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            功率半导体国产化替代加速 华微电子持续加大研发力度

            过去,由于功率半导体在中国起步较晚,在核心技术上较国外有较大差距,在关键技术上国外设置壁垒,在关键制造设备及原材料上,同样依赖进口。也因此,多年来,国产功率半导体器件几乎处于全产业链落后的被动局面,导致市场供需严重不匹配。

            在过去的多年发展中,突破技术难关,提升产品质量,实现进口替代,一直是国产功率半导体行业发展方向。

            早在1956年,在我国 “十二年” 科学技术发展远景规划中,半导体科学技术即被列为当时国家新技术四大紧急措施之一,此后的半个世纪中,在西方国家严格的技术封锁情况下,中国半导体产业在诸多方面与国外仍有较大差距。

            在一大批舍身忘我的半导体人和有担当有责任的民族企业的努力下,从无到有,建立了相对完整的半导体工业体系,也是在他们不折不挠地奋斗下,国产功率半导体与国际一流技术水平差距在缩小,已经逐渐打破国外大厂的垄断。

            成立于1965年的吉林华微电子股份有限公司(以下简称“华微电子”)正是这样一家民族企业,经过半个多世纪的耕耘和积累,华微电子培育了一批掌握功率半导体核心技术的专业技术人才,具备了从二三级管、可控硅、MOSFET到IGBT和IPM模块的全系列功率器件产品,在大功率产品上完全可以替代进口品牌,部分产品性能已经达到国际先进水平。为打破国际品牌在功率半导体领域的垄断做出了贡献。

            赛道上的隐忧

            功率半导体器件在电力电子行业有着非常广泛的应用,是电子产品的基础元器件之一,并且随着技术快速发展,应用领域从传统的工业领域正快速扩展至新能源、大数据、物联网、智能电网、自动机器人、轨道交通等新兴市场。“可以说有用电的地方就离不开功率半导体。”

            但由于功率半导体在国内起步较晚,在核心技术上较国外有较大差距,在关键技术上国外设置壁垒,在关键制造设备及原材料上,同样依赖进口。华微电子认为,这些因素是导致国内半导体发展落后的原因。因此,在过去的发展中,国产功率半导体器件几乎处于全产业链落后的被动局面,导致市场供需严重不匹配。

            从供给端来看,全球功率半导体的主要产地集中在欧美日,厂家拥有先进的技术和良好的生产条件,是中大功率IGBT和中高压MOSFET的主要制造商,占据全球功率半导体70%的市场份额。而中国厂商以二极管、中低压MOSFET、中小功率IGBT、晶闸管等中低端功率半导体产品为主,占据全球10%的市场份额。

            从需求端来看,中国是全球最大的功率半导体消费国。中国功率半导体市场空间占全球比例为49%,居第一位。欧洲居第二位,占比18%,美国占比8%,日本占比6%,其他地区占比19%。

            事实上,受资金及技术水平等方面的限制,绝大多数厂商只在二极管、三极管、晶闸管、平面MOSFET器件等相对低端器件的生产工艺方面较为成熟。对于IGBT等高端功率半导体器件,国内只有极少数厂商拥有生产和封装能力,国内销售的高端功率半导体器件产品仍然被美国、欧洲、日本等厂商所主导,在高端功率半导体领域尚未形成规模效应与集群效应,国际厂商仍占据我国高附加值功率半导体市场的绝对优势地位。

            通往崛起之路

            国产功率半导体第一次受国家层面的重视在1956年,这一年,党的八大提出了以经济建设为主的发展路线,提出“向科学进军”的号召,并结合当时世界科技发展的趋势,制定了为期12年的《1956—1967年科学技术发展远景规划》,在该规划中,根据国外发展电子器件的进程,提出了中国也要研究半导体科学,并把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。

            在“向科学进军”的号召下,中国的知识分子、技术人员在外界封锁的环境下,在海外回国的一批半导体学者带领下,凭借知识和实验室发展到实验性工厂和生产性工厂,开始建立起自己的半导体行业。

            在这样的背景下,1965年9月,华微电子的前身吉林市半导体厂应运而生,1965年12月24日,经过八天九夜连续奋战,28位创业者在职工浴池里铺成的生产线上,试制成功第一批硅整流二极管,填补了吉林省晶体管生产的空白。被称作“澡堂子里闹革命,鸡窝里飞出金凤凰”。

            在“六五”“七五”“八五”期间,华微电子先后实施了三期技术改造,从美国、日本、瑞士等七国先后引进了具20世纪90年代初国际先进水平的关键工艺装备,是当时国际上制造高反压大功率晶体管芯片普遍采用的工艺设备。

            现如今,华微电子产品已经覆盖功率半导体全部产品类别,已经形成IGBT 、MOSFET、SBD、FRD、SCR、BJT、IPM、LED IC等八大系列产品。其中IGBT产品采用Trench-FS国际主流结构,覆盖360V~1350V,最高电流达到800A,应用在新能源逆变控制、变频家电、IH等领域;MOSFET具备高压平面、超结MOS、CCT等工艺平台;SBD有多种势垒结构,具备平面、Trench产品技术平台;SCR电压为400V~1600V,涵盖一、三、四象限可控硅,具备单台面、双台面和平面产品技术平台;其他产品也各具特点,皆为行业内的高品质产品。

            东北“硕果”

            记者了解到,早在20世纪60年代初,国家就在东北三省布局建设了以辽晶、哈晶为代表的十多家半导体厂,但时至今日,只有华微电子生存下来,并逐步发展壮大,成为我国东北地区硕果仅存的整建制半导体企业。

            华微电子认为,产品创新、技术进步是发展的动力。华微电子一直重视研发和技术人才的培养,是国家级企业技术中心,国家创新型企业、国家博士后科研工作站,公司每年对试验室进行可持续性投入,以提升自主创新能力建设。

            2013年以来,华微电子的研发支出不断上升,研发支出总额占营业收入的6%左右,研发人员在600人以上,多的时候达到了754人,研发人员数量占比始终保持在30%以上。

            据相关人士介绍,华微电子技术中心建有专门的实验室, EDA器件工艺仿真实验室,应用实验室、失效分析实验室、可靠性实验室、大功率实验室、计量实验室。其中,失效分析实验室和计量实验室获得CNAS认证。

            近年来,华微电子通过积极引进先进技术与标准,广泛开展产学研等技术交流与合作,建立了技术研发与技术标准相结合的管理机制,注重先进技术的运用、消化和吸收,并逐步在FRD、IGBT、SBD VDMOS等产品开发中推广运用,公司的技术实力也得到了显著提高,其中1350V Trench IGBT 项目,成功攻克深槽刻蚀与填充、高均匀性多晶回刻与刻蚀工艺、Ti/Tin淀积与RTP退火工艺等难题,Trench IGBT工艺平台的开发成功,使得华微电子在功率器件研制开发方面更为全面,将进一步促进国内新型电力电子产业的发展,提高节能减排关键部件的国产化水平及权重。

            此外,在新能源汽车双面散热模块,华微电子实现功率模块双面散热超薄结构,缩小模块体积,提高模块功率密度和效率,降低功率损耗,适应未来电控系统轻量化要求,产品技术将达到同等国际标杆水平。同时,公司开发高压3300V~4500V 的IGBT和FRD产品,实现超高压大功率器件的国产化。

            2006年7月,华微电子被全国博士后管委会办公室确认为新设站。创建中国博士后科研工作站后,华微电子引进博士后专家,研发多种衬底结构肖特基产品,在光伏、电源等领域推广;创建仿真试验室,实现结构设计仿真、工艺仿真,提高研发效率。

            “公司目前共有专利百余项,广泛应用于各系列产品设计开发及生产中,产品的部分性能已经优于国外公司的同类产品,达到了国内领先水平。”华微电子相关人士表示。


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