻頻率器件等產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)能力,“初步形成完整配套、相互支撐的電子元器件產(chǎn)業(yè)體系”。

根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》,科技部在“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“電力電子關(guān)鍵器件及重大裝備研制”中,將“新型電力電子器件及電力電子集成技術(shù)”列為該重點(diǎn)項(xiàng)目的第一項(xiàng)課題。據(jù)該課題的承擔(dān)單位之一西安電力電子技術(shù)研究所副所長(zhǎng)白繼彬透露,該課題主要致力于IGBT、FRD及PEBB(電力電子組塊)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā),目前已接近課題驗(yàn)收階段。白繼彬同時(shí)表示,在我國(guó),整機(jī)受制于器件已成為共識(shí);事實(shí)上,電力電子器件也受制于材料。目前,我國(guó)新型功率半導(dǎo)體器件的原材料還嚴(yán)重依賴進(jìn)口,需要在產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)加大投入。
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在爭(zhēng)取國(guó)家政策扶持的同時(shí),中國(guó)企業(yè)也嘗試通過(guò)資本運(yùn)作迅速提升自身的實(shí)力。2008年,南車時(shí)代集團(tuán)完成了對(duì)加拿大上市公司DynexPower的并購(gòu)。據(jù)了解,Dynex公司大功率半導(dǎo)體器件銷售額居全球第6位,是國(guó)際上少數(shù)掌握高壓IGBT制造技術(shù)的公司之一。南車時(shí)代集團(tuán)通過(guò)此次并購(gòu)實(shí)現(xiàn)了在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體自2005年成立以來(lái),目前已發(fā)展成為國(guó)內(nèi)IGBT領(lǐng)域產(chǎn)銷量最大、技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)。“與國(guó)外公司相比,中國(guó)企業(yè)最大的優(yōu)勢(shì)在于貼近市場(chǎng),可以迅速、全面地了解客戶的需求。”沈華表示,“我們要幫助客戶選擇最適合他們產(chǎn)品的模塊,必要時(shí)為他們量身定制,努力使產(chǎn)品的性價(jià)比達(dá)到最高。”產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性也是中國(guó)企業(yè)能否在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟的關(guān)鍵,在沈華看來(lái),這就要求中國(guó)企業(yè)加大在設(shè)備、技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域的投入,要從采購(gòu)供應(yīng)、生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)后等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制,產(chǎn)品的檢測(cè)要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)器測(cè)評(píng),將人為因素降到最低。

浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江特聘教授盛況:

器件只是產(chǎn)業(yè)鏈的一個(gè)環(huán)節(jié),IGBT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要得到產(chǎn)業(yè)鏈上下游的支持,需要材料、制造設(shè)備、檢測(cè)儀器等多個(gè)環(huán)節(jié)的完整配套,并且研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用應(yīng)緊密結(jié)合。

IC制造為功率半導(dǎo)體搭建工藝平臺(tái)

集成電路產(chǎn)業(yè)在制造能力上的優(yōu)勢(shì)可以為功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)提供工藝平臺(tái),“設(shè)計(jì)+代工”的模式有望提升我國(guó)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

功率器件標(biāo)準(zhǔn)化程度較差,其工藝的特殊性應(yīng)受關(guān)注。

近年來(lái),我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)尤其是集成電路制造業(yè)的進(jìn)步也為功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展夯實(shí)了基礎(chǔ)。盡管多年來(lái)我國(guó)微電子和電力電子兩大行業(yè)之間多少有點(diǎn)“瑜亮情結(jié)”,但在功率半導(dǎo)體器件工藝水平相對(duì)落后、高端集成電路市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的背景之下,微電子與電力電子兩大產(chǎn)業(yè)的攜手將有望創(chuàng)造雙贏的結(jié)局。

據(jù)亢寶位教授介紹,從器件制造工藝角度來(lái)看,上世紀(jì)80年代后發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件VDMOS、IGBT、平面型快恢復(fù)功率二極管和功率集成電路都使用精細(xì)光刻和平面工藝技術(shù),其設(shè)備和工藝線的要求與集成電路基本相同,即超凈廠房、精細(xì)光刻、離子注入摻雜和各種CVD技術(shù)(如多晶硅、氮化硅、二氧化硅)等等??梢?,把集成電路企業(yè)的制造優(yōu)勢(shì)和功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)潛力相結(jié)合,既可以為芯片制造企業(yè)提供廣闊的市場(chǎng),又可以大幅提升功率半導(dǎo)體企業(yè)的產(chǎn)品檔次。據(jù)了解,我國(guó)集成電路領(lǐng)域的主流芯片代工企業(yè)早已看到這一市場(chǎng)機(jī)遇,有的企業(yè)已經(jīng)把功率半導(dǎo)體器件列為公司重點(diǎn)工藝平臺(tái)。

不過(guò),集成電路領(lǐng)域的制造經(jīng)驗(yàn)并不能完全復(fù)制在功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。以IGBT為例,盡管其設(shè)計(jì)技術(shù)相對(duì)集成電路而言不算復(fù)雜,但由于其大電流、高電壓、高頻和高可靠性的要求,加工工藝十分特殊和復(fù)雜;另外,對(duì)于不同電壓等級(jí)和頻率范圍的IGBT,其主要工藝也有較大差異,從而增加了器件生產(chǎn)的特殊性和復(fù)雜性。

“相對(duì)于數(shù)字IC,功率器件代工的最大特點(diǎn)就是標(biāo)準(zhǔn)化程度低,導(dǎo)致移植性差,每家工廠做出的產(chǎn)品都有不同之處,而設(shè)計(jì)企業(yè)面對(duì)的最終產(chǎn)品市場(chǎng)始終要求快速的市場(chǎng)反應(yīng)和有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。”華虹NEC市場(chǎng)部技術(shù)市場(chǎng)科科長(zhǎng)陳儉在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示,“這就要求代工企業(yè)和設(shè)計(jì)企業(yè)之間有更加緊密的技術(shù)合作,需要設(shè)計(jì)企業(yè)有針對(duì)性地根據(jù)代工廠提供的技術(shù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化產(chǎn)品,需要從前期市場(chǎng)調(diào)查、產(chǎn)品開發(fā)、制造、產(chǎn)品的認(rèn)證、大規(guī)模生產(chǎn)到最后進(jìn)入市場(chǎng),整個(gè)周期的通力合作。因此,設(shè)計(jì)企業(yè)與代工企業(yè)應(yīng)建立長(zhǎng)期的戰(zhàn)略合作關(guān)系。”

北京工業(yè)大學(xué)教授亢寶位:

功率半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)技術(shù)與集成電路制造工藝技術(shù)的結(jié)合將有力地推動(dòng)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。
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