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大陆功率半导体高速成长,但90%高端依赖进口

旺报 ·2017-08-22 08:56·半导体行业观察
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来源:内容来自旺报 谢谢。


功率半导体分立器件为半导体行业的主要组成部分,更是发电、输电、变配电、用电、储能、家用电器、IT产品、网络通讯等领域的基础核心部件,因而功率半导体在人民生活和工业生产中得到广泛的应用,甚至随着物联网、云计算、新能源、节能环保等电子信息产业新领域的发展,中高阶的功率半导体器件也将迎来新一轮的发展高峰。


事实上,2018年大陆功率半导体市场规模预计将由2016年的1496亿元(人民币,下同)成长至2263.8亿元,显然未来成长空间仍大;不过大陆半导体企业技术水平相对落后,优势产品种类相对单一,和国际一流半导体公司在全控型功率半导体分立器件市场上的竞争能力上有明显差距,特别是高阶产品领域,90%的市场占有率被美日欧等国际企业占据, 显然大陆进口替代空间巨大。


而新能源产业发展为功率半导体产业发展提供了新的契机,主要是大陆新增大量的电力管控需求,而功率半导体分立器件透过降低电子产品、电力设备的电能损耗,实现节能环保,是电能控制系统节能减排的基础技术和核心技术,再者,功率器件约占新能源汽车整车价值量的价值量10%,Mosfet、IGBT等功率模块亦是充电桩/站等设备核心电能转换器件, 况且新能源产业属于新兴产业,需求量已逐渐放大,而国外企业尚未对下游形成绑定,给予大陆企业提供绝佳的切入时机。


另一股助攻的力道则是来自于大陆官方的政策扶植,包括2016年的《「十三五」国家战略性新兴产业发展规画》、2017年的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》等,前者主要是使功率半导体分立器件产业将迎来新的一轮高速发展期,而后者政策主要是进一步明确电力电子功率器件的地位和范围。


整体而言,随着新能源车和高阶工控对新型功率器件的需求爆发,大陆功率半导体的产业地位正在逐步提升,其重要性已不亚于规模更大的集成电路,未来更将受益于政策红利及自主替代必然趋势,而使对岸功率半导体进入快速发展期。


崛起的中国功率半导体,日本如鲠在喉

中国的经济发展日新月异,应对能源需求的扩大是当务之急,已经成为了功率半导体器件的消费大国。因此,在日本、美国、欧洲的功率半导体器件厂商进驻中国的同时,中国厂商也实现快速发展,各国厂商展开了激烈的开发竞争。这使得在中国申请的功率半导体器件技术专利也出现了激增。


时刻警惕的日本专利厅通过“2014年专利申请技术动向调查”,对中国功率半导体器件专利的申请动向进行调查和分析,认为中国功率半导体的崛起,会对他们造成威胁。



他们指出,2008年之前,在中国申请的功率半导体器件技术专利一直维持在每年300~400件左右,从2009年起,申请数量开始激增,2011年为900件,2012年超过850件。其中,日本、中国、欧洲籍的申请数量增长最快,中国籍的增长尤为显著:


(1)中国以Si基板的技术开发为中心


按照基板材料统计专利申请数量(在2003~2012年期间,日本籍申请人申请的使用Si(硅)作为基板材料的技术专利合计为497件(占在中国申请总数的25.2%)。而中国籍的申请数量为729件(37.0%),约为日本籍的1.5倍。


使用SiC(碳化硅)基板的技术专利方面,日本籍为284件(占在中国申请总数的50.4%),中国籍为84件(14.9%),使用GaN(氮化镓)基板的技术专利方面,日本籍为268件(47.5%),中国籍为86件(15.2%)。通过分析中日申请的基板材料专利可以看出,日本正在向开发SiC基板和GaN基板技术转型,而中国尚处在以Si基板为中心的阶段。


(2)MOSFET开发一举取得进展


按照元件种类进行统计,在MOSFET*元件专利方面,日本籍为679件(占在中国申请总数的26.9%),中国籍为677件(26.9%),数量基本相当。不过,在2008年之后,中国籍的申请数量开始增加,2011年之后的申请数量超过了日本籍。在IGBT*专利方面,日本籍为527件(44.9%),中国籍为267件(22.7%)。中国的申请数量同样是在2008年之后开始增加。


*IGBT=InsulatedGateBipolarTransistor的缩写,能够在高电压、大电流环境下,以低导通电阻进行工作。常用于空调等消费类家电,工业设备、汽车、铁路。


由此可以看出,大约从2008年开始,MOSFET与IGBT都在中国掀起了研发热潮。为了更详细地进行分析,我们比较了2012年MOSFET和IGBT的申请数量,日本籍的申请数量基本相同,而中国籍申请的MOSFET专利较多。从2008年~2012年期间中国籍申请专利的增加数量来看,也是MOSFET的数量较多。这可以认为是中国将发展的重心放在了MOSFET上面。


(3)中国在晶圆工艺上展现优势


按照申请人国籍统计每种制造工艺专利的申请数量,在介电膜形成、金属膜形成、蚀刻等晶圆工艺方面,日本籍的申请数量少于中国籍。而在芯片焊接、引线键合和封装处理等组装方面,日本籍的申请数量多于中国籍。由此可知,中国在晶圆工艺研发上的投入大于组装


(4)日本企业的发展方向,发挥优势确保竞争力


本次调查的结果表明,在功率半导体器件中,日本依然掌握着SiC基板和GaN基板的技术优势。这些基板材料适用于汽车和发电系统,日本应当面向这些用途进行开发。


而在MOSFET领域,中国正在积极开展研发。由此可以预计,中国厂商会在今后全面进军MOSFET领域,价格竞争将会愈演愈烈。因此,为了防止卷入MOSFET领域的价格竞争,日本企业应当尽快转型,转而开发传输设备和工业设备、电力系统使用的高端IGBT产品。


而且,在制造工艺方面,重要的是要在晶圆工艺上紧紧咬住中国厂商,在组装上发挥优势,以确保在中国市场上的竞争力。


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