集微网消息,2017年以来,功率半导体市场景气向好,二极管、MOS管、IGBT等功率器件纷纷出现供需偏紧,导致交期延长,价格数次调涨。
以IGBT为例,由于市场被英飞凌、三菱、富士电机、安森美等少数供应商所垄断,缺货涨价更是持续了较长时间,业内甚至一度传出IGBT供货周期延长至52周。
随着全球半导体需求整体下滑,供需紧张情况有所缓解。据富昌电子2020年Q1市场行情报告显示,目前英飞凌、安森美、Microsemi等IGBT供应商的供货周期普遍维持在13-30周左右,且交期还有延长趋势,而IGBT正常的供货周期在7-8周左右。
上游供应商涨价对于终端厂商而言,或许只是压低利润,但拿不到货却可能是致命的打击。同时,中美贸易摩擦持续升级,使得国内客户对供应链的安全愈发关注,国产替代加速也成了国内IGBT供应商打开市场的突破口。
IGBT代工资源紧缺
尽管市场机遇已经到来,但由于 IGBT 行业存在技术门槛较高、人才匮乏、市场开拓难度大、资金投入较大等困难,国内企业在产业化进程中一直进展缓慢。
从20世纪80年代至今,IGBT芯片经历了7代升级,从早期PT穿通型、NPT非穿通型,发展到最新的增强沟槽栅FS型,芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化,从而使得制造成本、寿命、可靠性及产品性能均得到大幅改善,断态电压也从600V提高到6500V以上。
时至今日,英飞凌、三菱电机、富士电机等国际主流厂商基本处于第 7代 IGBT。反观国内,领先的IGBT厂商也基本处于第5代或第6代IGBT技术。
据集微网此前报道,目前能做IGBT芯片的国内厂商主要有两类,一类是士兰微、华润微、华微电子、比亚迪、中车时代(主要是自产自销)等IDM厂,这类厂商有fab厂,从芯片到模块都能自己做。另一类是斯达半导、上海陆芯、中科君芯等芯片设计公司,一般在华虹宏力、先进半导体、中芯国际等fab厂进行生产。
值得注意的是,国内IGBT厂商的发展除了受限于技术人才的紧缺,还受制于fab厂。
目前,在国际IGBT大厂中8英寸已经成为主流生产线,英飞凌甚至已经在12英寸晶圆上量产IGBT,而国内情况却相差甚远。据业内人士称,无论是6英寸还是8英寸,国内目前真正有能力生产IGBT产品的生产线都很少,相对而言,能够为IGBT设计厂商提供代工服务的生产线就更加少了,因此,国内IGBT代工产能一直是处于供不应求的状况。
另一名业内人士称,国内IGBT代工产能主要集中在华虹宏力和上海先进两家,上海先进主要是6英寸生产线,产品以PT型、NPT型为主,华虹宏力是8英寸生产线,产品以FS型为主。
由此可见,代工资源紧缺也是导致国内IGBT产业发展缓慢的一大制约。不过,随着国内功率半导体企业竞相发力IGBT市场,这一情况正在逐步改变。
中芯绍兴产能大幅开出
近期,中芯绍兴接连与扬杰科技、捷捷微电签订了功率器件战略合作协议,宣布在MOSFET、IGBT等相关高端功率器件的研发和生产领域展开深度合作。据协议约定,扬杰科技与捷捷微电在中芯绍兴的2020年度平均投片分别不低于2000片/月和7000片/月。
众所周知,中芯国际一直是国内高端工艺技术的领军者,而特色工艺技术一直是国内另一家晶圆代工厂华虹宏力的强项,此次中芯绍兴在功率器件上的舞台“高调亮相”,与新晋的IGBT从业者扬杰科技以及捷捷微电合作,也给业内提供了更多的想象空间。
据了解,中芯绍兴于成立于2018年3月,总部位于浙江绍兴,主要工艺平台是MEMS、IGBT和MOSFET,其绍兴生产线在2018年5月奠基开工,2019年12月宣布投产,进展不可谓不快。
在此情况下,作为中芯国际旗下“专注特色工艺代工服务”的平台,中芯绍兴的情况一直颇受业内关注。为此,集微网采访到了中芯绍兴执行副总裁刘煊杰。
刘煊杰表示,中芯绍兴的上海/深圳生产线早在2018年就开始量产了。2019年12月,绍兴工厂的生产线多个产品平台都进入量产,包括MOSFET、IGBT、MEMS。
在产能方面,中芯绍兴在上海深圳的总月产能是2.5万片晶圆,现在基本处于满载。在绍兴的工厂一季度月产能达到1-1.5万片,产能利用率在80%以上,2020年第四季度产能扩产至每月4万片晶圆。我们在2023年会实现10万片月产能,MOSFET、IGBT、MEMS产能分配大致是 4:4:2。
在工艺技术方面,刘煊杰还指出,SMEC拥有非常先进的IGBT工艺平台,电压范围覆盖600-1700V,可应用在消费、工业控制和车载领域,我们和多家国际客户在车载IGBT上有深入合作,在车载IGBT晶圆及模组封装代工平台上有大规模的专注投资。
据了解,国内IGBT芯片的主要工艺设备和衬底片都必须从国外采购,对于可能会面对的进口许可问题,刘煊杰表示,我们严格遵守半导体设备和材料的进出口许可协议,同时立足于8英寸成熟设备。此外,公司已经着力并将持续提高设备和材料的国产化。
长期以来,国内8英寸线能够实现IGBT产品量产的仅有株洲中车、华虹宏力、上海先进等极少数fab厂。2018年,士兰微逐步建成8英寸生产线,并成功实现IGBT产品量产;中芯绍兴产能也大幅开出;积塔半导体8英寸产线预计在一季度投产;比亚迪、华微电子、华润微也纷纷宣布建设8英寸功率半导体生产线。
据业内人士称,目前,国内IGBT市场需求旺盛,国内客户正在逐步接受国产IGBT,国内IGBT的销量也在持续上涨。随着国内8英寸fab厂产能大幅开出,国内IGBT厂商在技术、成本等各个方面都将更加具备竞争优势,国产替代的进程也必将加速。
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