- 功率半導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制造為功率半導體搭建工藝平臺
- 上世紀80年代以后發(fā)展起來的新型功率半導體器件約占所有功率半導體器件的80%以上
- 我國的功率半導體市場預計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體約有90%仍然依賴進口
功率半導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。
功率半導體器件是指能承受較大電流和電壓的半導體器件，是半導體產(chǎn)業(yè)中僅次于大規(guī)模集成電路的另一大分支。功率半導體器件可分為功率半導體分立器件和功率集成電路兩大類，功率半導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-半導體場效應晶體管)和功率FRD(快恢復二極管)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體。從技術(shù)水平來看，上世紀80年代以后發(fā)展起來的更先進的新型功率半導體器件約占所有功率半導體器件的80%以上，而以前的傳統(tǒng)的功率半導體只剩下不到20%的份額。
從傳統(tǒng)的應用領(lǐng)域來看，功率半導體約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、風能發(fā)電、電動汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域是功率半導體器件新的應用熱點。
如今，中國正在成長為全球最大的功率半導體市場。從2005年到2008年，我國功率半導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年我國功率半導體銷售額已超過870億元。我國的功率半導體市場在未來幾年里還會保持增長，預計2010年將達到956.6億元，2011年將達到1060.5億元。據(jù)預測，2011年功率半導體在中國市場的銷售量將占全球的50%。
盡管中國已經(jīng)成為全球功率半導體產(chǎn)業(yè)的重要市場，但中國功率半導體器件的設計、制造能力還有待提高，我國功率半導體企業(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。嘉興斯達半導體有限公司董事長沈華告訴記者，目前我國新型功率半導體尤其是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體約有90%仍然依賴進口，缺乏核心技術(shù)將嚴重阻礙中國新興節(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，中國的功率半導體器件市場的特點是使用的器件品種多，應用領(lǐng)域?qū)?；但是，目前國?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)品市場認證周期非常長，而且獲得的市場認可度不高。
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。
正是認識到我國功率半導體產(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。浙江大學電氣工程學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)我國功率半導體領(lǐng)域的發(fā)展重點應該是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，我國新型功率半導體器件的原材料還嚴重依賴進口，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)加大在設備、技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域的投入，要從采購供應、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)標準化的機器測評，將人為因素降到最低。
浙江大學電氣工程學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)和應用應緊密結(jié)合。
IC制造為功率半導體搭建工藝平臺
集成電路產(chǎn)業(yè)在制造能力上的優(yōu)勢可以為功率半導體的生產(chǎn)提供工藝平臺，“設計+代工”的模式有望提升我國功率半導體產(chǎn)業(yè)競爭實力。
功率器件標準化程度較差，其工藝的特殊性應受關(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80年代后發(fā)展起來的現(xiàn)代功率半導體器件VDMOS、IGBT、平面型快恢復功率二極管和功率集成電路都使用精細光刻和平面工藝技術(shù)，其設備和工藝線的要求與集成電路基本相同，即超凈廠房、精細光刻、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?？梢姡鸭呻娐菲髽I(yè)的制造優(yōu)勢和功率半導體的市場潛力相結(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)驗并不能完全復制在功率半導體產(chǎn)業(yè)。以IGBT為例，盡管其設計技術(shù)相對集成電路而言不算復雜，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)的特殊性和復雜性。
“相對于數(shù)字IC，功率器件代工的最大特點就是標準化程度低，導致移植性差，每家工廠做出的產(chǎn)品都有不同之處，而設計企業(yè)面對的最終產(chǎn)品市場始終要求快速的市場反應和有針對性的設計。”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)和設計企業(yè)之間有更加緊密的技術(shù)合作，需要設計企業(yè)有針對性地根據(jù)代工廠提供的技術(shù)設計和優(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，設計企業(yè)與代工企業(yè)應建立長期的戰(zhàn)略合作關(guān)系。”
北京工業(yè)大學教授亢寶位：
功率半導體的設計技術(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體產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。
