據(jù)Yole 最新發(fā)布的的硅MOSFET報告，中國廠商占硅MOSFET銷售額的38%。除了IGBT、SiC、GaN等大火大熱的功率器件之外，硅MOSFET也是我們不容忽視的領域，那么國內(nèi)MOSFET企業(yè)的實力如何呢？
占據(jù)功率半導體40%份額，MOSFET憑啥？
MOSFET于1980年左右問世，是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效應晶體管，用于將輸入電壓的變化轉化為輸出電流的變化，起到開關或放大等作用。1990年左右溝槽結構MOSFET逐步研發(fā)成功。2008 年，英飛凌率先推出屏蔽柵功率MOSFET。現(xiàn)在市場主流的MOSFET主要分為四大類：超結MOSFET、平面型MOSFET、屏蔽柵溝槽 MOSFET和溝槽型 MOSFET。
MOSFET是功率半導體的一種，在日常生活中，凡涉及發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、儲電等環(huán)節(jié)的，均離不開功率半導體。功率半導體器件作為不可替代的基礎性產(chǎn)品，廣泛應用于國民經(jīng)濟建設的各個領域。
功率半導體主要可以分為功率器件和功率 IC。功率器件屬于分立器件，可進一步分為二極管、晶體管、晶閘管等，其中二極管主要包括TVS二極管、肖特基二極管、整流二極管等，晶體管則主要包括 MOSFET、IGBT、雙極性晶體管Bipolar（也叫三極管）等；功率IC屬于集成電路中的模擬IC，可進一步分為AC/DC、DC/DC、電源管理IC、驅動IC等。
在這三種晶體管的市場競爭格局方面，三極管的市場相對比較分散，因其價格低，在少數(shù)價格敏感、感性負載驅動等應用中還有一定需求，但由于三極管存在功耗偏大等問題，在全球節(jié)能減排的大環(huán)境下，其市場規(guī)模總體趨于衰退，正在被MOSFET所取代。所以MOSFET和IGBT市場集中度較高。行業(yè)人士指出，MOSFET大約占據(jù)整個功率器件市場40%左右的份額。
那么MOSFET為何會占據(jù)如此大市場占比？諾芯半導體的負責人徐吉程告訴筆者，主要系MOSFET的結構決定的：首先，MOSFET器件是電壓控制型器件，即由電壓控制電流的大小，在應用中容易控制；其次，MOSFET工作頻率高，相比于IGBT和三極管器件，更符合高頻化發(fā)展的需求；再次，MOSFET是單一載流子導電（電子），而IGBT和三極管都是多子導電（電子和空穴），所以MOSFET不存在載流子復合效應，因此無電流拖尾等現(xiàn)象發(fā)生，更好用。
不同功率器件的功率、頻率范圍及各自的應用領域（來源：應用材料《Nanochip Fab Solutions》）
雖然在MOSFET大的市場格局中，主要由歐美日企業(yè)把控，2020年MOSFET前十大企業(yè)分別為英飛凌、Onsemi、ST、Vishay、Renesas、東芝、Alpha and Omega以及被聞泰科技收購的安世半導體，他們大約占據(jù)我國高端功率器件約90%的市場份額。而我國功率器件在中低端產(chǎn)品層次競爭較為充分，國產(chǎn)器件在中低端的占比相對較高。不過國內(nèi)的MOSFET企業(yè)這幾年已經(jīng)開始向高端邁進，相信會逐漸占據(jù)一席之地。
來勢洶洶的國內(nèi)MOSFET玩家
這幾年國內(nèi)MOSFET廠商發(fā)展的不錯，有很多新興起的Fabless設計公司和晶圓廠。而且他們的設計和工藝上提升很快，在鋰電保護，電源和電機等領域拿下不少市場。半導體功率器件行業(yè)的特點是市場化程度較高，行業(yè)集中度低，而且其價值鏈較短，前段晶圓制造能力和后端封裝能力是構成產(chǎn)品附加值的核心，但國內(nèi)真正具備芯片研發(fā)、設計、制造全方位綜合競爭實力的國內(nèi)本土公司只有少數(shù)。
國內(nèi)MOSFET的IDM企業(yè)主要有華潤微、士蘭微、揚杰科技以及吉林華微，MOSFET的Fabless企業(yè)主要有新潔能、捷捷微電、富滿電子、龍騰半導體、韋爾股份、東微、尚陽通、芯派、芯導科技、諾芯半導體等。
國內(nèi)部分MOSFET廠商及其經(jīng)營模式一覽（數(shù)據(jù)來源：公司官網(wǎng)公開信息）
領先的功率半導體企業(yè)主要依靠長期的技術積累形成豐富的產(chǎn)品結構，涵蓋各大應用領域，且能夠為具體應用領域提供綜合解決方案，因而占據(jù)了較高的市場份額。如英飛凌的功率半導體產(chǎn)品劃分了15個大類，其中僅功率MOSFET便有超 2,500種細分型號。國內(nèi)功率半導體廠商由于起步較晚，在技術儲備與產(chǎn)品結構上仍存在一定不足。由上圖我們也可以看出，國內(nèi)的MOSFET廠商在產(chǎn)品型號數(shù)量上還有差距。
華潤微是以IDM模式為主的半導體企業(yè)，是中國規(guī)模最大的功率器件企業(yè)之一，也是國內(nèi)營業(yè)收入最大、產(chǎn)品系列最全的 MOSFET 廠商。是目前國內(nèi)少數(shù)能夠提供-100V至1500V 范圍內(nèi)低、中、高壓全系列 MOSFET 產(chǎn)品的企業(yè)，也是目前國內(nèi)擁有全部主流MOSFET器件結構研發(fā)和制造能力的主要企業(yè)，生產(chǎn)的器件包括溝槽柵MOS、平面柵 VDMOS 及超結MOS等。2020年度，華潤微實現(xiàn)營業(yè)收入69.77億元，其中MOSFET收入超過20億元。2020年華潤微MOSFET產(chǎn)品與服務板塊產(chǎn)品銷售了271.46億顆。
士蘭微主要MOSFET產(chǎn)品為超結 MOSFET 和高密度溝槽柵 MOSFET這兩種，也有一些屏蔽柵SGT MOSFET。工藝技術平臺方面，士蘭微目前已穩(wěn)定運行有5、6、8 英寸芯片生產(chǎn)線，12英寸芯片生產(chǎn)線已經(jīng)建設完成，并開始量產(chǎn)。
揚杰科技的屏蔽柵溝槽MOS SGT YG1代產(chǎn)品已經(jīng)陸續(xù)研發(fā)成功，正在為國產(chǎn)替代做準備。同時第二代產(chǎn)品已接近或達到國際同行公司最相近的5代技術水平。其晶圓工廠主要是硅基4寸和6寸，并在進一步規(guī)劃8寸晶圓廠。
華微電子主要是中低壓 CCT MOS、超結 MOS。公司擁有4英寸、5英寸、6英寸與8英寸等多條功率半導體晶圓生產(chǎn)線。
而在Fabless一眾廠商中，新潔能的實力不菲，MOSFET也是其專攻的產(chǎn)品。據(jù)新潔能的說法，新潔能是國內(nèi)率先掌握超結理論技術，量產(chǎn)屏蔽柵功率MOSFET 及超結功率 MOSFET的企業(yè)之一，并且是國內(nèi)最早在12 英寸工藝平臺實現(xiàn)溝槽型MOSFET、屏蔽柵MOSFET量產(chǎn)的企業(yè)之一。公司的MOSFET產(chǎn)品電壓已經(jīng)覆蓋了12V~1350V 的全系列產(chǎn)品，達1300余種，公司是國內(nèi) 8 英寸和 12 英寸工藝平臺芯片投片量最大的半導體功率器件設計公司之一。新潔能的董事長兼總經(jīng)理朱袁正先生，是國內(nèi)最早一批專注于 8 英寸和12 英寸芯片工藝平臺對MOSFET、IGBT等先進的半導體功率器件進行技術研發(fā)和產(chǎn)品設計的先行者之一。
捷捷微電的MOSFET主要采用Fabless+封測的業(yè)務模式，目前，芯片（8英寸）全部為委外流片，部分器件封測代工。公司MOSFET系列產(chǎn)品主要包括中低壓溝槽MOSFET產(chǎn)品、中低壓分離柵MOSFET產(chǎn)品、中高壓平面VDMOS 產(chǎn)品以及超結MOS等產(chǎn)品。
富滿電子也采用 Fabless+封裝測試的經(jīng)營模式，2020 年度，富滿電子實現(xiàn)營業(yè)收入 8.36 億元，歸母凈利潤 1.00 億元，其中MOSFET產(chǎn)品的收入為5470萬元，占總營收的6.54%。據(jù)官網(wǎng)的產(chǎn)品信息顯示，富滿電子約有60余種MOSFET產(chǎn)品系列。
2020年韋爾股份銷售了12.6億顆MOSFET，超過了實際生產(chǎn)量12.5億顆。韋爾股份的MOSFET產(chǎn)品主要圍繞著鋰電保護、手機主板以及快充等領域進行開發(fā)。他們的MOSFET產(chǎn)品最小 pitch（特征尺寸）小于1μm，最小設計線寬小于0.2μm。在鋰電保護領域，公司有超低阻抗1mohm、CSP封裝的雙N型單節(jié)鋰電池保護MOSFET。DFN2x2小型封裝產(chǎn)品，阻抗業(yè)界最低，應用于充電管理和端口保護。在快充領域正在開發(fā)高壓和中壓產(chǎn)品。
據(jù)招股書顯示，龍騰半導體是國內(nèi)少數(shù)擁有超結MOSFET、平面型MOSFET、屏蔽柵溝槽 MOSFET和溝槽型 MOSFET四大主流功率MOSFET產(chǎn)品類別的公司，產(chǎn)品型號超過500種。早在2016年公司的超結L1、L2平臺部分產(chǎn)品便被英飛凌列入同類產(chǎn)品競品參照列表。還是行業(yè)中較早掌握超結理論，并量產(chǎn)超結 MOSFET 的公司之一。2020年其共計銷售了8600多萬只MOSFET封裝成品。龍騰半導體正在逐漸向FAB-lite模式發(fā)展，今年6月24日，其發(fā)布招股書欲募資11.8億元，擬通過自建 8 英寸功率半導體外延片產(chǎn)線的方式，實現(xiàn)由Fabless 模式向 Fab-Lite 模式的轉變。公司的一部分核心產(chǎn)品超結 MOSFET 的生產(chǎn)模式將由向晶圓代工廠定制化采購轉變?yōu)椴少徆杵笞灾髦圃焯厣に囃庋悠偻ㄟ^外協(xié)方式完成后續(xù)的 MOSFET制造工序。
芯導電子主要生產(chǎn)功率器件和功率 IC，不過MOSFET收入在2020年只占10.8%。據(jù)了解，芯導電子的MOSFET的溝槽優(yōu)化技術使得產(chǎn)品在1mm*0.6mm的小封裝尺寸下的導通阻抗可低至62毫歐。目前行業(yè)在相同封裝尺寸的 MOSFET產(chǎn)品導通阻抗為120毫歐左右。
紹興諾芯半導體也是一家專注在MOSFET領域的Fabless企業(yè)，主要做Trench MOS和低功耗高頻SGT MOS，采用8英寸工藝制程。據(jù)了解，公司的100V SGT產(chǎn)品性能可直接對標國際公司，打破了國外壟斷。
在MOSFET高端技術領域，其實國內(nèi)廠商與國外廠商差距不大，主要是在制造技術上差距比較大，高端的MOSFET我們是有能力設計和制造生產(chǎn)出來的。據(jù)徐吉程的觀點，與國外廠商比，國內(nèi)廠商的差距有如下幾點：1. 對應用市場理解的深度，2. MOSFET與方案的配合度，方案需要哪些特性的產(chǎn)品很重要，3. 制造工藝的管控度，比如trench的角度和一致性等，4. 封裝工藝的管控程度，5. 測試時的嚴格的程度，6. 先進技術的探索和研發(fā)的程度，7.原材料的研究與提升，6. 市場給國內(nèi)廠商試錯的程度，等等。
徐吉程還指出：“相比英飛凌和安森美等國際大公司，我們與之的差距正在逐漸縮小，在器件pitch size，工藝技術等方面可以相互媲美，關鍵的差距在于細節(jié)控制，包括細節(jié)管控和對高端技術理解的深度。同時還有對終端環(huán)境的理解。在終端方案中，一般終端方案在design in時以國外廠商的產(chǎn)品為基礎，等國內(nèi)器件去替代時，就會有難度，因為不可能制造出與國外廠商完全match的產(chǎn)品來，因此在核心參數(shù)上，就會有偏差，甚至引起失效，而如果以國內(nèi)產(chǎn)品直接design in就會好很多。并且產(chǎn)品出問題時，不要一棍子打死，要給國內(nèi)廠商解決問題的機會，不斷改善和優(yōu)化性能，一定能滿足客戶要求，同時國內(nèi)廠商一定要控制好優(yōu)化和改進的時間，不能拖得太久。”
晶圓代工廠是MOSFET的堅強后盾
“如硅基MOSFET這樣的功率半導體屬于模擬器件范疇，對于模擬器件來說，要設計與工藝完美結合才能制造出好的產(chǎn)品來，器件的形貌，參數(shù)，特殊要求的工藝技術等等，都需要設計廠商與代工廠的共同努力，才能實現(xiàn)，并且在產(chǎn)品研發(fā)確定后，產(chǎn)能更是王道，這些足以看出代工廠的重要性。”徐吉程告訴半導體行業(yè)觀察記者。所以國際一線企業(yè)大多數(shù)采用IDM模式。
目前國內(nèi)MOSFET的晶圓代工廠主要有華虹宏力、華潤上華、上海先進、中芯集成、四川廣義，廣州粵芯等。得益于國內(nèi) FAB 廠的技術沉淀與發(fā)展，結合國內(nèi)設計公司的設計優(yōu)勢，目前部分國產(chǎn)功率器件的性能基本與國際大廠相當。不少公司的部分MOSFET等功率器件產(chǎn)品在技術上處于國內(nèi)前列，與國際大廠的技術相當。例如龍騰半導體的650V超結MOSFET 產(chǎn)品的Rsp達到了16.45mΩ*cm2，而英飛凌先進的CoolMOSTM P7系列產(chǎn)品Rsp為8.80mΩ*cm2 。
國內(nèi)主要純MOSFET晶圓代工廠（數(shù)據(jù)來源：公司官網(wǎng)公開信息）
華虹宏力作為國內(nèi)第一家提供功率器件代工服務的8英寸純晶圓代工廠，2002年公司成立了國內(nèi)第一條8英寸Trench MOSFET代工生產(chǎn)線。華虹無錫12英寸晶圓廠（華虹七廠）于2019年落成。目前華虹宏力已成功開發(fā)了溝槽類型的600V MOSFET和超級結結構的600-700V MOSFET。
華潤上華科技有限公司是華潤微電子有限公司的全資附屬公司，于1997年開始在大陸開放晶圓代工。華潤上華擁有兩條六英寸代工線和一條八英寸代工線，總部和生產(chǎn)線設于無錫。六英寸月產(chǎn)能逾11萬片，工藝線寬在0.5微米以上；八英寸生產(chǎn)線目前月產(chǎn)能已達4萬片，工藝線寬在0.5~0.13微米。MOS型場效應晶體管有200V以下系列、400-500V系列和600V系列三個系列有80多個品種。
上海先進半導體制造有限公司有5英寸、6英寸、8英寸晶圓生產(chǎn)線，專注于模擬電路、功率器件的制造，8英寸等值晶圓年產(chǎn)能66.4萬片。現(xiàn)已形成包括平面MOSFET、Trench MOSFET和Super-Junction MOSFET等在內(nèi)的多種類MOSFET工藝平臺。具備完整的MOSFET正面/背面工藝解決方案。
紹興中芯集成主要為MOSFET、IGBT以及MEMS等提供特色工藝代工服務，基于8英寸工藝技術。它提供完整的MOSFET工藝平臺，包括溝槽式MOSFET、分柵式MOSFET以及超結MOSFET，包括先進的手機工藝以及特殊金屬沉積工藝等。
四川廣義微電子是遂寧市引進的第一家半導體芯片制造項目，現(xiàn)有一條月產(chǎn)能5萬片6英寸集成電路生產(chǎn)線，產(chǎn)品領域涉及高壓VDMOS、雙極IC、COOL MOS工藝平臺、TRENCH MOS、IGBT、肖特基等6大門類，最小線寬0.25μm。
廣州粵芯是廣東省目前唯一進入量產(chǎn)的12 英寸芯片生產(chǎn)平臺，其主打“定制化代工”策略，粵芯半導體項目計劃分為三期進行，一期主要技術節(jié)點為180-90nm制程，二期技術節(jié)點延伸至 90-55nm 制程，三期技術節(jié)點進一步延伸至55-40nm，22nm制程，三期建設全部完成投產(chǎn)后，將實現(xiàn)月產(chǎn)近8萬片12 英寸晶圓的高端模擬芯片制造產(chǎn)能規(guī)模，將為功率分立器件、電源管理芯片、混合信號芯片、圖像傳感器、射頻芯片、微控制單元等芯片需求。
由晶圓廠的主要產(chǎn)線布局也可以看出，國內(nèi)的硅基MOSFET主流的尺寸主要集中在8英寸，并且逐漸向12英寸過渡。向12英寸硅晶圓的過渡，硅MOSFET 的成本將進一步降低，這將使它們的成本更具競爭力。
寫在最后
如MOSFET這樣的模擬器件，想較于數(shù)字集成電路，其對工藝制程的要求較小，投資規(guī)模也小很多，不像數(shù)字電路建廠動輒要花費百億美金，且模擬產(chǎn)品性能與應用場景密切相關，下游的應用領域廣泛，所以功率半導體行業(yè)較難形成壟斷性企業(yè)，即使是功率半導體龍頭在功率器件市場的占比也僅為19%，前十大企業(yè)的市場份額也不足60%。所以功率半導體可以說是中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展和崛起的一個突破口。
Yole Developpement預估，到2026年，MOSFET市場規(guī)模將達到94億美元，2020~2026年的復合年增長率將達到3.8%。國內(nèi)企業(yè)要爭的蛋糕很大。
