功率器件简介及功率器件的技术发展趋势

周宏伟:我的报告分为五个部分,首先是功率器件简介,其次是功率器件的市场,再次是功率器件的技术发展趋势,今日新闻,接着是中国功率器件发展现状,最后是龙腾半导体功率器件简介。

一、功率器件简介

功率半导体是集成电路一个非常重要的组成部分,市场空间有400多亿美元,从大方面讲有200多亿美元是功率IC,还有100多亿是功率器件。手机充电器,手机当中都会有功率器件。功率器件主要的部分,体量比较大的是IGBT。把IGBT、VDMOS做好,就是一个很好的硬件厂商。IGBT模块是双子器件,它的特点是频率低一点,但是能量密度稍微大一点。所以像在新能源汽车,轨道交通应用得更广泛。它的重要性不言而喻,前一段发生中兴事件,我们在功能器件行业也刷屏了一个事情,通信系统如果中兴不卖了会是灾难,但如果在功率器件国外禁运的话,是一个更加灾难性的后果。比如高铁、电网,这个后果更为严重。至于它的重要性,我借用两个人说的话给大家听一下。一个是国际能源互联网研究院院长邱宇峰说的,已经知道电网将从钢铁网变成半导体电网,这是一个方面,半导体电网的核心的部件就是IGBT。另外一个重要的应用领域是轨道交通,我们说高铁是中国高端制造的名片,但是它的核心部分就是IGBT模块,类似于手机当中的CPU。还有一个更重要的领域,我们国家强推的新能源汽车,新能源汽车功率器件占整个成本的7%到10%,要到1000美元。

正是因为功率器件在高端行业有核心的应用,像国家电网本来是做电网的,现在自己也整了个公司做功率器件,做IGBT。中车也是,自己干脆建了一条线,自己做IGBT。实际上功率器件是两个部分,一个是VDMOS,一个是IGBT。抓住这两个细分领域,中国的元器件就做好了。

二、功率器件的市场

VDMOS在2017年的Yole统计报告当中,市场空间有60亿美元,这里面大部分是40v以下的设备。从市场份额来看,我们关心的是汽车电子,不管是增长率和市场份额,都是最大的。其次是计算机和存储,它的市场份额特别大。但是因为PC的发展比较慢,所以它的增长率比较小。另外是网络通讯,虽然现在来看市场份额不大,但是增长率很快,基本上和汽车电子一样。大家知道在通讯行业我们国家还可以,比如华为和中兴在通讯行业是第一位和第四位,所以伴随着整机器件的发展,国内应该有很好的发展。

在2016年的统计报告当中,关于功率器件市场份额和一些重要的参与者,实际上0到40V体量是最大的。因为只要是手持器件,像数码相机、手机这些东西用量非常大,它的市场份额非常高。下面是40V到100V,这个为什么高呢?是因为做到了汽车,汽车电源是12V,很多是60到100V之间。大于400V这一部分统称为高压器件。谁是重要的参与者呢?从第一到十的排名,基本上没有中国厂商。客观来说,数到十五,中国厂商也很难排进去。第一名是很老牌的厂商,之前他的份额没那么多,三年前他收购了一个重要的厂商。第二位是On  Semi,所以整个来看,细分市场里面,欧美日把持了大部分厂家。

从VDMOS再细分一下,就是汽车电子,这个市场在2018年是14亿美金,增长比例每年逐渐增加的。前十位里面依然没有中国厂家。另外一个市场份额比较大的领域,是计算和存储市场,2018年的市场份额是14亿美元。但因为PC发展缓慢,是一个平稳的状态。即使这样,在这个非常大的市场领域前十名,也仍然没有中国厂家。严格来说,15位也没有。我们一直说是中国是制造大国,不是制造强国,因为在高端制造业当中,是找不到中国厂商的。

再看另外一种非常重要的功率器件IGBT。IGBT总体市场是在2018年开始接近50亿美元,重要的参与者我们也列了一下。IGBT的电压非常广,从400V到6500V都有应用,因此很难有厂家独吞一个市场,所以厂家选自己擅长的领域做。这是第一梯队、第二梯队、第三梯队。第一梯队仍然是infineon、三菱,轨道交通被ABB垄断,所以很难见到中国厂商。只是在4500V领域把中车放进去了,但严格来说中车没有大批量量产IGBT。所以整体在IGBT这么大的市场里面,中国的参与度也比较低。

功率器件简介及功率器件的技术发展趋势

三、功率器件的技术发展趋势

所有的高压器件,这个技术是电子科大提出的,也因为这项工作获得了中科院的院士资格。这可以写进教科书,当时介绍的时候用了这么一句话,在半导体的历史上,陈先生把这个理论给推翻了,在半导体行业这是第一次。以至于陈先生的工作,正是因为他的奠基性的工作,使得公司在这个行业是非常领先的。从国内来看,这个结构看起来很简单,实际上有两种,一个是沟槽,一个是多次外延和注入。多次外延占了80%的市场份额,因为它的生产历史比较早,在陈院士提出来以后,他把专利很早提出来了,但是国内实现不了,后来infineon看了专利以后用了几年的时间,1998年就实现了。所以它的市场化份额开始得比较早。

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