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打破英飞凌罗姆等国际巨头壁垒,中国功率半导体该怎么做? 
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◇◇◇◇◇◆ 2017-01-12 ◇◆◇◇◇◇◇◇ 字号大小 ((( )))

    如果说中央处理器(CPU)是一台计算机的心脏,功率半导体就是电机的心脏,它可以实现对电能的高效产生、传输、转换、存储和控制。我国发布《中国制造2025》,勾勒出未来十年产业转型升级的整体方向与发展规划,在此过程中,功率半导体发挥的作用不可替代。

 

   然而,与集成电路产业相似,我国功率半导体产业的发展水平与国际先进水平也存在着巨大差距。人们常拿我国每年集成电路进口额与石油进行比较,其实如果按比例计算,我国功率半导体的进口替代能力可能更弱。随着“节能减排”、“开发绿色新能源”成为我国长期发展的基本国策,通过“互联网+”推进信息化与工业化深度融合成为既定任务,加快发展功率半导体产业已经成为当务之急。

 

   针对我国当前功率半导体产业发展状况以及2016年~2020年以功率半导体为核心的电力电子产业发展重点,中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟、中国IGBT技术创新与产业联盟、中国电器工业协会电力电子分会、北京电力电子学会共同发布《电力电子器件产业发展蓝皮书》(以下简称《蓝皮书》)。《蓝皮书》指出,电力电子器件产业主要是核心的电力电子芯片和封装的生产,但也离不开半导体和电子材料、关键零部件、制造设备、检测设备等产业的支撑,其发展既需要上游基础的材料产业的支持,又需要下游装置产业的拉动。

 

做强功率半导体,推进《中国制造2025》

 

   作为半导体产业的一大分支,与集成电路相仿,功率半导体的作用同样巨大。《蓝皮书》指出,电力电子器件是采用半导体材料制造、用于实现电能高效转换的开关控制电子器件,包括功率半导体分立器件、模块和组件等。它们是实现对电能高效产生、传输、转换、存储和控制,提高能源利用效率、开发可再生能源,推动国民经济可持续发展的基础。

 

   正是由于电力电子器件的巨大作用,已经形成一个庞大的市场需求和产业规模。《蓝皮书》数据显示,2013年国际电力电子器件市场容量已接近1千亿美元,而且市场年平均增长速度在15%左右。“十二五”以来,我国电力电子器件市场在全球市场中所占份额就越来越大,已成为全球最大的大功率电力电子器件需求市场。我国市场的增长速度高于全球水平,年增长率近20%。

 

国际大厂主导产业,中国功率半导体亟需做强

 

   《蓝皮书》同时指出,虽然功率半导体产业极具重要性,且规模庞大,但是主要供应商集中在美国、日本和欧洲。

 

   SiC是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料,已经形成了全球的材料、器件和应用产业链。GaN是另一种重要的宽禁带半导体材料。它具有独特的异质结构和二维电子气,在此基础上研制的高电子迁移率晶体管(HEMT)是一种平面型器件,可以实现低导通电阻、高开关速度的优良特性。以SiC和GaN材料为代表的宽禁带半导体材料和器件产业已成为高科技领域中的战略性产业,国际领先企业已经开始部署市场,全球新一轮的产业升级已经开始。

 

   在专利方面,2001~2010年间,全球电力电子器件行业专利申请量处于稳步增长阶段,每年的全球专利申请量都在1500项左右,器件类型以MOSFET和IGBT为主,申请量占比达到 67%。国际上电力电子器件的专利集中于国际大型公司,全球专利申请量居前5位的分别是东芝、NEC、日立、三菱、富士,均是日本公司,欧洲和美国的GE、英飞凌、西门子、ABB等欧美企业也在该领域申请了大量专利。

 

   综合而言,我国宽禁带电力电子器件技术和产业水平还落后于国际先进水平。以IGBT为例,我国IGBT芯片的进口率居高不下,主要市场仍然被国外企业所主导,严重阻碍了我国独立自主IGBT器件产业的健康发展。

 

打造完整产业链,制订技术路线图

 

   2013年,我国的电力电子器件市场总额近2000亿元,由此直接带动的电力电子装置产业的市场超过2万亿元。中国电器工业协会电力电子分会预测,随着新能源革命的推动,我国电力电子器件产业将迎来10~20年的黄金发展期,将保持较高的增长态势,并在投资增量需求与节能环境需求的双重推动,以及下游电力电子装置行业需求高速发展的拉动下,我国电力电子器件市场到2020年预计将超过5000亿元。在此情况下,发展自主安全可控的功率半导体产业是当务之急。

 

   对此,《蓝皮书》指出,电力电子器件产业主要是核心的电力电子芯片和封装的生产,但也离不开半导体和电子材料、关键零部件、制造设备、检测设备等产业的支撑,其发展既需要上游基础的材料产业的支持,又需要下游装置产业的拉动,其产业发展具有投资大、周期较长的特点。

 

 


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