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为什么发展自主高端功率半导体更需要IDM企业?士兰微的答案……

发布时间:2020-04-24 14:26    来源媒体:金融界

从国际大厂的历史来看,全球功率半导体龙头均为IDM(设计制造一体化)企业,如英飞凌、安森美、ST、罗姆等,他们拥有自己的晶圆厂、芯片厂、封测厂。在中国台湾有茂达电子、富鼎电子等一批功率器件的设计企业。在国内,士兰微(600460)、扬杰科技、华微电子为代表性的IDM企业,中车时代电气及比亚迪也选择IDM模式生产IGBT;华虹半导体、方正微电子以代工为主,华润微电子以代工为主、但也在向IDM模式方向发展,目前纯设计企业包括韦尔股份、无锡新洁能等少数企业。这意味着制造能力建设是功率半导体企业走向中高端核心要素。

究其原因,逻辑、存储芯片的工艺提升路径是先进工艺(More Moore),靠工艺线宽的缩小提升集成度,从而提高性能和产量,但会导致制造环节的投入越来越大,很多厂商无法承担如此高的资本投入,因此形成了芯片设计公司和芯片代工厂的分化。

功率半导体遵循特色工艺(More than Moore),即器件价值的提升不完全依靠尺寸的缩小,而是通过功能的增加。在这个意义上,高端功率半导体所涉及的eNVM、BiCOMS、RFCOMS、BCD、MEMS等工艺都属于非尺寸依赖的特色工艺。相比以线宽为基准的逻辑工艺,特色工艺的竞争能力更加综合,包括工艺、产品、服务、平台等多个维度。特色工艺的竞争点在于工艺的成熟度和稳定性,工艺平台的多样性。

另外,功率半导体产品性能与应用场景密切相关,导致平台多、产品类型多。除了应用最广泛的功率半导体(硅基及化合物),混合信号芯片、射频IC、汽车电子、MEMS传感器、MCU、图像传感器均为特色工艺驱动。例如安森美MOSFET多达2,500余种,以及驱动芯片150余种;英飞凌MOSFET产品电压范围从12V到950V,质量等级从工业级到汽车级,种类超过3300种,相应的驱动芯片达到500余种。

可见,功率器件企业要构筑核心竞争力,就需要在坚持以IDM模式为主要经营模式的情况下,一方面以下游终端用户为主要服务对象,以更好地理解客户需求,按需生产不同电性功能的功率器件,从而使生产更具弹性,有效提升生产效率;另一方面要在系统的引领下,持续开展技术和产品创新,以更好地加速技术及应用积累,在深度及广度上覆盖下游客户日益增长的定制化需求。

具体而言,国产品牌要切入客户的供应链体系,就需要企业能够支持长期研发和持续改进。例如,更换IGBT产品的认证周期在3年左右,下游客户对原供应商的粘性极强。这就需要企业通过IDM模式形成的设计与工艺相结合的综合实力,提升产品品质、加强控制成本,向客户提供差异化的产品与服务,提高向大型厂商渗透的能力。只有对生产线和设备精通的企业才能突破这些技术难点。

例如,特定耐压指标的IGBT器件,芯片厚度需要减薄到200~100μm,对于较高要求的器件,甚至需要减薄到60~80μm,目前国内普遍可以减薄到175μm。当硅片厚度减到200~100μm的量级,后续加工处理非常困难,硅片极易破碎和翘曲, 特别是针对8吋以上的大硅片。据士兰微(600460)电子人员的介绍,为突破超薄晶圆后道制造工艺的技术难点,士兰微电子引进了全系列的业界先进制程设备,包括用于超薄晶圆薄化工艺的Taiko减薄机台,与之配套的光刻、杂质高能注入及实现IGBT场截止层杂质激活的激光退火等设备。2019年上半年实现120μm硅厚度的1350V RC IGBT器件的生产释放,并实现对终端客户的批量供货,在感应加热应用领域成功的替代了同类型进口器件产品。士兰微电子的1350V RCIGBT系列产品基于自研的第三代场截止(Field-StopIII)工艺平台,进一步优化后道工艺制程,在IGBT器件的内部集成了续流二极管结构。现在,士兰微电子在自有的8英寸芯片生产线上已经全部实现了几类关键工艺的研发与批量生产,是目前国内为数不多已全面掌握上述核心技术的大尺寸功率半导体器件厂家。(CIS)

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