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，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。

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。

下面是沟槽刻蚀和回填，这就是先挖一个，再填充，这个工艺现在主要是华虹采取这个工艺。主要有两家厂家做，从工艺角度来说，华虹的工艺更好。在很深的沟槽里面填充一个没有缺陷的P型单晶是非常有挑战性的，你可以在市场上看，华虹是非常好。大家有机会看看华虹每个财季的财报都很漂亮，利润很高。再仔细看业务拆分的话，排第一的就是高压超结。

下面是低压的VDMOS，一开始也是平面的，再到普通沟槽，然后到现在最热的SGT，现在是非常热的。实际上每一家的断代都不一样，但都是从平面的PT结构，到最新的PF+RC。从芯片厚度来说，头发丝直径30微米，IGBT60V在五六十微米，所以在8寸上面的精度非常高。应该来说国内和国际有两代到三代的差别，所以目前IGBT落后还是蛮多的。在学术界热的就是宽禁代，在五年之内宽禁代碳化硅也会发展平稳，以未来十年来看，增长量会非常大。今天这个节点上，国内碳化硅和氮化镓刚刚兴起。刚才谈的是行业的现状，现在谈中国的现状，因为比较分散，数据也不好搞，所以很多数据是来自国外的。这是2012年的一个报告，从这个上面结合我刚才谈的图，功率器件的市场基本上是在中国，我估计70%的功率器件在中国。

四、中国功率器件发展现状

从国内的地域来看，环渤海，就是北京和天津，有一些代工厂。天津有一个中华做得相当不错。西部只有西安，西安有龙腾和航天的一些厂。最强在江苏省，因为江苏在无锡和苏州，尤其是无锡，号称是中国集成电路的黄埔军校，所以一开始底子打得比较好，目前已经研制出很多元器件，不管是代工厂还是设计公司，很多都在无锡。深圳现在在功率器件应用端更强，但是代工厂有一些小的，像中芯、方正。中芯也开始在深圳做功率器件，半导体市场本身很火，但是功率器件比半导体更火。

左边这个图重新画了一下，是全球主要功率MOSFET份额，中国厂商在功率器件不到5%，国内市场加起来不到10%，所以功率器件绝大部分依赖进口。这是个问题，对国内也是一个机会。

再看产业环境。功率器件在半导体地位愈发突出。国务院提出了中国制造2025，它的核心就是功率器件。从现在来说，功率器件基本上还是欧美日把持，国内厂商相对来说比较弱小。国家也应该意识到这个问题了，像NPX，标准器件这部分，可能在国外警惕性没那么高的情况下，被中国资本拿下来了。2016年我在的时候，华润要收购相铜（音），我们很多同事也参与了这个谈判。最后的结局，它也承认卖给你们最好，但因为血统不行，哪怕便宜卖给别人，也不卖给你。

从功率器件来看，一个是汽车，一个是通讯，都是功率器件的主要推动者，而且国家也把通讯和汽车作为战略产业，所以功率器件本身是一个非常好的行业。这是士兰，这是我们的友商，主营功率器件，它也做功率IC和规律模块，做得相当不错。十几年前，大家也没听说过，它现在有6寸厂，8寸线今年投产，3月份公布在厦门还要建12寸的厂。

还有华虹宏力，从技术来讲，它号称是最大的8寸功率器件的晶圆代工，但是它主要是晶圆代工。它可能有些客户比较高端，但它主要是做代工业务。也就是说工艺可以做，但是设计上还是弱。还有华润微，它的产品线比较全，它的问题如何平衡好又做代工，又做IDM模式，如何平衡是它的问题。另外是华微，华微是个IDM厂商，它主要做高压平面VDMOS和功率三极管，它号称中国功率器件最大的上市企业。新洁能，它更细节的是低压的。还有东微，是最两年冒出来的新秀，是一个设计公司，号称估值将近10亿，它主要做高压超结。国内还有很多小的代工厂像深爱、方正、卫光，每个月可能就两三万片，非常少。还有一些小的功率器件设计公司，像韦尔、尚阳通，这些公司体量比较小、比较分散。在可预见的将来，肯定会有一个重组并购的过程，这个重组并购的过程事实上在两年前国际上已经发生了。可以想象在近几年，有一些资本进入以后，会有重组并购的行为。

功率器件行业，因为半导体行业非常热，功率器件作为半导体行业的分支，它的投资价值我个人觉得是非常好的。为什么呢？如果我们和国外差几代，比如我们到28纳米大批量生产还是有问题，像台积电都是7纳米，代数落后非常多。但是功率器件本身来说，从硬件水平来说，无论是6寸高压平面或者是8寸，做一些低压的，工艺硬件国内本身绝对能满足，可以做。最宽的像8寸的，现在面最低的0.18微米，可能到不了纳米水平，比如0.5微米可以做，硬件上可以做。在软件上，经过了近几年发展问题也不大了。在五六年前，最初的平面的VDMOS，经常能看到国外公司。经过几年的发展，我们已经把它给挤走了。甚至ST在深圳的封装厂，已经倒闭了，所以人才的问题也不大。更重要的是功率器件产业链在中国，电子设备、家用设备，功率器件很多厂商在中国，中国就有主场之利，产品设计起来更快。从这上面来看，应该是一个好的方向。最近因为工作的关系，我去***和韩国做了相关的技术交流，从同行的角度来说，他们的危机感非常强，他们认为在近几年功率器件研发、销售，很快会往大陆方面转移。

所以总体而言，半导体行业我们和国外还有不小的差距。但应该看到最先接轨的部分，就是最先赶上国外的部分在功率器件上。因为硬件没有问题，软件上也培养了很多人才。所以这个投资方向，是很好的。

五、龙腾半导体功率器件简介

下面我把龙腾半导体产品给介绍一下。龙腾总部在西安，我们有77项专利，而且大部分是发明专利。下一代的碳化硅，我们也参与了国家的测试标准。我们承担了2011年国家电力电子专题项目。我们的产品是功率器件，主流的功率器件我们都做，第一类就是低压的沟槽的VDMOS和SGT产品，高压超结和高压平面DMOS我们也做，另外是600V、1200VFS IGBT产品。

这是种低压MOSFET，普通的沟槽，比如100V以下，不管是N的还是P的，普通的低压的MOSFET我们都成熟了。这个技术水平也非常接近也能达到和国际主流了，而且我相信和国内的友商一起合作，几年之内国产份额会比现在有明显的提高。另外低压的SGT，这是比较高端的，到现在100V、30V、40V，我们处在上量的阶段，当然以后还要做120V、50V，现在100V马上就要量产。我们有超压超结的MOSFET，也比较成熟，经过国内各个厂商的努力，在中国市场基本已经失败了。华虹是2.5代，有一个参数RSP，这个越小越好。我们以650V为例，我们是18.7，在国内也是非常领先的。

另一个是IGBT，IGBT有600V和1200V平台，基本上是国际主流平台。从效率来看，也没有太大问题。所以整体来看，龙腾产品基本上接近国际主流水准。所以有机会欢迎大家去西安龙腾，大家去视察一下，我的报告讲到这里，谢谢大家。