应用逐渐爆发!功率及化合物半导体前景可期

2021-01-05 作者: 晴天


9月18日,2020第23届中国集成电路制造年会(CICD 2020)暨广东集成电路产业发展论坛在广州举行。活动同期举行了“功率及化合物半导体专题论坛”,十多家来自国内外产业链上下游的设计、制造、设备、材料等厂商发表了主题演讲。

 

国家科技重大专项02专项总体组专家/电子科技大学集成电路研究中心主任张波和安芯投资管理有限责任公司创始合伙人王永刚分别主持了论坛上下半场。

 


广州慧智微电子有限公司CEO 李阳

 

广州慧智微电子有限公司CEO李阳以《5G射频前端芯片的机遇和挑战》为题,分析了5G时代功率器件产业的发展趋势。李阳认为,当前5G射频前端芯片ASP和数量快速增长,进而带来国产化机遇,不过,5G射频前端芯片还是面临性能、集成度和如何同步推出成套芯片的挑战。

 

李阳举例说道,因为和高通的官司,导致苹果5G手机相对滞后,逼迫最后达成妥协,其原因是苹果所以依赖的英特尔迟迟无法推出合格的5G基带。射频前端芯片同样如此,很多大厂都需要供应商技术水准能达到同时代同质量的要求。

 

基于这样的情况,李阳建议国内厂商要关注国产碳化硅/GaAs HBT供给安全,进而能够产业协同推出更优成套方案。

 


万国半导体元件有限公司应用总监 刘松

 

万国半导体元件有限公司应用总监刘松的演讲题目是《功率半导体器件市场、技术演进以及应用》,他表示,2018年全球功率半导体器件市场约200亿美元,其中工业控制、消费电子、计算机、汽车电子各自占比都在20%左右。不过,未来全球功率器件的市场驱动力将会来自于高频高效、节能减排、绿色环保、5G等方向。

 

刘松还介绍了重庆万国的发展情况,他表示,作为全球首家集研发、12英寸芯片制造、封装测试销售为一体的功率半导体企业,万国将实现月产5万片12英寸功率半导体芯片,月产12.5亿颗功率半导体封装测试。



北京北方华创华创微电子装备有限公司 张轶铭 博士

 

北京北方华创华创微电子装备有限公司张轶铭博士演讲题目为《5G领域芯片的刻蚀需求及NAURA的解决方案》,他表示作为一家半导体装备制造企业,北方华创目前在8大领域提供6大类核心产品,主要分为刻蚀、PVD、CVD、炉管、湿法清洗和MMC,面向的8大市场主要就是集成电路、先进封装、LED、MEMS、功率、化合物半导体,还有一些新能源、pv和平板显示。

 

当然,北方华创在碳化硅、氮化镓、砷化镓、红外等化合物半导体领域也有多种解决方案。

 

根据张轶铭介绍,北方华创Baseline专注射频器件工艺研发,SiN\GaN慢速低损伤刻蚀设备,碳化硅通孔高速刻蚀设备,高致密、低应力PECVD薄膜沉积设备等在国内多条主流生产线上批量应用。碳化硅量产线则有应用于碳化硅功率器件的Etch、PVD、清洗设备。此外,针对高温致感的LiNbO3.LiTa03衬底的滤波器工艺,采用领先的线性空温技术的Etch.PECVD等设备已在国内主流产线量。

 


英飞凌科技技术总监 陈立锋

 

英飞凌科技技术总监陈立锋演讲主题为《碳化硅Cool碳化硅TMMOSFET技术在太阳能、充电桩和UPS等领域的应用》,他表示,为应对全新的服务器、电信和工业SMPS、太阳能系统、能源存储和电池化成、不间断电源、电机控制和驱动,以及电动汽车充电桩在内的大量应用与日俱增的能效、功率密度和可靠性的需求,英飞凌推出Cool碳化硅™ MOSFET器件。

 

与超结CoolMOS MOSFET相比,由于Cool碳化硅采用了坚固耐用的体二极管,其反向恢复电荷非常低,比超结CoolMOS MOSFET低80%左右。而如果使用连续导通模式图腾柱功率因素校正(PFC)的话,可以让整体系统的效率达到98%。

 

对于目前国内功率半导体产业的发展,陈立锋也谈了自己的看法。他认为,厂商应该从应用出发,什么样的应用需要什么样的产品,作为厂商来说,应该从需求出发去定义产品。而目前国内厂商对于这一部分还不太重视,往往先做产品,再找需求和应用。

 


应用材料中国公司技术专家 方俊

 

应用材料中国公司技术专家方俊的演讲题目是《功率器件高量产技术的机遇与挑战》,他表示,全球半导体产业经历计算机、PC+英特网、移动智能手机、大数据、物联网时代等时代,随着硅半导体呈现不少局限,未来的应用对化合物半导体的需求越来越高。

 

此外,他还表示,功率器件未来有4%的复合增长率,功率器件按材料分为:硅材料、GaN、碳化硅等,拥有五十多年历史的应用材料针对功率器件等领域有很多产品解决方案。

 


中车首席专家、时代电气副总工程师 刘国友

 

中车首席专家、时代电气副总工程师刘国友带来了题为《碳化硅技术及其在轨道交通中的应用》的主题演讲,他表示,从1960年晶闸管开始到如今功率半导体的发展过程中,轨道交通牵引了产业的发展。目前轨道交通应用的功率半导体主要还是硅基为主,但是电特性的提高有很高的瓶颈,所以不断在开发宽禁带半导体材料用来替代。而最新的功率半导体产业的技术工作者一直在功率、频率、效率三个技术参数上探索。

 

最后,刘国友还表示,下一代轨道交通需要小型、轻量化、高功率密度、高工作温度、高工作频率、高效率绿色环保的碳化硅功率器件。产业除了需要一批人默默无闻的不断的提供技术支持之外,还需要产业资本的支持。

 


福建安芯投资管理有限责任公司管理合伙人兼首席战略官 周贞宏

 

福建安芯投资管理有限责任公司管理合伙人兼首席战略官周贞宏演讲题目是《全球第三代半导体产业机遇何挑战》,他表示,第三代半导体碳化硅何GaN处于产业即将爆发的阶段,处于70-80年代硅的状态。中国则有巨大的市场、大规模资本的投入,且生产技术设备不受限制,不过需要积累经验,加强产学研合作,不断创新,未来有机会打造世界级第三代半导体公司。

 

同时,他还建议,中国需专注第三代半导体材产业链与全球同步布局,投资并购海外技术公司,对接中国制造和市场,快速提升公司规模,创造价值。

 


深南电路股份有限公司研发总监/深圳第三代半导体研究院技术专家、项目负责人 李俊

 

深南电路股份有限公司研发总监/深圳第三代半导体研究院技术专家、项目负责人李俊针对《第三代半导体现金封装与模组技术》做了报告。他认为,封装能够为半导体提供电学互连、机械支撑和散热通道,是半导体链接材料、器件和应用的桥梁,能够实现半导体芯片的可靠服役。为此,深南电路推出了板级封装,能够实现尺寸更小,成本更低的效果。

 

对于第三代半导体,李俊认为,未来产业需要满足国防安全、智能制造、产业升级、节能减排等国家战略,能够支撑5G移动通信、能源互联网、新能源汽车等重大应用。所以碳化硅、GaN等第三代半导体要实现自主可控、解决受制于人的问题。

 


厦门大学物理科学与技术学院教授 张峰

 

厦门大学物理科学与技术学院教授张峰带来了《中国碳化硅功率器件研究进展》的研究内容。他表示,目前碳化硅应用广泛在绿能、电动车、高铁、特高压等领域,国内外都已经以6寸的碳化硅为主,以后会越来越多,6寸将是未来的主战场。

 

此外,他认为随着科锐等厂商采用新的技术使得碳化硅芯片颗粒的尺寸不断降低,在同样大小的硅片上能够获得更多的颗粒,这能够大幅度的降低生产成本。张锋表示,碳化硅未来是千亿量级的市场,而国内目前设备领域还受制于人,尤其在电力电子方向和国际差距还是比较大,基本都需要进口。因为需要耐高温,碳化硅对设备提出了更高的要求,未来希望产学研合作,争取设备尽快国产化。

 


Mentor中国区技术专家 宋琛

 

Mentor中国区技术专家宋琛的演讲主题为《从EDA平台见证中国第三代半导体的快速成长》。宋琛现场演示了Mentor EDA版图工具对于IC设计厂商在设计第三代半导体产品时,能够帮助客户在定制线宽、复制图形、自定义旋转角度、自动贴近再到布尔运算等众多设计细节中大大提高便捷性。

 

此外,贸易战下,宋琛认为,现在反而是中国EDA企业面临着好机会,这种事情晚来不如早来,在这样的情况下,反而会激发大家去做相应的产业研发。

 


英诺赛科(珠海)科技有限公司市场销售部产品应用总监 章涛

 

英诺赛科(珠海)科技有限公司市场销售部产品应用总监章涛演讲了《硅基氮化镓器件产业化进展及市场前景》的主题内容。章涛首先介绍了氮化镓的产业化发展历程。他表示,经过2008年到2019年十余年的发展,硅基氮化镓的技术日渐成熟,逐渐得到市场的认可,开始快速产业化发展。尤其是小米和OPPO发布氮化镓快充产品之后,更是一发不可收拾。不过,章涛认为氮化镓的应用不局限于消费电子市场,在工业、汽车、大数据中心等产业也有广泛的应用。

 

他进一步表示,目前氮化镓已经进入稳步的成长期,未来成长可期。

 


珠海零边界集成电路有限公司功率半导体部研发工程师 陈道坤

珠海零边界集成电路有限公司功率半导体部研发工程师陈道坤演讲主题是《碳化硅功率器件在家用电器商的应用及趋势》。陈道坤认为,由于新能源汽车、绿能、轨道交通、家电等领域需求庞大,碳化硅无疑是非常有潜力的下一代功率半导体技术。陈道坤表示,传统的家用电器一般不需要功率器件,但是现在很多变频的技术在家电商不断采用,很多家电开始逐渐使用碳化硅等功率器件,而且使用量越来越大。

 

他进一步表示,按照目前的成本,使用碳化硅二极管的PFC电路方案成本可以做到与 Si FRD方案持平或者略低。所以,零边界集成电路已经开发了多款基于碳化硅的功率半导体产品,主要用以满足格力家用电器的需求。

 

不过,陈道坤同样认为,碳化硅要大量应用在家电行业,还是有很多困难需要克服,尤其是成本、设计方案、长期可靠性等方面需要花费较长的时间来解决。

 


青岛聚能创芯微电子有限公司总经理 袁理

 

青岛聚能创芯微电子有限公司总经理袁理带来了《基于GaN材料与器件技术,打造国产化新型功率器件供应链》的主题。他表示,高速发展的5G和物联网时代,对电力提出了庞大的需求,对全球能源行业带来了很大的挑战,所以需要新的半导体技术来降低行业能源损耗。在此情况下,氮化镓很好的解决了射频和微波的功率、频率和效率问题,能够很好的实现绿色功率和微波器件技术。

 

袁理认为,氮化镓是非常成熟的产业链,在LED产业已经获得令人瞩目的成就。未来,氮化镓功率和微波器件进入高速发展阶段,具有很好的发展前景。聚能创芯在氮化镓器件与应用案例开发、氮化镓功率器件、氮化镓功率集成电路等领域有广泛的布局。

 


Milan ROSINA,YOLE

 

来自知名调研机构YOLE公司的Milan ROSINA博士通过视连线的方式作了主题为《化合物半导体如何重塑功率电子产业?》演讲报告。Milan ROSINA博士认为,人口增长、特大城市、二氧化碳排放和有限的资源正改变着我们的世界,能源升级、降低能源消耗、减少空气污染和二氧化碳排放亟待解决,而电动/混动应用将成为解决这些问题的主要驱动力,也支撑着整个功率电子技术的发展,功率半导体市场进入了一个全新时代。

 

近两年来,随着SiC在电动汽车中的普及,SiC器件在电力电子领域的应用已成为现实,其技术优势毋庸置疑。SiC模块的市场在不断增长,制造商非常重视封装性能和可靠性。GaN非常适合于微系统/低功耗系统,因为它们可以实现重量和尺寸的减小以及高效率的性能。然而,由于成本压力,GaN器件的采用一直很缓慢,而Si-mosfet在许多应用中仍然可以获得良好的性价比/尺寸比。

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