據(jù)Yole 最新發(fā)布的的硅MOSFET報(bào)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(lǐng)域,，那么國內(nèi)MOSFET企業(yè)的實(shí)力如何呢,？
占據(jù)功率半導(dǎo)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(yīng)晶體管，用于將輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化,，起到開關(guān)或放大等作用,。1990年左右溝槽結(jié)構(gòu)MOSFET逐步研發(fā)成功。2008 年,，英飛凌率先推出屏蔽柵功率MOSFET?，F(xiàn)在市場主流的MOSFET主要分為四大類：超結(jié)MOSFET、平面型MOSFET,、屏蔽柵溝槽 MOSFET和溝槽型 MOSFET,。
MOSFET是功率半導(dǎo)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(dǎo)體,。功率半導(dǎo)體器件作為不可替代的基礎(chǔ)性產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域,。
功率半導(dǎo)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(jìn)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(jìn)一步分為AC/DC,、DC/DC、電源管理IC,、驅(qū)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(jià)格低,，在少數(shù)價(jià)格敏感,、感性負(fù)載驅(qū)動等應(yīng)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(gè)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(dǎo)體的負(fù)責(zé)人徐吉程告訴筆者,，主要系MOSFET的結(jié)構(gòu)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(yīng)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(dǎo)電（電子）,，而IGBT和三極管都是多子導(dǎo)電（電子和空穴），所以MOSFET不存在載流子復(fù)合效應(yīng),，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(yīng)用領(lǐng)域（來源：應(yīng)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(dǎo)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(jìn),，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(cuò)，有很多新興起的Fabless設(shè)計(jì)公司和晶圓廠,。而且他們的設(shè)計(jì)和工藝上提升很快,，在鋰電保護(hù)，電源和電機(jī)等領(lǐng)域拿下不少市場,。半導(dǎo)體功率器件行業(yè)的特點(diǎn)是市場化程度較高，行業(yè)集中度低,，而且其價(jià)值鏈較短,，前段晶圓制造能力和后端封裝能力是構(gòu)成產(chǎn)品附加值的核心，但國內(nèi)真正具備芯片研發(fā),、設(shè)計(jì),、制造全方位綜合競爭實(shí)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(yáng)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(dǎo)體,、韋爾股份,、東微、尚陽通,、芯派,、芯導(dǎo)科技、諾芯半導(dǎo)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(lǐng)先的功率半導(dǎo)體企業(yè)主要依靠長期的技術(shù)積累形成豐富的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),，涵蓋各大應(yīng)用領(lǐng)域，且能夠?yàn)榫唧w應(yīng)用領(lǐng)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(dǎo)體產(chǎn)品劃分了15個(gè)大類，其中僅功率MOSFET便有超 2,500種細(xì)分型號,。國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商由于起步較晚,，在技術(shù)儲備與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)MOS等,。2020年度，華潤微實(shí)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(wù)板塊產(chǎn)品銷售了271.46億顆。
士蘭微主要MOSFET產(chǎn)品為超結(jié) 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(shù)平臺方面，士蘭微目前已穩(wěn)定運(yùn)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(shè)完成,，并開始量產(chǎn),。
揚(yáng)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(zhǔn)備,。同時(shí)第二代產(chǎn)品已接近或達(dá)到國際同行公司最相近的5代技術(shù)水平,。其晶圓工廠主要是硅基4寸和6寸，并在進(jìn)一步規(guī)劃8寸晶圓廠,。
華微電子主要是中低壓 CCT MOS,、超結(jié) 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(dǎo)體晶圓生產(chǎn)線。
而在Fabless一眾廠商中,，新潔能的實(shí)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(jié)理論技術(shù),，量產(chǎn)屏蔽柵功率MOSFET 及超結(jié)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(shí)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(dá)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(dǎo)體功率器件設(shè)計(jì)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(jìn)的半導(dǎo)體功率器件進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的先行者之一,。
捷捷微電的MOSFET主要采用Fabless+封測的業(yè)務(wù)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(jié)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(shí)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(shí)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(hù),、手機(jī)主板以及快充等領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)。他們的MOSFET產(chǎn)品最小 pitch（特征尺寸）小于1μm,，最小設(shè)計(jì)線寬小于0.2μm,。在鋰電保護(hù)領(lǐng)域，公司有超低阻抗1mohm,、CSP封裝的雙N型單節(jié)鋰電池保護(hù)MOSFET,。DFN2x2小型封裝產(chǎn)品，阻抗業(yè)界最低,，應(yīng)用于充電管理和端口保護(hù),。在快充領(lǐng)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(dǎo)體是國內(nèi)少數(shù)擁有超結(jié)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(jié)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(jié)理論,，并量產(chǎn)超結(jié) MOSFET 的公司之一,。2020年其共計(jì)銷售了8600多萬只MOSFET封裝成品。龍騰半導(dǎo)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(dǎo)體外延片產(chǎn)線的方式,，實(shí)現(xiàn)由Fabless 模式向 Fab-Lite 模式的轉(zhuǎn)變,。公司的一部分核心產(chǎn)品超結(jié) MOSFET 的生產(chǎn)模式將由向晶圓代工廠定制化采購轉(zhuǎn)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(dǎo)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(dǎo)電子的MOSFET的溝槽優(yōu)化技術(shù)使得產(chǎn)品在1mm*0.6mm的小封裝尺寸下的導(dǎo)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(dǎo)通阻抗為120毫歐左右。
紹興諾芯半導(dǎo)體也是一家專注在MOSFET領(lǐng)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(biāo)國際公司,，打破了國外壟斷。
在MOSFET高端技術(shù)領(lǐng)域,，其實(shí)國內(nèi)廠商與國外廠商差距不大,，主要是在制造技術(shù)上差距比較大，高端的MOSFET我們是有能力設(shè)計(jì)和制造生產(chǎn)出來的,。據(jù)徐吉程的觀點(diǎn),，與國外廠商比，國內(nèi)廠商的差距有如下幾點(diǎn)：1. 對應(yīng)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(shí)的嚴(yán)格的程度,，6. 先進(jìn)技術(shù)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(cuò)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(shù)等方面可以相互媲美,，關(guān)鍵的差距在于細(xì)節(jié)控制，包括細(xì)節(jié)管控和對高端技術(shù)理解的深度,。同時(shí)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(shí)以國外廠商的產(chǎn)品為基礎(chǔ),，等國內(nèi)器件去替代時(shí),，就會有難度，因?yàn)椴豢赡苤圃斐雠c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(shí)，不要一棍子打死,，要給國內(nèi)廠商解決問題的機(jī)會,，不斷改善和優(yōu)化性能，一定能滿足客戶要求,，同時(shí)國內(nèi)廠商一定要控制好優(yōu)化和改進(jìn)的時(shí)間，不能拖得太久,?！?/p>
晶圓代工廠是MOSFET的堅(jiān)強(qiáng)后盾
“如硅基MOSFET這樣的功率半導(dǎo)體屬于模擬器件范疇，對于模擬器件來說,，要設(shè)計(jì)與工藝完美結(jié)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(shù)等等,，都需要設(shè)計(jì)廠商與代工廠的共同努力，才能實(shí)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,?！毙旒谈嬖V半導(dǎo)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(jìn)、中芯集成,、四川廣義,，廣州粵芯等。得益于國內(nèi) FAB 廠的技術(shù)沉淀與發(fā)展,，結(jié)合國內(nèi)設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)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(dāng)。不少公司的部分MOSFET等功率器件產(chǎn)品在技術(shù)上處于國內(nèi)前列,，與國際大廠的技術(shù)相當(dāng),。例如龍騰半導(dǎo)體的650V超結(jié)MOSFET 產(chǎn)品的Rsp達(dá)到了16.45mΩ*cm2，而英飛凌先進(jìn)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(wù)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(jié)結(jié)構(gòu)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(shè)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(dá)4萬片，工藝線寬在0.5~0.13微米,。MOS型場效應(yīng)晶體管有200V以下系列,、400-500V系列和600V系列三個(gè)系列有80多個(gè)品種。
上海先進(jìn)半導(dǎo)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(wù),，基于8英寸工藝技術(shù)。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(jié)MOSFET,，包括先進(jìn)的手機(jī)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(jìn)的第一家半導(dǎo)體芯片制造項(xiàng)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(lǐng)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(jìn)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(dǎo)體項(xiàng)目計(jì)劃分為三期進(jìn)行，一期主要技術(shù)節(jié)點(diǎn)為180-90nm制程,，二期技術(shù)節(jié)點(diǎn)延伸至 90-55nm 制程,，三期技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步延伸至55-40nm，22nm制程,，三期建設(shè)全部完成投產(chǎn)后,，將實(shí)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(jìn)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(fèi)百億美金，且模擬產(chǎn)品性能與應(yīng)用場景密切相關(guān),，下游的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,，所以功率半導(dǎo)體行業(yè)較難形成壟斷性企業(yè),，即使是功率半導(dǎo)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(dǎo)體可以說是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展和崛起的一個(gè)突破口,。
Yole Developpement預(yù)估，到2026年,，MOSFET市場規(guī)模將達(dá)到94億美元,，2020~2026年的復(fù)合年增長率將達(dá)到3.8%。國內(nèi)企業(yè)要爭的蛋糕很大,。
