做強功率半導體産業成當務之急

如果說中央處理器（cpu）是一台計算機的心髒，功率半導體就是電機的心髒，以它為核心的電力電子器件可實作對電能的高效産生、傳輸、轉換、存儲和控制。我國釋出《中國制造2025》，勾勒出未來十年産業轉型更新的整體方向與發展規劃，在此過程中功率半導體發揮的作用不可替代。然而，與內建電路産業相似，我國的功率半導體産業的發展水準與國際先進水準也存在着巨大的差距。人們常拿我國每年內建電路進口額與石油進行比較，其實如果按比例計算，我國功率半導體的進口替代能力可能更弱。針對我國目前功率半導體産業發展狀況以及2016-2020年電力電子産業發展重點，中國寬禁帶功率半導體及應用産業聯盟、中國igbt技術創新與産業聯盟、中國電器工業協會電力電子分會、北京電力電子學會共同釋出《電力電子器件産業發展藍皮書》（以下簡稱《藍皮書》）。《藍皮書》指出，電力電子器件産業的核心是電力電子晶片和封裝的生産，但也離不開半導體和電子材料、關鍵零部件、制造裝置、檢測裝置等産業的支撐，其發展既需要上遊基礎的材料産業的支援，又需要下遊裝置産業的拉動。

電力電子影響廣泛，市場容量超千億美元

作為半導體産業的一大分支，與內建電路相仿，功率半導體的作用同樣巨大。《藍皮書》指出，電力電子器件是采用半導體材料制造、用于實作電能高效轉換的開關控制電子器件，包括功率半導體分立器件、子產品群組件等。它們是實作對電能高效産生、傳輸、轉換、存儲和控制，提高能源利用效率、開發可再生能源，推動國民經濟可持續的基礎。近年來，“節能減排”、“開發綠色新能源”已成為我國長期發展的基本國策。在我國綠色能源産業發展的推動下，功率半導體已經成為建設節約型社會、促進國民經濟發展、踐行創新驅動發展戰略的重要支撐。此外，功率半導體不僅涉及到電力電子器件、電力電子裝置、系統控制及其在各個行業的應用等領域，還涉及到相關的半導體材料、電工材料、關鍵結構件、散熱裝置、生産裝置、檢測裝置等産業，産業鍊長、産業帶動作用巨大，在推進實施《中國制造2025》規劃中具有重大意義，對深入推進制造業結構調整和企業技術改造，實施中國制造強國建設“三步走”的發展戰略提供強大的支撐。

正是由于電力電子器件的巨大作用，其現在已經形成一個龐大的市場需求和産業規模。《藍皮書》資料顯示，2013年國際電力電子器件市場容量已接近1千億美元，而且市場年平均增長速度在15%左右。“十二五”以來，我國電力電子器件市場在全球市場中所占份額就越來越大，已成為全球最大的大功率電力電子器件需求市場。我國市場的增長速度高于全球水準，年增長率近20%。

國際大廠主導産業，中國功率半導體亟須做強

《藍皮書》同時指出，雖然功率半導體産業極具重要性，且規模龐大，但是主要供應商集中在美國、日本和歐洲。美國是電力電子器件的發源地，在全球電力電子器件市場中占有重要的位置，主要器件企業有通用電氣（ge）、on semi等。從上世紀90年代開始，日本成為國際上電力電子器件産業的發達地區，主要器件企業有東芝、富士和三菱等。歐洲也是全球電力電子器件産業的發達地區，主要企業有英飛淩、abb、semikron等。國際上sic電力電子器件的主要供應商有wolfspeed、英飛淩、羅姆、東芝、富士和三菱等公司；國際上gan電力電子器件的主要企業有英飛淩、松下、富士通、三星、transphom、gan system、epc、avogy等。

從技術角度看，在超大功率（電壓3.3kv以上、容量1～45mw）領域，目前國際上6英寸8.5kv/5ka晶閘管已商品化。瑞士abb等公司開發了非對稱型、逆導型和逆阻型igct的産品，研發水準已達到9kv/6ka，商業化産品有4.5kv和6kv兩種系列，其中6.5kv/6ka的igct産品已經開始供應市場。

在中大功率領域（電壓1200v～6.5kv），igbt是市場上的主流産品。igbt器件（包括大功率子產品、智能功率子產品）已經涵蓋了300v～6.5kv的電壓和2a～3600a的電流。近年來，以德國英飛淩、瑞士abb、日本三菱、東芝和富士等為代表的電力電子器件企業開發了先進的igbt技術和産品，占有全球每年約50億美元的市場，帶動了高達幾百億美元的電力電子裝置市場。

sic是目前發展最成熟的寬禁帶半導體材料，已經形成了全球的材料、器件和應用産業鍊。gan是另一種重要的寬禁帶半導體材料。它具有獨特的異質結結構和二維電子氣，在此基礎上研制的高電子遷移率半導體（hemt）是一種平面型器件，可以實作低導通電阻、高開關速度的優良特性。以sic和gan材料為代表的寬禁帶半導體材料和器件産業已成為高科技領域中的戰略性産業，國際領先企業已經開始部署市場，全球新一輪的産業更新已經開始。

在專利方面，2001～2010年期間，全球電力電子器件行業專利申請量處于穩步增段，每年的全球專利申請量都在1500項左右，器件類型以mosfet和igbt為主，申請量占比達到67%。國際上電力電子器件的專利集中于國際大型公司，全球專利申請量居前5位的分别是東芝、nec、日立、三菱、富士，均是日本公司，歐洲和美國的ge、英飛淩、西門子、abb等歐美企業也在該領域申請了大量專利。

綜合而言，我國寬禁帶電力電子器件技術和産業水準還落後于國際先進水準。以igbt為例，我國igbt晶片的進口率居高不下，主要市場仍然被國外企業所主導，嚴重阻礙了我國獨立自主igbt器件産業的健康發展。

打造完整産業鍊，制定技術路線圖

2013年，我國的電力電子器件市場總額近2000億元，由此直接帶動的電力電子裝置産業的市場超過2萬億元。中國電器工業協會電力電子分會預測，随着新能源革命的推動，我國電力電子器件産業将迎來10～20年的黃金發展期，将保持較高的增長态勢，并在投資增量需求與節能環境需求的雙重推動，以及下遊電力電子裝置行業需求高速發展的拉動下，我國電力電子器件市場到2020年預計将超過5000億元。在此情況下，發展自主安全可控的功率半導體産業是當務之急。

對此，《藍皮書》指出，電力電子器件産業的核心是電力電子晶片和封裝的生産，但也離不開半導體和電子材料、關鍵零部件、制造裝置、檢測裝置等産業的支撐，其發展既需要上遊基礎的材料産業支援，又需要下遊裝置産業的拉動。

“十三五”期間，我國功率半導體為重點的電力電子産業應當以什麼樣的一幅路線圖進行發展？《藍皮書》建議，2016～2020年在以下技術和産業進行重點布局，并制定關鍵材料和關鍵器件的相關技術标準。其中，近期發展目标可制訂為：在矽基電力電子器件用8英寸高阻區熔中照矽單晶圓片，igbt封裝用平闆全壓接多台架精密陶瓷結構件、氮化鋁覆銅闆、鋁-碳化矽散熱基闆，6英寸碳化矽單晶及外延材料，6～8英寸矽基gan外延材料和4～6英寸碳化矽基gan外延材料、sic和gan耐高溫（>300℃）封裝材料等關鍵材料方面形成生産能力。2020年發展目标為：在關鍵材料方面，形成矽基電力電子器件所需全部材料、碳化矽6英寸單晶和厚外延材料、6～8英寸矽基gan外延材料和4～6英寸碳化矽基gan外延材料、sic和gan電力電子器件所需高溫（>300℃）封裝材料等的生産能力，并建立相應标準體系和專利保護機制；在關鍵電力電子器件方面，矽基igbt、mosfet、frd形成系列化産品，綜合性能達到國際先進水準，sic二極管、半導體及其子產品産品和gan器件産品具有國際競争力。

本文轉自d1net（轉載）