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宋仕强的专栏

      2016年11月12日我代表韩国萨科微SLKOR电子有幸受“科学家在线”的徐则宁兄弟之邀,参加了在东莞松山湖东莞理工学院举办的“2016年中国化合物半导体产业专家闭门会议”,该会议由上海微技术国际合作中心(SIMTAC)承办。我理解该会议是为中国第三代半导体产业南方基地在东莞落户坐台的,和国家在北京顺义设立的第一个基地是一南一北遥相呼应的。


      在会上碰到了好多在行业苦熬多年的老朋友,有在商场鏖战多年的对手;也有看到一些摩拳擦掌要在这个行业烧钱赌明天的新朋友;更有一些假装是砖家实则是吃瓜群众的一班看客。作为在该行业真金白银投入了好多米米的目前还有点力气折腾的幸存者,我是有点发言权的。在会议末段终于没忍住发表了一段演讲,最终大家纷纷来和我换名片,就证明了这一点吧。


       我就从这个行业的关键节点给大家分享分析一下吧。



       一、材料


       我们所谓的第三代半导体(也有人叫化合物半导体),大概包括碳化硅SiC、氮化镓GaN、砷化镓GaAS等几个主要的种类。在电力电子领域(下同),与传统的单晶硅材料比较,具有宽禁带、高开关频率、高结温性、低能耗、抗浪涌高等特点。在实际运用中,呈现体积小(轻量化,减少散热部件和滤波元器件等),功率密度高(是Si的10倍多),抗高温(Si的温度一般不会超过85°,但是碳化硅SiC可以达到250°),可以在极端工况下工作等优势。 


       1、碳化硅衬底材料


       我们国内做碳化硅衬底材料的公司,最具代表性的是山东的天岳,他们的4吋的衬底量产了,6吋的也在试验阶段,在个别领域已经在使用了。但是在关键指标上和国外同类产品是有差距的。目前由于出货量比较少价格还比较贵,和国外产品还无法正面竞争。还有中科院下属的北京天科合达蓝光半导体有限公司,也有一定的技术积累,但是产品方向有点差异。 


       2、碳化硅外延片


       我们要讲到在碳化硅衬底材料上面培育外延片的公司了,这是一个高投入和高风险的事情,是国家战略产业的关键节点,我估计国家也投入了不少。国内做的比较好的公司是东莞天域、厦门瀚天天成。他们的设备和人员配备是国内较好的,在这一块耕耘了好多年了。尽管天域的孙国胜教授上台讲的和在4月7号在深圳格兰云天酒店“青芯沙龙”讲的内容还是一样一样一样一样的(好像连PPT一个字都没有变,我直接被搞到打呼噜了)。他们的产品都还没有大批量的销售,价格也比国外同行贵好多,但是已经有一点知名度,行业的护城河算是挖好了。其他有好多跟风的大学和科研机构宣传自己在这方面有多厉害,我认为他们大多是吹牛或者为了在政府忽悠项目骗点钱,不可信。 


       二、元器件生产


       生产加工是产业链中间的重中之重,包含以下的三个方面和阶段: 


       1、加工和产品工艺


       元器件在电力电子领域的应用大概分为的碳化硅肖特基二极管(SiC SBD)和碳化硅场效应管(SiC MOSFET)。碳化硅肖特基二极管(SiC SBD)属于比较低级的产品,国内由陈彤总经理领衔的北京泰科天润公司在2015年就研发出来并有小批量的销售,但是价格小贵。南京55所已经完成产品的小批量试产,走在科研单位的前面,他们的人才储备、工艺、设备都是国内最领先的。西安交大、浙江大学、厦门大学、成电、中科院微电子研究所、13所等都没有看到实实在在的产品投入市场。


碳化硅场效应管(SiC MOSFET)方面,国内还没有一家单位可以做到稳定可靠,不光是材料、工艺、设备的原因,光是产品的正向压降太大就是大问题。北京的世纪金光公司宣传说他们的高压MOS管出来了,但是在市场没有看到产品和相关的具体资料。我们萨科微SLKOR的市场人员和布局在全国各地的萨科微代理商们,没有在相关客户处见到过他们的销售员和产品,该推断应该是比较靠谱的。国内的士兰微、北大方正、长电、还有乐山无线电厂(LRC)、航天民芯等都说要布局第三代半导体,但是现在还没有看到动静。台湾和英国以色列的一些公司说有碳化硅的就更多了,基本是只见楼梯响,不见人下来呀!


       补充一下广告,在市场有销售量的还是萨科微SLKOR、科锐CREE、罗姆ROHM、美高森美Microsemi。美国GE公司关注过这一块,因为市场太难等待而中断了,美国的联合碳化硅UNITEDSIC为了抄近道,采用的是先天有技术缺陷的JEET工艺,现在已经处于严重落后的势态了(好像他们和GE公司有什么勾勾搭搭的说不清道不明的关系呢)。再补充一个广告,我们萨科微SLKOR采用JBS和MOSFET工艺还是非常领先的。现在意法半导体(ST)在这一块也在发力,集合他们在MCU方面的优势推出一些电力电子的解决方案来冲击市场,但是我看是比较晚了。美国美高森美公司Microsemi,我们也在我们的大客户处见到他们的样品。该品牌的技术参数还比较不错,但是晶圆的尺寸非常大,所以对外延材料的消耗相应比较大,同样的1200V40A内阻低于80MA的产品,报价不但是我们的萨科微slkor的2倍,比CREE、ROHM也是贵了不少,我认为基本上退出了竞争的行列。


       就在我思考要不要写这篇文章的时候,讲台上去了一个来自比利时的帅小伙,直接用英语介绍比利时微电子研究中心IMEC在第三代半导体上面的一些东东。我英语听力不行就想到前面去听清楚点,后来我摸到前面的专家席坐了一会,除了喝了一杯茶以外(专家的待遇就是好呀,但是好像这里不方便打瞌睡),虽然是听清楚了但还是没有听懂一句。我靠,这听力和距离原来没有关系呀,我终于搞明白了。我赶紧回到“科学家在线”的小美女李燕茜边上来老老实实坐着看她做会议纪要,谁要她是以前胡锦涛大大接见过的呢,我沾点运气也好吧。 


       2、关键加工设备


      我现在说的关键加工设备,也是碳化硅生产加工环节中的重中之重。第一是碳化硅的切割划片,第二是高温离子注入设备和高温退火设备。尤其是最后的两种设备,国内是基本还没有的,国外的设备北约组织是严厉禁止对中国出口的。


      我为了对得起我这两年请行业内朋友吃饭、喝酒、买机票、住酒店、电话费等,当然还有在韩国投资的钱,我来给大家我先给大家科普一下吧。碳化硅的硬度为莫氏硬度9.5级,仅次于世界上最硬的金刚石(10级),在加工过程中还非常容易破碎。所以切割的设备、技术和成本还有完好率一直是制约要素。我们在国内找过给苹果7加工蓝宝石屏的厂家,最好的还有兄弟们帮我找过“最牛二奶”周群飞的蓝思科技,还有行业大佬北京精雕公司,我们发了资料过去,都还没有理想的解决方案出来。听说南京的55所,苏州纳米所可以基本解决,但是还没有经过大批量生产的检验。我们韩国萨科微SLKOR的碳化硅加工完好率才63%,都算好的了。


      还有一点,就是加工过程中最关键的高温离子注入设备和高温退火设备了。国内以前说是有企业买了一些二手的设备进来中国,但还没有证实。我请在美国和德国的朋友问过,他们都对此毫无办法,说北约对中国是禁止出口的。我想中国要自行研发的话,也要不少时间吧。


      我在4月28号参加三菱电机功率模块技术研讨会议的时候,和清华大学电力电子研究院的赵争鸣教授沟通探讨过,我当时认为我们国家在碳化硅方面和国外的差距是5年,赵争鸣教授认为是10年。他认为这类尖端技术实际上不是哪个点就可以突破的,是一个生态链的培育过程。但是我坚持认为大的市场在中国,加上中国这两年在半导体方面的大力投入,再加上我们中国人比较狡猾,应该比5年多不了多少。所以我对这次会上台上有的砖家的大跃进思维是有点腹诽的。 


      3、封装工艺


      最后我们要说一下封装了,这一块是相对比较容易的,我们金航标公司(现在我们分离出来的部门和韩国萨科微公司合资成立了深圳市萨科微科技有限公司)在搞国产化的过程中,这一块是我们最先突破。美国CREE公司供应大中华市场的产品是在江苏泰州的明昕微电子封装的,有一部分的碳化硅模块是在南京封装的,该企业老板庄总是留美博士我的好朋友。我也代表我们韩国萨科微考察过国内的好多家封测厂家,基本都没什么技术问题。主要注意的是因为散热和寿命的问题,需要陶瓷的底板,可以TO-220封装的我们都搞成TO-247的。


      还要回头来说一下会上好多人说的氮化镓,我们一般叫gan,去年有一家北美的做氮化镓的公司就叫gan,想让我们帮他们代理。我们的业务员不同意了,几个小伙子说我们打电话过去给采购小姐,说美女你要gan吗?人家不骂死我们呀?我开导他们说,万一人家刚好要gan而你又有,多好呀,财色双收嘛,我们金航标还不收你们的皮条费。但是功率器件方面,氮化镓GaN的元器件成品的电压目前最高只有650V,和碳化硅的单管就高达1900V相差太远了。封装技术上说,因为氮化镓GaN器件的开关频率非常快,为了最大限度的防止寄生电感,封装的引脚不适应太长,能够适应的范围就比较小了。在通信这一块,目前应用还很成熟,也存在好大的不确定性和风险。


      这些就是我对第三代半导体技术方面的一点粗浅的看法,有时间我再给大家一把鼻涕一把泪的讲一下市场的事情,才是最主要的。


 


                                                                                                    深圳市萨科微科技有限公司   宋仕强

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