- 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)
- 國外企業(yè)掌控關(guān)鍵技術(shù)
- IGBT是近期發(fā)展重點
- IC制造為功率半導(dǎo)體搭建工藝平臺
- 上世紀(jì)80年代以后發(fā)展起來的新型功率半導(dǎo)體器件約占所有功率半導(dǎo)體器件的80%以上
- 我國的功率半導(dǎo)體市場預(yù)計2010年將達到956.6億元，2011年將達到1060.5億元
- 國內(nèi)市場所需的功率半導(dǎo)體約有90%仍然依賴進口
功率半導(dǎo)體是弱電控制與強電運行之間、信息技術(shù)與先進制造之間的橋梁，是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)。隨著世界各國對節(jié)能減排的需求越來越迫切，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)。
國外企業(yè)掌控關(guān)鍵技術(shù)
·2011年中國功率器件市場將占全球半壁江山。
·我國功率半導(dǎo)體企業(yè)生產(chǎn)條件和工藝技術(shù)大多仍停留在國外上世紀(jì)90年代水平，關(guān)鍵技術(shù)掌握在少數(shù)國外公司手中。
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。我國每年約60%的發(fā)電量用于各種電機，采用變頻調(diào)速的電機驅(qū)動技術(shù)是電機節(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)水平來看，上世紀(jì)80年代以后發(fā)展起來的更先進的新型功率半導(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)域來看，功率半導(dǎo)體約70%用于通信、計算機、消費電子和汽車等所謂“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《中國電子報》記者采訪時表示，從全球范圍來看，太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、電動汽車、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。
如今，中國正在成長為全球最大的功率半導(dǎo)體市場。從2005年到2008年，我國功率半導(dǎo)體市場年平均增長率為23%，2008年的銷售額是821.8億元，經(jīng)初步測算，2009年我國功率半導(dǎo)體銷售額已超過870億元。我國的功率半導(dǎo)體市場在未來幾年里還會保持增長，預(yù)計2010年將達到956.6億元，2011年將達到1060.5億元。據(jù)預(yù)測，2011年功率半導(dǎo)體在中國市場的銷售量將占全球的50%。
盡管中國已經(jīng)成為全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要市場，但中國功率半導(dǎo)體器件的設(shè)計、制造能力還有待提高，我國功率半導(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)國外公司手中。嘉興斯達半導(dǎo)體有限公司董事長沈華告訴記者，目前我國新型功率半導(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，目前國內(nèi)市場所需的功率半導(dǎo)體約有90%仍然依賴進口，缺乏核心技術(shù)將嚴(yán)重阻礙中國新興節(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：
與其他國家相比，中國的功率半導(dǎo)體器件市場的特點是使用的器件品種多，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挘坏牵壳皣鴥?nèi)市場上的高端產(chǎn)品(如IGBT)基本上被國外廠商壟斷，國內(nèi)產(chǎn)品市場認(rèn)證周期非常長，而且獲得的市場認(rèn)可度不高。
IGBT是近期發(fā)展重點
·近年來，我國政府出臺了一系列政策對功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進行扶持。
·中國企業(yè)在立足于提升產(chǎn)品質(zhì)量、加強客戶服務(wù)的同時，也嘗試用海外并購的方式實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
正是認(rèn)識到我國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與國外先進水平的差距，中國企業(yè)開始尋找各種路徑提升自己的實力，中國政府也出臺了一系列政策對該產(chǎn)業(yè)進行扶持。浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院長江特聘教授盛況在接受《中國電子報》記者采訪時表示，從產(chǎn)業(yè)化的角度看，未來3-5年內(nèi)我國功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展重點應(yīng)該是IGBT，因為我國對IGBT器件的需求比較迫切，國家在該領(lǐng)域也有較大的支持和投入。
在2009年出臺的《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”，“充分發(fā)揮整機需求的導(dǎo)向作用，圍繞國內(nèi)整機配套調(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)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》，科技部在“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“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)”列為該重點項目的第一項課題。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)，目前已接近課題驗收階段。白繼彬同時表示，在我國，整機受制于器件已成為共識；事實上，電力電子器件也受制于材料。目前，我國新型功率半導(dǎo)體器件的原材料還嚴(yán)重依賴進口，需要在產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)加大投入。
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在爭取國家政策扶持的同時，中國企業(yè)也嘗試通過資本運作迅速提升自身的實力。2008年，南車時代集團完成了對加拿大上市公司DynexPower的并購。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，是國際上少數(shù)掌握高壓IGBT制造技術(shù)的公司之一。南車時代集團通過此次并購實現(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。
嘉興斯達半導(dǎo)體自2005年成立以來，目前已發(fā)展成為國內(nèi)IGBT領(lǐng)域產(chǎn)銷量最大、技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)。“與國外公司相比，中國企業(yè)最大的優(yōu)勢在于貼近市場，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，必要時為他們量身定制，努力使產(chǎn)品的性價比達到最高。”產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性也是中國企業(yè)能否在市場競爭中站穩(wěn)腳跟的關(guān)鍵，在沈華看來，這就要求中國企業(yè)加大在設(shè)備、技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域的投入，要從采購供應(yīng)、生產(chǎn)過程和生產(chǎn)后等多個環(huán)節(jié)進行質(zhì)量控制，產(chǎn)品的檢測要實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的機器測評，將人為因素降到最低。
浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院長江特聘教授盛況：
器件只是產(chǎn)業(yè)鏈的一個環(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、檢測儀器等多個環(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
集成電路產(chǎn)業(yè)在制造能力上的優(yōu)勢可以為功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)提供工藝平臺，“設(shè)計+代工”的模式有望提升我國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競爭實力。
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，我國微電子產(chǎn)業(yè)尤其是集成電路制造業(yè)的進步也為功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展夯實了基礎(chǔ)。盡管多年來我國微電子和電力電子兩大行業(yè)之間多少有點“瑜亮情結(jié)”，但在功率半導(dǎo)體器件工藝水平相對落后、高端集成電路市場競爭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看，上世紀(jì)80年代后發(fā)展起來的現(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。可見，把集成電路企業(yè)的制造優(yōu)勢和功率半導(dǎo)體的市場潛力相結(jié)合，既可以為芯片制造企業(yè)提供廣闊的市場，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)早已看到這一市場機遇，有的企業(yè)已經(jīng)把功率半導(dǎo)體器件列為公司重點工藝平臺。
不過，集成電路領(lǐng)域的制造經(jīng)驗并不能完全復(fù)制在功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。以IGBT為例，盡管其設(shè)計技術(shù)相對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，對于不同電壓等級和頻率范圍的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。
“相對于數(shù)字IC，功率器件代工的最大特點就是標(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)計企業(yè)面對的最終產(chǎn)品市場始終要求快速的市場反應(yīng)和有針對性的設(shè)計。”華虹NEC市場部技術(shù)市場科科長陳儉在接受《中國電子報》記者采訪時表示，“這就要求代工企業(yè)和設(shè)計企業(yè)之間有更加緊密的技術(shù)合作，需要設(shè)計企業(yè)有針對性地根據(jù)代工廠提供的技術(shù)設(shè)計和優(yōu)化產(chǎn)品，需要從前期市場調(diào)查、產(chǎn)品開發(fā)、制造、產(chǎn)品的認(rèn)證、大規(guī)模生產(chǎn)到最后進入市場，整個周期的通力合作。因此，設(shè)計企業(yè)與代工企業(yè)應(yīng)建立長期的戰(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)合將有力地推動功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。
