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功率半導體國產化替代加速 華微電子持續加大研發力度

2020/9/28 | 來自:人力資源



      隨著外部環境的不斷變化,功率半導體國產替代再受熱議。

      過去,由于功率半導體在中國起步較晚,在核心技術上較國外有較大差距,在關鍵技術上國外設置壁壘,在關鍵制造設備及原材料上,同樣依賴進口。也因此,多年來,國產功率半導體器件幾乎處于全產業鏈落后的被動局面,導致市場供需嚴重不匹配。

      在過去的多年發展中,突破技術難關,提升產品質量,實現進口替代,一直是國產功率半導體行業發展方向。

      早在1956年,在我國“十二年”科學技術發展遠景規劃中,半導體科學技術即被列為當時國家新技術四大緊急措施之一,此后的半個世紀中,在西方國家嚴格的技術封鎖情況下,中國半導體產業在諸多方面與國外仍有較大差距。

      在一大批舍身忘我的半導體人和有擔當有責任的民族企業的努力下,從無到有,建立了相對完整的半導體工業體系,也是在他們不折不撓地奮斗下,國產功率半導體與國際一流技術水平差距在縮小,已經逐漸打破國外大廠的壟斷。

     成立于1965年的吉林華微電子股份有限公司(以下簡稱“華微電子”)正是這樣一家民族企業,經過半個多世紀的耕耘和積累,華微電子培育了一批掌握功率半導體核心技術的專業技術人才,具備了從二三級管、可控硅、MOSFET到IGBT和IPM模塊的全系列功率器件產品,在大功率產品上完全可以替代進口品牌,部分產品性能已經達到國際先進水平。為打破國際品牌在功率半導體領域的壟斷做出了貢獻。

    賽道上的隱憂

      功率半導體器件在電力電子行業有著非常廣泛的應用,是電子產品的基礎元器件之一,并且隨著技術快速發展,應用領域從傳統的工業領域正快速擴展至新能源、大數據、物聯網、智能電網、自動機器人、軌道交通等新興市場。“可以說有用電的地方就離不開功率半導體。”

      但由于功率半導體在國內起步較晚,在核心技術上較國外有較大差距,在關鍵技術上國外設置壁壘,在關鍵制造設備及原材料上,同樣依賴進口。華微電子認為,這些因素是導致國內半導體發展落后的原因。因此,在過去的發展中,國產功率半導體器件幾乎處于全產業鏈落后的被動局面,導致市場供需嚴重不匹配。

      從供給端來看,全球功率半導體的主要產地集中在歐美日,廠家擁有先進的技術和良好的生產條件,是中大功率IGBT和中高壓MOSFET的主要制造商,占據全球功率半導體70%的市場份額。而中國廠商以二極管、中低壓MOS-FET、中小功率IGBT、晶閘管等中低端功率半導體產品為主,占據全球10%的市場份額。

      從需求端來看,中國是全球最大的功率半導體消費國。中國功率半導體市場空間占全球比例為49%,居第一位。歐洲居第二位,占比18%,美國占比8%,日本占比6%,其他地區占比19%。

      事實上,受資金及技術水平等方面的限制,絕大多數廠商只在二極管、三極管、晶閘管、平面MOS-FET器件等相對低端器件的生產工藝方面較為成熟。對于IGBT等高端功率半導體器件,國內只有極少數廠商擁有生產和封裝能力,國內銷售的高端功率半導體器件產品仍然被美國、歐洲、日本等廠商所主導,在高端功率半導體領域尚未形成規模效應與集群效應,國際廠商仍占據我國高附加值功率半導體市場的絕對優勢地位。

    通往崛起之路

      國產功率半導體第一次受國家層面的重視在1956年,這一年,黨的八大提出了以經濟建設為主的發展路線,提出“向科學進軍”的號召,并結合當時世界科技發展的趨勢,制定了為期12年的《1956—1967年科學技術發展遠景規劃》,在該規劃中,根據國外發展電子器件的進程,提出了中國也要研究半導體科學,并把半導體技術列為國家四大緊急措施之一。

      在“向科學進軍”的號召下,中國的知識分子、技術人員在外界封鎖的環境下,在海外回國的一批半導體學者帶領下,憑借知識和實驗室發展到實驗性工廠和生產性工廠,開始建立起自己的半導體行業。

      在這樣的背景下,1965年9月,華微電子的前身吉林市半導體廠應運而生,1965年12月24日,經過八天九夜連續奮戰,28位創業者在職工浴池里鋪成的生產線上,試制成功第一批硅整流二極管,填補了吉林省晶體管生產的空白。被稱作“澡堂子里鬧革命,雞窩里飛出金鳳凰”。

      在“六五”“七五”“八五”期間,華微電子先后實施了三期技術改造,從美國、日本、瑞士等七國先后引進了具20世紀90年代初國際先進水平的關鍵工藝裝備,是當時國際上制造高反壓大功率晶體管芯片普遍采用的工藝設備。

      現如今,華微電子產品已經覆蓋功率半導體全部產品類別,已經形成IGBT、MOSFET、SBD、FRD、SCR、BJT、IPM、LED IC等八大系列產品。其中IGBT產品采用Trench-FS國際主流結構,覆蓋360V~1350V,最高電流達到800A,應用在新能源逆變控制、變頻家電、IH等領域;MOSFET具備高壓平面、超結MOS、CCT等工藝平臺;SBD有多種勢壘結構,具備平面、Trench產品技術平臺;SCR電壓為400V~1600V,涵蓋一、三、四象限可控硅,具備單臺面、雙臺面和平面產品技術平臺;其他產品也各具特點,皆為行業內的高品質產品。

    東北“碩果”

      記者了解到,早在20世紀60年代初,國家就在東北三省布局建設了以遼晶、哈晶為代表的十多家半導體廠,但時至今日,只有華微電子生存下來,并逐步發展壯大,成為我國東北地區碩果僅存的整建制半導體企業。

      華微電子認為,產品創新、技術進步是發展的動力。華微電子一直重視研發和技術人才的培養,是國家級企業技術中心,國家創新型企業、國家博士后科研工作站,公司每年對試驗室進行可持續性投入,以提升自主創新能力建設。

      2013年以來,華微電子的研發支出不斷上升,研發支出總額占營業收入的6%左右,研發人員在600人以上,多的時候達到了754人,研發人員數量占比始終保持在30%以上。

      據相關人士介紹,華微電子技術中心建有專門的實驗室,EDA器件工藝仿真實驗室,應用實驗室、失效分析實驗室、可靠性實驗室、大功率實驗室、計量實驗室。其中,失效分析實驗室和計量實驗室獲得CNAS認證。

      近年來,華微電子通過積極引進先進技術與標準,廣泛開展產學研等技術交流與合作,建立了技術研發與技術標準相結合的管理機制,注重先進技術的運用、消化和吸收,并逐步在FRD、IGBT、SBD VDMOS等產品開發中推廣運用,公司的技術實力也得到了顯著提高,其中1350VTrench IGBT項目,成功攻克深槽刻蝕與填充、高均勻性多晶回刻與刻蝕工藝、Ti/Tin淀積與RTP退火工藝等難題,Trench IGBT工藝平臺的開發成功,使得華微電子在功率器件研制開發方面更為全面,將進一步促進國內新型電力電子產業的發展,提高節能減排關鍵部件的國產化水平及權重。

      此外,在新能源汽車雙面散熱模塊,華微電子實現功率模塊雙面散熱超薄結構,縮小模塊體積,提高模塊功率密度和效率,降低功率損耗,適應未來電控系統輕量化要求,產品技術將達到同等國際標桿水平。同時,公司開發高壓3300V~4500V的IGBT和FRD產品,實現超高壓大功率器件的國產化。

      2006年7月,華微電子被全國博士后管委會辦公室確認為新設站。創建中國博士后科研工作站后,華微電子引進博士后專家,研發多種襯底結構肖特基產品,在光伏、電源等領域推廣;創建仿真試驗室,實現結構設計仿真、工藝仿真,提高研發效率。

      “公司目前共有專利百余項,廣泛應用于各系列產品設計開發及生產中,產品的部分性能已經優于國外公司的同類產品,達到了國內領先水平。”華微電子相關人士表示。



《中國經營報》記者王登海北京報道


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