半导体

功率半导体:政策环境好上游材料制约发展

作者:博子来源:EDN发布时间:2010-02-04 09:36我要评论

功率半导体是弱电控制与强电运行之间、信息技术与先进制造之间的桥梁,是国民经济的重要基础。随着世界各国对节能减排的需求越来越迫切,功率半导体器件已从传统的工业控制和4C领域迈向新能源、轨道交通、智能电网、变频家电等诸多产业。


国外企业掌控关键技术


·2011年中国功率器件市场将占全球半壁江山。


·我国功率半导体企业生产条件和工艺技术大多仍停留在国外上世纪90年代水平,关键技术掌握在少数国外公司手中。


功率半导体器件是指能承受较大电流和电压的半导体器件,是半导体产业中仅次于大规模集成电路的另一大分支。功率半导体器件可分为功率半导体分立器件和功率集成电路两大类,功率半导体分立器件在我国又常被称为电力电子器件,据北京工业大学亢宝位教授介绍,IGBT(绝缘栅双极晶体管)、功率MOS(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)和功率FRD(快恢复二极管)是该领域的三大支柱产品,以前作为主体的晶闸管和功率双极晶体管所占市场已经很少。


功率半导体的作用主要是节能和传统产业信息化。我国每年约60%%的发电量用于各种电机,采用变频调速的电机驱动技术是电机节能的重要手段,节电幅度约为20%%-30%%,而变频调速所用的器件正是功率半导体。从技术水平来看,上世纪80年代以后发展起来的更先进的新型功率半导体器件约占所有功率半导体器件的80%%以上,而以前的传统的功率半导体只剩下不到20%%的份额。


从传统的应用领域来看,功率半导体约70%%用于通信、计算机、消费电子和汽车等所谓“4C”产业,约30%%应用于工业和医疗领域。江苏宏微科技有限公司总经理赵善麒在接受《中国电子报》记者采访时表示,从全球范围来看,太阳能发电、风能发电、电动汽车、智能电网等领域是功率半导体器件新的应用热点。


如今,中国正在成长为全球最大的功率半导体市场。从2005年到2008年,我国功率半导体市场年平均增长率为23%%,2008年的销售额是821。8亿元,经初步测算,2009年我国功率半导体销售额已超过870亿元。我国的功率半导体市场在未来几年里还会保持增长,预计2010年将达到956。6亿元,2011年将达到1060。5亿元。据预测,2011年功率半导体在中国市场的销售量将占全球的50%%。


尽管中国已经成为全球功率半导体产业的重要市场,但中国功率半导体器件的设计、制造能力还有待提高,我国功率半导体企业的生产条件和工艺技术大多仍停留在国外上世纪90年代的水平,关键技术仍掌握在少数国外公司手中。嘉兴斯达半导体有限公司董事长沈华告诉记者,目前我国新型功率半导体尤其是IGBT产业还处于起步阶段,上下游的配套还很不完善。据统计,目前国内市场所需的功率半导体约有90%%仍然依赖进口,缺乏核心技术将严重阻碍中国新兴节能产业的发展。


江苏宏微科技有限公司总经理赵善麒:


与其他国家相比,中国的功率半导体器件市场的特点是使用的器件品种多,应用领域宽;但是,目前国内市场上的高端产品(如IGBT)基本上被国外厂商垄断,国内产品市场认证周期非常长,而且获得的市场认可度不高。


IGBT是近期发展重点


·近年来,我国政府出台了一系列政策对功率半导体产业进行扶持。


·中国企业在立足于提升产品质量、加强客户服务的同时,也尝试用海外并购的方式实现跨越式发展。


正是认识到我国功率半导体产业与国外先进水平的差距,中国企业开始寻找各种路径提升自己的实力,中国政府也出台了一系列政策对该产业进行扶持。浙江大学电气工程学院长江特聘教授盛况在接受《中国电子报》记者采访时表示,从产业化的角度看,未来3-5年内我国功率半导体领域的发展重点应该是IGBT,因为我国对IGBT器件的需求比较迫切,国家在该领域也有较大的支持和投入。


在2009年出台的《电子信息产业调整和振兴规划》中,明确提出了“加快电子元器件产品升级”,“充分发挥整机需求的导向作用,围绕国内整机配套调整元器件产品结构”,提高新型电力电子器件、高频频率器件等产品的研发生产能力,“初步形成完整配套、相互支撑的电子元器件产业体系”。


根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,科技部在“十一五”国家科技支撑计划重点项目“电力电子关键器件及重大装备研制”中,将“新型电力电子器件及电力电子集成技术”列为该重点项目的第一项课题。据该课题的承担单位之一西安电力电子技术研究所副所长白继彬透露,该课题主要致力于IGBT、FRD及PEBB(电力电子组块)关键技术的研发,目前已接近课题验收阶段。白继彬同时表示,在我国,整机受制于器件已成为共识;事实上,电力电子器件也受制于材料。目前,我国新型功率半导体器件的原材料还严重依赖进口,需要在产业链的上游环节加大投入。


在争取国家政策扶持的同时,中国 企业也尝试通过资本运作迅速提升自身的实力。2008年,南车时代集团完成了对加拿大上市公司DynexPower的并购。据了解,Dynex公司大功率半导体器件销售额居全球第6位,是国际上少数掌握高压IGBT制造技术的公司之一。南车时代集团通过此次并购实现了在功率半导体领域技术和产业的跨越式发展。


嘉兴斯达半导体自2005年成立以来,目前已发展成为国内IGBT领域产销量最大、技术领先的企业。“与国外公司相比,中国企业最大的优势在于贴近市场,可以迅速、全面地了解客户的需求。”沈华表示,“我们要帮助客户选择最适合他们产品的模块,必要时为他们量身定制,努力使产品的性价比达到最高。”产品的质量和可靠性也是中国企业能否在市场竞争中站稳脚跟的关键,在沈华看来,这就要求中国企业加大在设备、技术研发等领域的投入,要从采购供应、生产过程和生产后等多个环节进行质量控制,产品的检测要实现标准化的机器测评,将人为因素降到最低。


浙江大学电气工程学院长江特聘教授盛况:


器件只是产业链的一个环节,IGBT产业的发展需要得到产业链上下游的支持,需要材料、制造设备、检测仪器等多个环节的完整配套,并且研发、生产和应用应紧密结合。


IC制造为功率半导体搭建工艺平台


·集成电路产业在制造能力上的优势可以为功率半导体的生产提供工艺平台,“设计+代工”的模式有望提升我国功率半导体产业竞争实力。


·功率器件标准化程度较差,其工艺的特殊性应受关注。


近年来,我国微电子产业尤其是集成电路制造业的进步也为功率半导体产业的发展夯实了基础。尽管多年来我国微电子和电力电子两大行业之间多少有点“瑜亮情结”,但在功率半导体器件工艺水平相对落后、高端集成电路市场竞争异常激烈的背景之下,微电子与电力电子两大产业的携手将有望创造双赢的结局。


据亢宝位教授介绍,从器件制造工艺角度来看,上世纪80年代后发展起来的现代功率半导体器件VDMOS、IGBT、平面型快恢复功率二极管和功率集成电路都使用精细光刻和平面工艺技术,其设备和工艺线的要求与集成电路基本相同,即超净厂房、精细光刻、离子注入掺杂和各种CVD技术(如多晶硅、氮化硅、二氧化硅)等等。可见,把集成电路企业的制造优势和功率半导体的市场潜力相结合,既可以为芯片制造企业提供广阔的市场,又可以大幅提升功率半导体企业的产品档次。据了解,我国集成电路领域的主流芯片代工企业早已看到这一市场机遇,有的企业已经把功率半导体器件列为公司重点工艺平台。


不过,集成电路领域的制造经验并不能完全复制在功率半导体产业。以IGBT为例,尽管其设计技术相对集成电路而言不算复杂,但由于其大电流、高电压、高频和高可靠性的要求,加工工艺十分特殊和复杂;另外,对于不同电压等级和频率范围的IGBT,其主要工艺也有较大差异,从而增加了器件生产的特殊性和复杂性。


“相对于数字IC,功率器件代工的最大特点就是标准化程度低,导致移植性差,每家工厂做出的产品都有不同之处,而设计企业面对的最终产品市场始终要求快速的市场反应和有针对性的设计。”华虹NEC市场部技术市场科科长陈俭在接受《中国电子报》记者采访时表示,“这就要求代工企业和设计企业之间有更加紧密的技术合作,需要设计企业有针对性地根据代工厂提供的技术设计和优化产品,需要从前期市场调查、产品开发、制造、产品的认证、大规模生产到最后进入市场,整个周期的通力合作。因此,设计企业与代工企业应建立长期的战略合作关系。”


北京工业大学教授亢宝位:


功率半导体的设计技术与集成电路制造工艺技术的结合将有力地推动功率半导体产业向前发展。


 


责任编辑:电子信息产业网
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