意法半导体简介及详细资料

意法半导体简介及详细资料,第1张

公司概况

意法公司销售收入在半导体工业第七大高速增长市场之间分布均衡(五大市场占2007年销售收入的百分比):通信(35%),消费(17%),计算机(16%),汽车(16%),工业(16%)。据最新的工业统计数据,意法半导体(STMicroelectronics)是全球第五大半导体厂商,在很多市场居世界领先水平。例如,意法半导体是世界第一大专用模拟晶片和电源转换晶片制造商,世界第一大工业半导体和机顶盒晶片供应商,而且在分立器件、手机相机模组和车用积体电路领域居世界前列。

产品阵容

以多媒体套用一体化和电源解决方案的市场领导者为目标,意法半导体拥有世界上最强大的产品阵容,既有智慧财产权含量较高的专用产品,也有多领域的创新产品,例如分立器件、高性能微控制器、安全型智慧卡晶片、微机电系统(MEMS)器件。

在移动多媒体、机顶盒和计算机外设等要求严格的套用领域,意法半导体是利用平台式设计方法开发复杂IC的开拓者,并不断对这种设计方法进行改进。意法半导体拥有比例均衡的产品组合,能够满足所有微电子用户的需求。全球战略客户的系统级晶片(SoC)项目均指定意法半导体为首选合作伙伴,同时公司还为本地企业提供全程支持,以满足本地客户对通用器件和解决方案的需求。

意法半导体已经公布了与英特尔和Francisco Partners合资成立一个独立的半导体公司的合作意向,名为Numonyx的新公司将主要提供消费电子和工业设备用非易失存储器解决方案。

研发制造

自创办以来,意法半导体在研发的投入上从未动摇过,被公认为半导体工业最具创新力的公司之一。制造工艺包括先进的CMOS逻辑(包括嵌入式存储器的衍生产品)、混合信号、模拟和功率制造工艺。在先进的CMOS领域,意法半导体将与IBM联盟合作开发下一代制造工艺,包括32nm 和 22nm CMOS工艺开发、设计实现技术和针对300mm晶圆制造的先进研究,此外,意法半导体和IBM还将利用位于法国Crolles的300mm生产设施开发高附加值的CMOS衍生系统级晶片技术。

意法半导体在全球拥有一个巨大的晶圆前后工序制造网路(前工序指晶圆制造,后工序指组装、封装和测试)。公司正在向轻资金密集型制造战略转型,最近公布了关闭一些旧工厂的停产计画。目前,意法半导体的主要晶圆制造厂位于义大利的Agrate Brianza和Catania、法国的Crolles、Rousset和Tours、美国的Phoenix和Carrollton,以及新加坡。位于中国、马来西亚、马尔它、摩洛哥和新加坡的高效封装测试厂为这些先进的晶圆厂提供强有力的后工序保障。

跨国联盟

意法半导体发展了一个全球战略联盟网路,包括与大客户合作开发产品、与客户和半导体厂商合作开发技术、与主要供应商合作开发设备和CAD工具。此外,意法半导体还与全球名牌大学和知名研究机构开展各种研究项目,通过学术研究促进工业研发活动。意法半导体还担纲MEDEA+等欧洲先进技术研究计画和ENIAC(欧洲纳米技术计画顾问委员会)等工业计画。

卓越原则

意法半导体是世界上第一个认识到环境责任重要性的国际半导体公司之一,早在上个世纪90年代就开始公司的环境责任行动,此后,在环境问题上取得了令人嘱目的进步,例如,在1994年到2006年间,每个生产单位能耗降低47%,CO2排放量降低61%。此外,意法半导体远远走在了现有法规的前面,在制造过程中几乎完全摒弃了铅、镉和汞等有害物质。自1991年起,在质量、公司管理、社会问题和环保等公司责任方面,各地区公司因为表现卓越而荣获100多项奖励。

基本情况

意法半导体(ST)公司成立于1987年,是义大利SGS半导体公司和法国汤姆逊半导体合并后的新企业,从成立之初至今,ST的增长速度超过了半导体工业的整体增长速度。自1999年起,ST始终是世界十大半导体公司之一。

整个集团共有员工近50,000名,拥有16个先进的研发机构、39个设计和套用中心、15主要制造厂,并在36个国家设有78个销售办事处。

公司总部设在瑞士日内瓦,同时也是欧洲区以及新兴市场的总部公司的美国总部设在德克萨斯州达拉斯市的卡罗顿亚太区总部设在新加坡日本的业务则以东京为总部大中国区总部设在上海,负责香港、大陆和台湾三个地区的业务。

自1994年12月8日首次完成公开发行股票以来,意法半导体已经在纽约证券交易所(交易代码:STM)和泛欧巴黎证券交易所挂牌上市,1998年6月,又在义大利米兰证券交易所上市。意法半导体拥有近9亿股公开发行股票,其中约71.1%的股票是在各证券交易所公开交易的。另外有27.5%的股票由意法半导体控股II B.V.有限公司持有,其股东为Finmeanica和CDP组成的义大利Finmeanica财团和Areva及法国电信组成的法国财团剩余1.4%的库藏股由意法半导体公司持有。

产品范围

意法半导体是业内半导体产品线最广的厂商之一,从分立二极体与电晶体到复杂的片上系统(SoC)器件,再到包括参考设计、套用软体、制造工具与规范的完整的平台解决方案,其主要产品类型有3000多种,。意法半导体是各工业领域的主要供应商,拥有多种的先进技术、智慧财产权(IP)资源与世界级制造工艺。

半导体产品大体上可分为两类:专用产品和标准产品。专用产品从半导体制造商以及用户和第三方整合了数量众多的专有IP,这些使其区别于市场上的其他产品,例如:

片上系统(SoC)产品

定制与半定制电路

专用标准产品(ASSP),如:无线套用处理器、机顶盒晶片及汽车IC

微控制器

智慧卡IC

专用存储器

专用分立器件 (ASD™)

一旦客户在套用中使用了专用产品,如果不修改硬体和软体设计,通常就不能进行产品替换。

相反,标准产品是实现某种特定的常用功能的器件,这些器件一般由几个供应商提供。通常,制造商推出的标准产品可以被其他制造商的同类产品所取代,供应商间的差别主要在于成本与客户服务上。然而,一旦套用设计被冻结,标准器件在性能最佳化方面也将变成唯一的器件。

标准产品包括:

分立器件,如电晶体、二极体与晶闸管

功率电晶体,如MOSFET、Bipolar与IGBT

模拟电路构建模组,如运算放大器、比较器、稳压器与电压参考电路

标准逻辑功能与接口

众多存储器产品,如标准或串列NOR快闪记忆体、NAND快闪记忆体、EPROM/EEPROM及非易失性RAM

射频分立器件及IC

自成立时起,意法半导体就成功的实现了在市场开拓方面的平衡,将差分化的专用产品(这些产品通常不容易受到市场周期的影响)与传统的标准产品(这些产品要求较少的研发投入和生产资本密集度)相结合。意法半导体多样化的产品系列避免了对通用产品或专用产品的过分依赖。

专用产品 片上系统

专用产品系列中最复杂的就是SoC器件,该器件在单个晶片上集成了完整的系统。很多情况下,这意味着整个套用的集成,也就是说器件整合了除存储器、无源元件与显示器等无需集成的组件外的所有电子电路。然而,通常在单个晶片上集成整个系统并不是最经济的解决方案,因此SoC这个术语也用于指那些集成了大部分系统的晶片。

SoC技术拓展了半导体行业在一个给定的矽片上持续增加电晶体数目的能力。然而它还涉及很多其他因素,包括系统知识、软体技术、架构创新、设计、验证、调试及测试方法。随着半导体器件在电子设备中的普及其对设备性能、价格、开发时间的重要影响,设备制造商对半导体供应商提供的完整平台解决方案的依赖性也越来越高。如今,半导体供应商可以给客户提供完整地解决方案,包括定制的参考设计、完整的软体包(含有底层驱动软体、嵌入式作业系统以及中间件和套用软体)。

很多SoC产品仅使用CMOS技术就可以制造,但完整的SoC制造技术要求具有将COMS、bipolar、非易失性存储器、功率DMOS及微型机电系统(MEMS)之类的基础技术整合到面向系统的技术(这种技术整合了两种或更多的基础技术)中的能力。多年来,意法半导体一直是开发与采用这些面向系统的技术领域的全球领导者。

SoC器件通常集成一个或多个处理器核,意法半导体为客户提供了世界上最广泛的处理器核,包括主要用于无线与汽车套用的基于32位高性能ARM和基于PowerPC的产品。意法半导体在处理器核技术上采用了开放式方法,旨在为客户提供最合适的处理器核,而不论它是专利的、联合开发的或是第三方授权的。

定制晶片

定制与半定制IC都是为特殊用户而设计的,但它们的设计与制造方法不同。半定制晶片是包含了一系列电路单元的通用晶片,这些单元能够以多种方式实现互连,从而实现想要的功能。而定制晶片则是从零开始设计的。一些客户更喜欢设计自己的晶片(特别是包含了珍贵的IP的晶片)并根据成本、产能分配及先前的业务关系等标准,与晶片制造商达成契约制造。而其他一些客户则更愿意与晶片供应商就设计和制造这两方面达成协定,因此,这儿存在着一系列中间关系。

意法半导体提供了一系列利用世界级制造机械、无与伦比的半导体工艺技术,广泛而深入的IP系列和领先的设计方法的定制与半定制服务。这些成功案例就是采用复杂晶片,推动了大型项目,如美国的XM数字卫星无线电服务与为电子行业的各部分的战略伙伴而提供的领先的解决方案。

标准产品

ASSP(专用标准产品)是为在特殊套用中使用而设计的积体电路。实例包括数字机顶盒晶片、CMOS成像IC、电机控制电路与无线套用处理器。与为单用户的特殊套用而设计的定制IC不同,ASSP是为众多用户通用的特殊套用而设计的。很多ASSP是在与特殊客户密切合作的基础上开发出来的,即使相应器件可能会在开放市场上提供。通过以这种方式与客户合作,意法半导体能够保证其开发的产品与技术能很好地与不断变化的工业需求相匹配。

意法半导体的产品系列包括多种类型的ASSP,针对无线通信与网路、数字消费类、电脑外设、汽车、工业及智慧卡等的主要增长业务套用进行了最佳化。通过提供晶片组与完整的参考平台、公认的软体包与开发套件,公司使得其用户能够快速而经济地开发并区分其产品。

意法半导体的ASSP,包括从移动成像到多媒体处理,再到功率管理和手提式及网路连线的各种套用,满足了广泛的电信套用需求。公司提供了用于广泛的数字消费类套用的元器件,特别侧重于机顶盒、数位电视与数位相机等套用。

在电脑外设领域中,意法半导体主要集中在数据存储、列印、可视显示器、PC主机板的电源管理和电源。广泛的意法半导体ASSP功率/复杂的数字汽车系统,如引擎控制、汽车安全设备、车门模组及车载信息娱乐系统等。公司还提供用于工厂自动化系统的工业IC、用于照明和电池充电的晶片、或电源器件以及用于高级智慧卡套用的晶片。

微控制器

意法半导体的微控制器提供了各类套用,从那些首先要求成本最低的套用到需要强大实时性能与高级语言支持的套用。意法半导体全面的产品系列包含了功能强大的带有标准通信接口的8位通用快闪记忆体微控制器,如USB、CAN、LIN、UART、I2C及SPI专用8位微控制器,可用于无刷电机控制、低噪音模组转换器(LNB)、智慧卡读卡器、USB接口的快闪记忆体驱动器和可程式系统存储器(PSM),此存储器在单晶片上集成了存储器,微控制器和可程式逻辑单元16位的工控标准器件和基于高性能32位ARM核心的快闪记忆体控制器,具有卓越的低功耗特性及高级通信外设(包括乙太网、USB与CAN)。

意法半导体专用的微控制器解决方案有助于加速新兴的低数据率无线网路的开发,如实时定位系统(RTLS)和用于远程监视和控制的Zigbee平台。

安全IC

意法半导体为智慧卡和委托产品套用领域,连同广泛的高速产品系列、可共同使用的片上作业系统(SoC)解决方案提供了完整的安全微控制器和存储器。产品用于各类智慧卡套用,从最简单的电话卡到要求最严格的SIM与Pay-TV卡。安全性一直是意法半导体的一项专门技术,多项正式的安全证明、标准化的成员资格、意法半导体安全IC产品在许多领域(包括银行、IT安全性、电子 *** 、公共运输和移动通信)的成功套用有力的证明了这一点。

存储器

虽然众多存储器产品是标准产品,但意法半导体利用其在非易失性存储器技术领域的优势及其与领先用户间稳固的关系,开发出了各种专用EEPROM和快闪记忆体。与领先的OEM合作,意法半导体开发出了针对手机、汽车引擎控制、PC BIOS、机顶盒与硬碟驱动器之类的特殊套用进行了最佳化的创新产品。

分立器件

ASD产品基于在矽片晶元的顶端与底端实现的垂直或水平双极型架构。ASD™ 技术使得意法半导体能为市场带来各类产品,这些产品可处理大双向电流、保持高电压,并可在单晶片中集成各类分立元件。ASD技术是通用保护元器件、ESD保护器件、EMI滤波器与具有内置过压保护的AC开关的理想解决方案。随着近期工艺的升级,ASD技术允许在单晶片中集成多个分立元器件和无源元件(如电阻、电容与电感),从而产生了IPAD系列(集成无源与有源器件)。ASD的主要套用领域是无线与固定线路通信、家电、PC及外设。

标准产品 存储器

意法半导体为领先套用提供了业内最广泛的存储解决方案。意法半导体是非易失性存储器的主要供应商,包括:NOR和NAND 快闪记忆体。

快闪记忆体组合了高密度及电可擦除性。它们普遍套用于各种数字套用中,如手机、数位相机、数位电视、机顶盒、汽车引擎控制等,这些套用需要在系统可程式能力,并需要即使在没有电源的情况下也要保留数据。

作为全球三大NOR快闪记忆体供应商之一,意法半导体提供了两种主要的快闪记忆体类型:NOR及NAND。NOR快闪记忆体架构提供快速读取性能,是在手机和其他电子器件中进行代码存储与直接片上执行的理想之选。然而,对于高密度数据存储,NAND快闪记忆体较高的密度与编程吞吐量使其成为首选。

意法半导体的非易失性存储器系列还包括EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、串列快闪记忆体及非易失性RAM(Random Aess Memory)。

其他意法半导体的存储器产品还包含多种RFID IC。跟所有标准器件一样,成本与客户服务是供应商之间的主要差异,而意法半导体正在全力最佳化这两个方面。

对于既需要快速代码读取又需要高密度的套用(如现今的多功能手机),意法半导体同样提供了先进的多晶片解决方案,在单晶片封装内组合了不同类型的存储器。

智慧型电源

意法半导体的电源器件满足了对于整合了信号处理部件(模拟和/或数字)和电动促动器的功率解决方案不断增长的需求。此设计能力不仅提供了独有的经济优势,同时还提供了稳定性、电磁性能和降低空音与重量等方面的提高。智慧型电源作为一个专业术语,包括了多种横向及纵向的技术,这些技术在在汽车市场尤其起到至关重要的作用。

VIPower(垂直智慧型电源)是众多专利智慧型电源技术的总称,这些技术中,分立的电源结构现模拟和数字控制及诊断电流相结合,从而使器件可以将分立技术的强劲性与电流的控制与诊断功能相结合。意法半导体的BCD(双极-CMOS-DMOS)生产技术结合了双极、CMOS和DMOS工艺,允许集成越来越多的系统基本功能,如电压稳压器、通信接口以及一个单独元件中的多负载驱动器。

标准器件

意法半导体标准线性器件与逻辑IC由广泛的知名标准器件及针对高度集成、空间有限的套用创新的专用器件组成。产品范围包括逻辑功能、接口、运算放大器、比较器、低功耗音频放大器、通信电路(高速模拟、红外线与RF)、功率管理器件、稳压器与参考电路、微处理器复位与监视器、模拟与数字开关、功率开关、VFD驱动器及高亮度LED驱动器。

分立器件

意法半导体是世界领先的分立功率器件供应商之一,产品范围包含MOSFET (包括运用创新的MDmeshTM第二代技术的器件)、双极电晶体、IGBT、肖特基与超快速恢复双极工艺二极体、三端双向可控矽开关及保护器件。此外,意法半导体的专利IPAD(集成有源和无源器件)技术,允许在单个晶片中整合多个有源和无源元件

RF

意法半导体的RF产品包括可以用于ISM(工业科学和医疗),手机基站之类的套用中的功率RF电晶体。

实时时钟

意法半导体提供了完整的低功耗实时时钟(RTC)产品线,从输入级产品到具有微处理器监视功能、SRAM、非易失性特性与通用减少检测管教实现的高级数据保护的高端RTC。嵌入式软体校准每个月的精度误差仅为2秒。

所获荣誉

2020年5月13日,意法半导体名列2020福布斯全球企业2000强榜第822位。

ST联盟

战略联盟和行业合作

自诞生以来,意法半导体公司成了创建战略联盟的先锋,并在发展与用户、供应商、竞争者、大学、研究机构和欧洲研究项目的关系方面得到了大家的公认。战略联盟和行业合作对于在半导体行业中取得成功变得越来越重要。

意法半导体公司(STMicroelectronics)已经跟包括Alcatel、Bosch、Hewlett-Packard、Marelli、Nokia、Nortel、Pioneer、Seagate、Siemens VDO、Thomson和Western Digital等在内的用户成立了几个战略联盟。用户联盟为意法半导体公司提供了宝贵的系统和套用专长及进入主要产品市场的途径,同时使得它的用户能够分担产品开发的风险,而且还能使用意法半导体公司的工艺技术和生产设施。意法半导体公司现在正在积极利用其丰富的经验和技术来扩展其面向美国、欧洲和亚洲顶级OEM的用户联盟的数量。

在继续在激烈的销售竞争中打拼的同时,与其它半导体行业制造商合作使得意法半导体公司能够增加其对高昂的研究与开发以及生产资源的投资,从而实现技术开发的互利互惠。

意法半导体公司是无线技术领域内的常胜将军,2002年与Texas Instruments合作制定和推广无线套用处理器接口的开放式标准。该创新现已扩展到更多公司,并且以MIPI联盟(创始成员有ST、ARM、Nokia和Texas Instruments)著称。联盟现在拥有超过92个成员,合作成为移动行业的领袖,其目标是制定和推广移动套用处理器接口的开放式标准。

非易失性存储器是意法半导体公司的一个战略产品部门。在该领域中,意法半导体公司已与Hynix合作了4年,联合开发了NAND Flash技术和产品。至于NOR Flash,其已与Intel就无线套用的产品指标结成了战略联盟。并且,最近与Freescale签订协定,联合开发带有嵌入式Flash(采用90nm技术制造而成)的微控制器。

意法半导体公司还与领先供应商制定了联合开发计画,如Air Liquide、Applied Materials、ASM Lithography、Axalto、Canon、Hewlett-Packard、KLA-Tencor、LAM Research、MEMC、Teradyne和Wacker,以及包括Cadence、CoWare和Synopsys在内的领先电子设计自动化(EDA)工具制造商。

至于联合研究与开发计画,意法半导体公司还加入了欧洲合作研究计画,如MEDEA+(微电子技术及其套用领域高级合作研究与开发的泛欧计画)和ITEA2(欧洲发展信息技术,软体密集型系统和服务的高级竞争前研究与开发的战略性泛欧计画)。意法半导体公司还在最近创办的欧洲技术平台 - ENIAC(欧洲纳电子行动顾问委员会,用于提供纳电子的战略性研究方向)和ARTEMIS(嵌入式智慧型与系统先进研究和技术,其作用跟嵌入式系统类似) - 中起主导作用。并且,意法半导体公司还与全球众多大学合作,包括欧洲、美国和中国的大学以及主要研究机构,如CEA-Leti和IMEC。

至于制造业,1998年意法半导体公司在中国深圳建立了其后端组装和测试厂。该厂属于意法半导体公司与深圳市海达克实业有限公司(SHIC)共同组建的合资公司性质。2004年,意法半导体公司与Hynix签署并发表了合资协定,在中国无锡建立前端存储器制造厂。合资公司是公司间NAND Flash工艺/产品联合开发关系的延伸,拥有拟于2006年底投入生产的200-mm晶圆生产线和拟于2007年投入生产的300-mm晶圆生产线。

ST大学 大学简介

以管理和现场培训需求为基准,ST大学开发并部署了在企业范围内进行的战略型培训项目。ST大学与ST的各个培训机构密切合作,推出了用于满足ST和ST大学不断变化的培训需求的培训项目课程。

在ST大学培训目录中,只有一个培训项目是同时面向ST员工和外部工程师的。该技术课程的主要目的是发展微电子制造管理领域中的技术专长。

这个独特的项目是由意法半导体公司和法国2家知名工学院 - "L'Ecole Nationale Supérieure des Mines" de Saint-Etienne 与 "l'Ecole Centrale" Marseille - 合作推出的。它为在当今要求严苛的微电子行业中起着重要作用的工程师提供技术和管理技能。为了跟上微电子行业领先技术的步伐,ST大学每年都会在业内专家、学者和研究员的支持下对整个项目进行改进。ST大学发展并改善了理论课程与套用之间的关系,以及ST业内专家和ST供应商的参与。

课程

该项目分为2个主要部分:

第1部分:着重介绍下列3个领域的基础知识和套用课程:

器件和技术:物理特征工具和制造工艺步骤。

积体电路的开发:设计工具、测试和后端 *** 作。

生产和管理工具:生产设备管理、生产技术、可靠性和质量系统。

第2部分:为期6个月的公司(主要是在ST)实习,着重学习和项目有关的特定科目。

中国联合

意法半导体(STMicroelectronics,简称ST)与中国第一汽车股份有限公司(一汽,FAW)宣布在汽车电子技术领域进行合作,同时在一汽技术中心成立一汽-意法半导体汽车电子联合实验室。联合实验室将面向先进的汽车电子技术方案,研发范围包括动力总成、底盘、安全系统、车身、汽车信息娱乐系统、新能源技术等。一汽将在其先进的汽车电子研发平台内引入意法半导体的微控制器(MCU)、专用标准产品(ASSP)和智慧型驱动晶片。

联合实验室的主要研发方向是先进的汽车电子套用。借助意法半导体的汽车电子研发经验、技术优势、产品(如意法半导体的PowerPC系列32位微控制器和发动机管理系统高集成晶片)、原型设计和技术支持,联合实验室将推动双方在汽车电子技术方面的合作研发,例如,ECU(发动机控制单元)、TCU(变速器控制单元)和EPS(电动助力转向系统),这些研发成果将增强一汽下一代汽车的市场竞争力。

一汽集团副总工程师兼技术中心主任李骏表示:"中国汽车销售量连续三年居全球首位,随着消费者对汽车安全性和舒适度越来越关注,汽车电子市场也在高速增长,中国是一个巨大的汽车半导体市场。一汽与意法半导体建立联合实验室,有助于推动双方的深入合作,提升一汽汽车电子的核心竞争力,促进汽车电子产品的自主创新能力。"

意法半导体大中国与南亚区汽车产品部市场与套用经理Edoardo Merli表示:"我们非常高兴能够与中国领先的汽车OEM厂商一汽合作。意法半导体作为2011年中国排名第一[1]、全球第三[2]的汽车晶片供应商,在动力总成、车身、安全、信息娱乐和车载多媒体方面具有很大的优势,这种优势得到了中国汽车厂商的认可。我们相信,双方的合作也将加强意法半导体在中国汽车电子业的领先地位。"

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1.1 第三代半导体 SIC 材料的性能优势

SIC 材料具有明显的性能优势。 SiC 和 GaN 是第三代半导体材料,与第一 二代半导体材料相比,具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率等 性能优势,所以又叫宽禁带半导体材料,特别适用于 5G 射频器件和高电压功率 器件。

1.2 SIC 器件的性能优势

SIC 的功率器件如 SIC MOS,相比于 Si 基的 IGBT,其导通电阻可以做的更 低,体现在产品上面,就是尺寸降低,从而缩小体积,并且开关速度快,功耗相 比于传统功率器件要大大降低。

在电动车领域,电池重量大且价值量高,如果在 SIC 器件的使用中可以降低 功耗,减小体积,那么在电池的安排上就更游刃有余;同时在高压直流充电桩中 应用 SIC 会使得充电时间大大缩短,带来的巨大 社会 效益。

根据 Cree 提供的测算: 将纯电动车 BEV 逆变器中的功率组件改成 SIC 时, 大 概可以减少整车功耗 5%-10%;这样可以提升续航能力,或者减少动力电池成本。

1.3.制约产业发展的主要瓶颈在于成本和可靠性验证

行业发展的瓶颈目前在于 SIC 衬底成本高: 目前 SIC 的成本是 Si 的 4-5 倍, 预计未来 3-5 年价格会逐渐降为 Si 的 2 倍左右,SIC 行业的增速取决于 SIC 产业 链成熟的速度,目前成本较高,且 SIC 器件产品参数和质量还未经足够验证;

SIC MOS 的产品稳定性需要时间验证: 根据英飞凌 2020 年功率半导体应用 大会上专家披露,目前 SiC MOSFET 真正落地的时间还非常短,在车载领域才刚 开始商用(Model 3 中率先使用了 SIC MOS 的功率模块),一些诸如短路耐受时 间等技术指标没有提供足够多的验证,SIC MOS 在车载和工控等领域验证自己的 稳定性和寿命等指标需要较长时间。

1.4 SIC 产业链三大环节

SIC 产业链分为三大环节:上游的 SIC 晶片和外延→中间的功率器件的制造 (包含经典的 IC 设计→制造→封装三个小环节)→下游工控、新能源车、光伏风 电等应用。目前上游的晶片基本被美国 CREE 和 II-VI 等美国厂商垄断;国内方 面,SiC 晶片商山东天岳和天科合达已经能供应 2 英寸~6 英寸的单晶衬底,且营 收都达到了一定的规模(今年均会超过 2 亿元 RMB);SiC 外延片:厦门瀚天天 成与东莞天域可生产 2 英寸~6 英寸 SiC 外延片。

2.1 应用:新能源车充电桩和光伏等将率先采用

SiC 具有前述所说的各种优势,是高压/高功率/高频的功率器件相对理想的 材料, 所以 SiC 功率器件在新能源车、充电桩、新能源发电的光伏风电等这些对 效率、节能和损耗等指标比较看重的领域,具有明显的发展前景。

高频低压用 Si-IGBT,高频高压用 SiC MOS,电压功率不大但是高频则用 GaN。 当低频、高压的情况下用 Si 的 IGBT 是最好,如果稍稍高频但是电压不 是很高,功率不是很高的情况下,用 Si 的 MOSFET 是最好。如果既是高频又是 高压的情况下,用 SiC 的 MOSFET 最好。电压不需要很大,功率不需要很大, 但是频率需要很高,这种情况下用 GaN 效果最佳。

以新能源车中应用 SIC MOS 为例, 根据 Cree 提供的测算: 将纯电动车 BEV 逆变器中的功率组件改成 SIC 时, 大概可以减少整车功耗 5%-10%;这样可以提升 续航能力,或者减少动力电池成本。

同时 SIC MOS 在快充充电桩等领域也将大有可为。 快速充电桩是将外部交 流电,透过 IGBT 或者 SIC MOS 转变为直流电, 然后直接对新能源 汽车 电池进行 充电,对于损耗和其自身占用体积问题也很敏感,因此不考虑成本,SIC MOS 比 IGBT 更有前景和需求,由于目前 SIC 的成本目前是 Si 的 4-5 倍,因此会在 高功率规格的快速充电桩首先导入。在光伏领域,高效、高功率密度、高可靠 和低成本是光伏逆变器未来的发展趋势,因此基于性能更优异的 SIC 材料的光 伏逆变器也将是未来重要的应用趋势。

SIC 肖特基二极管的应用比传统的肖特基二极管同样有优势。 碳化硅肖特基 二极管相比于传统的硅快恢复二极管(SiFRD),具有理想的反向恢复特性。在 器件从正向导通向反向阻断转换时,几乎没有反向恢复电流,反向恢复时间小 于 20ns,因此碳化硅肖特基二极管可以工作在更高的频率,在相同频率下具有 更高的效率。另一个重要的特点是碳化硅肖特基二极管具有正的温度系数,随 着温度的上升电阻也逐渐上升,这使得 SIC 肖特基二极管非常适合并联实用, 增加了系统的安全性和可靠性。

2.2 空间&增速:SIC 器 未来 5-10 年复合 40%增长

IHS 预计未来 5-10 年 SIC 器件复合增速 40%: 根据 IHSMarkit 数据,2018 年碳化硅功率器件市场规模约 3.9 亿美元,受新能源 汽车 庞大需求的驱动,以及光伏风电和充电桩等领域对于效率和功耗要求提升, 预计到 2027 年碳化硅功率器件的市场规模将超过 100 亿美元,18-27 年 9 年的复合增速接近 40%。

SIC MOS 器件的渗透率取决于其成本下降和产业链成熟的速度 ,根据英飞凌和国内相关公司调研和产业里的专家的判断来看,SIC MOS 渗透 IGBT 的拐点可能在 2024 年附近。预计 2025 年全球渗透率 25%,则全球有 30 亿美金 SIC MOS 器件市场,中国按照 20%渗透率 2025 年则有 12 亿美金的 SIC MOS 空间。 即不考虑SIC SBD 和其他 SIC 功率器件,仅测算替代 IGBT 那部分的 SIC MOS 市场预计2025 年全球 30 亿美金,相对 2019 年不到 4 亿美金有超过 7 倍成长,且 2025-2030 年增速延续。

2.3 格局:SIC 器件的竞争格局

目前,碳化硅器件市场还是以国外的传统功率龙头公司为主 ,2017 年全球市场份额占比前三的是科锐,罗姆和意法半导体,其中 CREE 从 SIC 上游材料切入到了 SIC 器件,相当于其拥有了从上游 SIC 片到下游 SIC 器件的产业链一体化能力。

国内的企业均处于初创期或者刚刚介入 SIC 领域 ,包括传统的功率器件厂商华润微、捷捷微电、扬杰 科技 ,从传统的硅基 MOSFET、晶闸管、二极管等切入 SIC 领域,IGBT 厂商斯达半导、比亚迪半导体等,但国内 当前的 SIC 器件营收规模都比较小 (扬杰 科技 最新披露 SIC 营收 2020 年上半年 19.28 万元左右);

未上市公司和单位中做的较好的有前面产业链总结中提到的一些,包括:

泰科天润: 可以量产 SiC SBD,产品涵盖 600V/5A~50A、1200V/5A~50A 和1700V/10A 系列;并且早在 2015 年,泰科天润就宣布推出了一款高功率碳化硅肖特基二极管产品,是从事 SIC 器件的较纯正的公司;

中电科 55 所: 国内从 4-6 寸碳化硅外延生长、芯片设计与制造、模块封装实现全产业链的单位;

深圳基本半导体 :成立于 2016 年,由清华大学、浙江大学、剑桥大学等国内外知名高校博士团队创立,专注于 SIC 功率器件,也是深圳第三代半导体研究院发起单位之一,目前已经开始推出其 1200V 的 SiC MOSFET 产品。

3.1 天科合达

天科合达是国内第三代半导体材料 SIC 晶片的领军企业: 公司成立于 2006 年 9 月 12 日,2017 年 4 月至 2019 年 8 月在全国股转系统挂牌转让,2020 年 7 月拟在科创板市场上市。

公司成长速度极快,2017-2019 年公司收入由 0.24 亿增长至 1.55 亿元,两年 复合增长率 154%。

营收构成:SIC 晶片占比约为一半

公司营收由三部分构成:碳化硅晶片占比 48.12%,宝石等其他碳化硅产品 占比 36.65%,碳化硅单晶生长炉占比 15.23%。

设备自制:从设备到 SIC 片一体化布局

公司以高纯硅粉和高纯碳粉作为原材料,采用物理气相传输法(PVT)生长 碳化硅晶体,加工制成碳化硅晶片;其中的碳化硅晶体的生长设备-碳化硅单晶 生长炉公司也能完成自制并对外销售。

行业格局与公司地位

公司地位:2018 年,以导电型的 SIC 来看,天科合达以 1.7%的市场占有率 排名全球第六,排名国内导电型碳化硅晶片第一。

3.2 山东天岳

1、半绝缘 SIC 片的领军企业: 公司成立于 2010 年,专注于碳化硅晶体衬底 材料的生产;公司产品主要在半绝缘型的 SIC 片。公司投资建成了第三代半导 体材料产业化基地,具备研发、生产国际先进水平的半导体衬底材料的软硬件 条件,是我国第三代半导体衬底材料行业的先进企业。

2、成长能力: 据了解,公司收入从 2018 年收入 1.1 亿左右增加至 2019 年超 过 2.5 亿总收入(其中也有约一半是 SIC 衍生产品宝石等),同比增长 100%以 上。公司的 SIC 片主要集中在半绝缘型,而天科合达主要集中在导电型。

3、华为入股: 华为旗下的哈勃 科技 投资持股山东天岳 8.17%。

4、生产能力( 公司采用的是长晶炉的数量进行表征):山东天岳的产能主 要由长晶炉的数量决定,2019 年产线上长晶炉接近 250 台,销售衬底约 2.5 万 片,预计年底前再购置一批长晶炉,目标增加至 550 台以上;

5、销售价格: 2018 、2019 年公司衬底平均销售价格大数大约在 6300 元/ 片、8900 元/片,预计今年的平均价格将会突破 9000 元,价格变动的主要原因 是 2,3 寸小尺寸衬底、N 型等相对低价的衬底销售占比逐步降低,高值的 4 寸 高纯半绝缘产品占比逐步提升导致单位售价提高。

6、技术实力: 山东天岳的碳化硅技术起源于山东大学晶体国家重点实验 室,公司于 2011 年购买了该实验室蒋明华院士专利,并投入了大量研发,历经 多年工艺积累,将碳化硅衬底从实验室的技术发展成为了产业化技术;山东天 岳除 30 人的研发团队外,还在海外设有 6 个联合研发中心;公司拥有专利近300 项,其中先进发明专利约 50 多项,先进实用性专利约 220 项,申请中的 发明专利约 50 多项。

3.3 斯达 半导

1、斯达 半导 97.5%的收入均是 IGBT, 是功率半导体已上市公司中最纯正的 IGBT 标的,2019 收入 7.8 亿(yoy+15.4%),归母净利润 1.35(yoy+39.8%), IGBT 模块全球市占率 2%,排名全球第八;

2、斯达半导在积极进行第三代半导体 SIC 的布局。 公司 SiC 相关的产品 和技术储备在紧锣密鼓的进行:

3、公司在未来重点攻关技术研发与开发计划:

主要提到三项重要产品开发:1、全系列 FS-Trench 型 IGBT 芯片的研 发;2、新一代 IGBT 芯片的研发;3、SiC、GaN 等前沿功率半导体产品的研 发、设计及规模化生产:公司将坚持 科技 创新,不断完善功率半导体产业布 局,在大力推广常规 IGBT 模块的同时,依靠自身的专业技术,积极布局宽禁 带半导体模块(SiC 模块、 GaN 模块),不断丰富自身产品种类,加强自身竞 争力,进一步巩固自身行业地位。

4、公司和宇通客车等客户合作研发 SIC 车用模块

2020 年 6 月 5 日,客车行业规模领先的宇通客车宣布,其新能源技术团队 正在采用斯达半导体和 CREE 合作开发的 1200V SiC 功率模块,开发业界领先 的高效率电机控制系统,各方共同推进 SiC 逆变器在新能源大巴领域的商业化应 用。

宇通方面表示,“斯达和 CREE 在 SiC 方面的努力和创新,与宇通电机控 制器高端化的产品发展路线不谋而合,同时也践行了宇通“为美好出行”的发 展理念,相信三方在 SiC 方面的合作一定会硕果累累。”

我们在之前发布的斯达半导深度报告中测算斯达在不同 SIC 渗透率和不同 SIC 市占率情境下 2025 年收入d性,中性预计 2025 年斯达在国内的 SIC 器件市 占率为 6-8%。 预计 2023-2024 年国内 SIC 产业链如山东天岳、三安光电等更加成 熟后,SIC 将迎来替代 IGBT 拐点,但是 IGBT 和 SIC MOS 等也将长期共存,相 信国内的技术领先优质的 IGBT 龙头斯达半导能够不断储备相关技术和产品, 极拥抱迎接这一行业创新。

3.4 三安光电

1、公司主要从事化合物半导体材料的研发与应用, 以砷化镓、氮化镓、碳 化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等半导体新材料所涉及的外延片、芯片为核心 主业,产品主要应用于照明、显示、背光、农业、医疗、微波射频、激光通 讯、功率器件、光通讯、感应传感等领域;

2、公司主业 LED 芯片,占公司营收的 80%以上,LED 是基于化合物半导 体的光电器件,在衬底、外延和器件环节具有技术互通性;

3、公司专注于化合物半导体的子公司三安集成,2019 年业务与同期相比呈 现积极变化:

1)射频业务产品应用于 2G-5G 手机射频功放 WiFi、物联网、路由器、通 信基站射频信号功放、卫星通讯等市场应用,砷化镓射频出货客户累计超过 90 家,客户地区涵盖国内外;氮化镓射频产品重要客户已实现批量。生产,产能 正逐步爬坡;

2)2020 年 6 月 18 日公司公告,三安光电决定在长沙高新技术产业开发区 管理委员会园区成立子公司投资建设包括但不限于碳化硅等化合物第三代半导 体的研发及产业化项目,包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产 业链,投资总额 160 亿元,公司在用地各项手续和相关条件齐备后 24 个月内完成一期项目建设并实现投产,48 个月内完成二期项目建设和固定资产投资并实现投产,72 个月内实现达产;

3) 三安集成推出的高功率密度碳化硅功率二极管及 MOSFET 及硅基氮化 功率器件主要应用于新能源 汽车 、充电桩、光伏逆变器等电源市场,客户累计超过 60 家, 27 种产品已进入批量量产阶段。

4) 三安集成 19 年实现销售收入 2.41 亿元,同比增长 40.67%; 三安集成产品的认可度和行业趋势已现,可以预见未来在第三代材料 SiC/GaN 的功率半导体中发展空间非常广阔。

3.5 华润微

1、公司是中国领先的拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化经营能力的半导体企业 ,产品聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域;

2、产品与制造并行: 公司 2019 年收入 57 亿元,其中产品与方案占比43.8%,制造与服务占比 55%,制造与服务业务主要是晶圆制造和封测业务;产品与方案主体主要是功率半导体,占比 90%,包括 MOSFET、IGBT、SBD 和FRD 等产品;

3、公司目前拥有 6 英寸晶圆制造产能约为 247 万片/年,8 英寸晶圆制造产能约为 133 万片/年,具备为客户提供全方位的规模化制造服务能力;

4、SIC 领域积极布局:在 2020 年 7 月 4 日,公司进行了 SIC 产品的发布会,发布了全系列的 1200V/650V 的 SIC 二极管产品,公司有望通过 IDM 模式在 SIC 材料的各个功率半导体产品领域深耕并持续受益于产品升级和国产替代。

3.6 捷捷微电

1、公司是国内晶闸管龙头,持续布局 MOSFET 和 IGBT 等高端功率半导体器件。 按照公司年报口径,2019 年功率分立器件收入占比 75%,功率半导体芯片收入占比 23%; 公司的功率分立器件,50%左右业务是晶闸管 (用于电能变换与控制),还有部分二极管业务,其余是防护器件系列(主要作用是防浪涌冲击、防静电的电子产品内部,保护内部昂贵的电子电路);

2、公司于 2020 年 2 月 27 日与中芯集成电路制造(绍兴)有限公司(简称“SMEC”)签订了《功率器件战略合作协议》,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;公告披露,捷捷微电方保证把SMEC 作为战略合作伙伴,最大化的填充 SMEC 产能,2020 年度总投片不低于80000 片,月度投片不低于 7000 片/月。

3、公司长期深耕晶闸管和二极管等分立器件,这些客户和 MOSFET 和IGBT 等相关高端功率器件有重叠, 公司从晶闸管领域切入到 MOS 后,在这两个产品大类上也将积极应用第三代半导体 SIC,为后续提升自身器件性能和产品竞争力做好准备。

3.7 扬杰 科技

1、公司是产品线较广的功率分立器件公司 。公司产品主要包括功率二极管、整流桥、大功率模块、小信号二三极管,MOSFET,也有极少部分的 IGBT 产品。按照公司年报口径,2019 年功率分立器件收入占比 80%,功率半导体芯片收入占比 13.8%,半导体硅片业务占比 4.55%。

2、公司第三代半导体 SIC 器件 目前收入较少。公司积极布局高端功率半导体,筹备建立无锡研发中心,和中芯国际(绍兴)签订保障供货协议 ,持续扩充 8 寸 MOS 产品专项设计研发团队,已形成批量销售的 Trench MOSFET 和SGT MOS 系列产品。

3、SIC 产品目前占比小: 公司 2020 年 9 月公告,目前主营产品仍以硅基功率半导体产品为主, 第三代半导体产品的销售收入占比较小, 2020 年 1-6 月,公司碳化硅产品的销售收入为 19.28 万元。

4、我们认为同捷捷微电一样,公司是中低端功率器件利基市场龙头,虽然目前 SIC 产品的占比较小,主要是由于国内产业链成熟度的拐点刚刚到来;未来公司将积极布局各种基于 SIC 材料的功率器件,从而提高其产品性能并实现市场占有率持续稳步提升,打开业务天花板和想象空间。

3.8 露笑 科技

1、传统主业是 电磁线产品: 公司是专业的节能电机、电磁线、涡轮增压器、蓝宝长晶片研发、生产、销售于一体的企业,公司主要产品有各类铜、铝芯电磁线、超微细电磁线、小家电节能电机、无刷电机、数控电机、涡轮增压器和蓝宝石长晶设备等产品。 公司是国内主要电磁线产品供应商之一,也是国内最大的铝芯电磁线和超微细电磁线产品生产基地之一。

2、SIC 长晶设备已经开始对外供货: 露笑 科技 基于蓝宝石技术储备,经过多年研发已快速突破碳化硅工艺壁垒,在蓝宝石基础上布局碳化硅长晶炉和晶片生产。碳化硅跟蓝宝石从设备、工艺到衬底加工有较强的共同性和技术基础,例如精确的温场控制、精确的压力控制、精确的籽晶晶向生长以及基片加工等壁垒。 公司在多年蓝宝石生产技术支持下成功研发出碳化硅自主可控长晶设备,并在 2019 年开始对外供货 SIC 长晶设备。

4、公司布局 SIC 的人才优势: 公司引进具有二十多年碳化硅行业从业经验的技术团队,开展碳化硅衬底及外延技术研究,加码布局碳化硅产业。2020 年 4月,公司发布非公开募集资金公告,拟募集资金总额不超过 10 亿元,用于新建碳化硅衬底片产业化项目、碳化硅研发中心项目和偿还银行贷款。 随着公司碳化硅产品研发并量产,公司有望取得一定的市场份额。

5、与合肥合作打造第三代半导体 SIC 产业园: 2020 年 8 月 8 日与合肥市长丰县人民政府在合肥市政府签署《合肥市长丰县与露笑 科技 股份有限公司共同投资建设第三代功率半导体(碳化硅)产业园的战略合作框架协议》。包括但不限于碳化硅等第三代半导体的研发及产业化项目,包括碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长等的研发生产,项目投资总规模预计 100 亿元。

……

(报告观点属于原作者,仅供参考。作者:华安证券,尹沿技)

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