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2018年功率半导体可能如IC业一样迎来发展热潮
文章来源:永阜康科技 更新时间:2018/3/21 14:13:00
  1月,华润微宣布将在重庆打造全国最大的功率半导体生产基地;去年年底,士兰微发布公告在厦门建设两条12英寸特色工艺生产线,主要产品为MEMS和功率半导体。两个大型项目将国内功率半导体产业的发展推向高潮。作为半导体产业的一大分支,功率半导体对实现电能的高效产生、传输、转换、存储和控制作用巨大,是实现节能减排、绿色制造的关键。2018年功率半导体市场将如何发展?中国功率半导体产业能否像集成电路产业一样取得高速成长?

应用市场:汽车、工业双轮驱动

功率半导体可以用来控制电路通断,从而实现电力的整流、逆变、变频等。一般将额定电流超过1安培的半导体器件归类为功率半导体,其阻断电压从几伏到上万伏。常见的功率半导体有金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管芯片(IGBT)、快恢复二极管(FRD)、垂直双扩散金属-氧化物场效应晶体管(VDMOS)、可控硅(SCR)、大功率晶闸管(GTO)等。

从市场角度看,功率半导体从 2016年下半年开始行情回暖,此后需求持续旺盛。根据IHS Markit的数据,2017年包括功率离散元件、功率模组在内的全球整体功率半导体市场销售额达383亿美元,增长率约达7.5%。在接受采访时,英飞凌工业功率控制事业部中国区负责人于代辉表示,继续看好2018年功率半导体市场,特别是中国的功率半导体市场规模迅速增长。

功率半导体广泛应用于汽车、家电、光伏、风电、轨道交通等领域,渗透进了人们生活的方方面面。业界普遍认为,带动功率半导体旺盛需求的一个重要原因是下游新能源汽车的高速增长。我国作为全球最大的新能源汽车市场,2017年前十月新能源汽车产量达51.7万辆,同比增长45.63%,预计全年70万辆销售目标有望完成。 而汽车电子是功率半导体器件最主要的应用领域之一。根据行业研究数据,新能源汽车所用的IGBT约占电动汽车总成本的10%。2016年国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知》:到2020年,新能源汽车实现当年产销200万辆以上,累计产销超过500万辆。

另一个预计将呈现爆炸性增长的市场是工业物联网。威世半导体亚洲区销售高级副总裁Johnson Koo此前在接受记者采访时表示,《中国制造2025》是中国版的工业4.0,是中国在建成制造强国三个十年“三步走”战略的第一个十年的行动纲领。工业4.0的实现本身就需要制造业的转型升级。这些新兴的需求将为半导体公司提供更多市场机会,包括工业传感器、微控制器、电子标签和功率器件等。

新产线:士兰微、华润相继投资

中国功率半导体市场增长虽然很快,厂商实力与国际巨头相比还有较大差距,不过近年来国内的企业也在积极追赶,并取得了一定成果。赛迪顾问报告指出,目前我国功率器件龙头企业处于加速整合海外优质资源,加速向中高端市场迈进的进程中。因此,预计2018年国内功率半导体产业有望如集成电路产业一样,掀起一轮发展热潮。

2017年年底,士兰微宣布将在厦门市海沧区建设两条12英寸65nm—90nm的特色工艺芯片生产线。根据士兰微的公告,第一条产线总投资70亿元,工艺线宽90nm,达产规模8万片/月;分两期实施,一期总投资50亿元,公司以货币出资3亿,实现月产能4万片。第二条产线初步概算总投资100亿元,工艺线宽为65nm—90nm。这两条产线的主要产品为MEMS、功率器件。而华润微则在2018年1月8日与重庆市经信委、重庆西永微电子产业园区开发有限公司签约,将在重庆设立一座国家级功率半导体研发中心、建设国内最大的功率半导体制造中心,同时完善上下游产业链,形成从原材料制造、IC设计到封装测试的完整产业链条,带动当地集成电路产业基地升级。

更重要的是,经过这些年的培育与发展,国内功率半导体的产业链有了长足的进步。中国电器工业协会电力电子分会秘书长肖向峰表示,近5年来我国电力电子器件产业链在多个方面取得进展,包括电子材料、IGBT用高阻区熔中照单晶、IGBT用平板全压接多台架陶瓷结构件、IGBT专用焊锡、IGBT用氮化铝DBC覆铜板、IGBT用铝碳化硅基板、6英寸碳化硅晶圆及外延、6英寸碳化硅、8英寸SiC衬底的GaN外延、6英寸蓝宝石衬底的GaN外延等。这些领域的发展成熟为未来我国功率半导体产业的成长打下了较为坚实的基础。

新材料:SiC领先GaN牵引功率器件迅猛发展

半导体产业发展至今经历了三个阶段:第一代半导体材料以硅(Si)为代表,第二代半导体材料砷化镓(GaAs)也已经广泛应用,而第三代半导体材料以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)等宽禁带为代表。第三代半导体材料突出优点是在导热率、抗辐射能力、击穿电场、电子饱和速率等方面,因此更适用于高温、高频、抗辐射的场合。

以SiC材料为基础的功率半导体技术上较为成熟,市场在2016年正式形成,市场规模约在2.1亿—2.4亿美元之间。作为国内成立最早规模最大的SiC单晶衬底高新企业天科合达公司发展迅猛,已连续八年被YOLE公司列为国际SiC单晶衬底主要制造商。Yole预测,到2021年将上涨至5.5亿美元,复合年均增长率预计将达19%。氮化镓器件则相对滞后一些。

不过,2017年以来功率氮化镓的产品技术也在加快成熟,预计2018年将是功率氮化镓较具成长性的一年。潘大伟告诉记者,英飞凌将推出的一个功率GaN的系列产品,能够提高功率转化的频率,功率的密度非常高,可以达到硅片10到100倍的改善的效果。Yole公司的报告也印证了这一点:2016年全球功率氮化镓有了大约1400万美元的市场。这相对于总规模达到300亿美元的硅功率半导体市场,当然还显得很微不足道。不过,功率氮化镓技术凭借其高性能和高频解决方案适用性,短期内预计将展现出巨大的市场潜力。

在中国功率GaN技术也有较快发展。2017年11月英诺赛科的8英寸硅基氮化镓生产线通线投产,成为国内首条实现量产的8英寸硅基氮化镓生产线。华润微规划建设的化合物半导体项目,判断生产线主要是GaN工艺。该项目将分两期实施,其中一期项目投资20亿元,二期投资30亿元。

 
 
 
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