广电计量陆裕东：看好第三代半导体，未来5年将是发展的关键期

岁末年初之际，电子发烧友网策划的《2022半导体产业展望》专题，收到超过60位国内外半导体创新领袖企业高管、技术专家的前瞻观点。此次，电子发烧友特别采访了广州广电计量检测股份有限公司元器件筛选与失效分析中心总监陆裕东博士，以下是他对2022年半导体市场的分析与展望。
 

广州广电计量检测股份有限公司元器件筛选与失效分析中心总监陆裕东博士  

 
广电计量作为一家全国布局、综合性的国有第三方计量检测机构，积极围绕国家战略性产业布局，构建配套服务能力。半导体检测业务是广电计量重要业务板块，经过持续多年的技术能力布局和人才队伍建设，目前，广电计量在广州、上海、成都等地分别建立了元器件筛选及失效分析实验室，累计投入300多套高端检测分析设备，形成以博士、专家为核心的人才队伍，为装备制造、汽车、电力电子与新能源、5G通信、光电器件与传感器、轨道交通与材料等领域提供专业的车规元器件认证、IGBT及功率半导体寿命提升、集成电路失效分析、元器件量产测试、半导体材料分析等服务，是目前国内具备一定品牌影响度和行业知名度的半导体产业检测服务平台，为累计超过2000家相关半导体企业提供从原材料到应用全链条的一站式服务，所涉及的专业方向包括可靠性试验、质量评价、产品认证、寿命评估、失效分析等。
 
第三代半导体市场竞争不断提升
 
半导体产业被誉为信息产业皇冠上的明珠，是信息产业发展的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性产业。中国已经连续多年成为全球最大的半导体消费市场。
随着国内5G通信、新能源汽车、人工智能、工业互联网、大数据、光伏等行业的快速发展，以及“碳达峰、碳中和”绿色低碳战略不断推进，第三代半导体市场应用已逐步开启，整体竞争力也不断提升。
 
CASA（第三代半导体产业技术创新战略联盟） Research数据显示，2020年，我国第三代半导体产业整体总产值约7100亿元，其中，碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）电力电子产值44.7亿元，同比增长54%；GaN微波射频产值达60.8亿元，同比增长80.3%。另据CASA Research不完全统计，国内从事第三代半导体电力电子和微波射频的企业在2018年不足100家， 截至2020年底，该领域有超过170家企业，基本形成完整的产业链结构。
 
尽管当前国内第三代半导体的产业规模和市场份额还较小，但是增长空间巨大，极具应用潜力，政策也在加码扶持。今年发布的《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》将“集成电路先进工艺和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等特色工艺突破”、“碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展”写入了“科技前沿领域攻关”部分。
 
近两年，我们的第三代半导体技术服务订单也呈现爆发式增长，尤以光电子和电力电子应用领域最为明显，涉及到照明/显示、紫外消毒、新能源车、电网、充电桩、轨道交通、消费电子等行业，助力第三代半导体企业提升产品质量。我们认为，由于国内新能源汽车、轨交、电网等领域所需的功率器件较为依赖进口，存在超长货期等风险，因此可大力发展电力电子用碳化硅（SiC）；国内5G技术走在世界前沿，可大力发展微波射频用氮化镓（GaN）。
 
可靠性解决方案对于第三代半导体至关重要
 
2020年下半年以来，芯片短缺问题一直困扰着市场，短期内芯片或还将处于供应偏紧状态。无论供需情况如何变化，市场内对于半导体产品高品质的需求一直存在。比如，第三代半导体及器件为新材料、新器件、新技术，缺乏长期、大规模应用的历史数据来证明其质量与可靠性已具备使用条件，因此，可靠性解决方案对于第三代半导体至关重要。
 
又如汽车行业为例，虽然目前国内出现了很多新的元器件厂商，但真正能获得主机厂信任、成功装车的国内元器件仍然屈指可数。其背后的原因就在于车规电子对可靠性要求极高，芯片厂家需要长时间的技术积累，而国产新晋元器件供应商没有足够的验证数据来证明其可靠性，难以得到汽车厂商的信任。因此，即使是在“缺芯”的背景下，车厂仍然对国产芯片持谨慎观望态度。在此背景下，提升车用电子元器件可靠性，获得车厂的信任，成为各大芯片厂家突破市场的重中之重。
 
广电计量在半导体产品质量管控上拥有多年技术积累和项目经验，形成了全寿命周期可靠性设计、分析、评估及试验技术服务，提供半导体可靠性验证与评价解决方案。
 
在元器件筛选与国产化验证方面，公司构建了先进的国产化电子元器件的可靠性筛选及量产测试技术能力。元器件筛选是提升电子装备可靠性的关键手段，广电计量提供电子元器件测试、评估、质量保证的成套方案，帮助企业及时发现和剔除有缺陷易发生早期失效的元器件，提高电⼦元器件的使⽤可靠性，保障和支撑电子装备可靠性提升。在半导体集成电路国产化、⼩型化、高集成、高性能要求的趋势下，半导体行业引⼊了大量新材料、新工艺和新的器件结构，容易导致集成电路更高的缺陷密度，广电计量提供超大规模集成电路动态老炼与测试技术服务，协助客户保证及提高产品的可靠性和质量的⼀致性。同时，我们还可为应用于半导体制造、通信、智能网联的芯片和微波通讯生产企业提供高效、快速的原材料、元器件、PCB等半导体分立器件的微观结构、材料成分、电性能综合测试及破坏性物理分析、失效分析根因等技术咨询、测试及分析评价服务。
 
在IGBT及第三代半导体器件质量提升工程方面，广电计量擅长功率器件的可靠性验证和失效分析。针对这些器件在应用时功率密度大、且应用场景复杂导致的器件可靠性问题，广电计量可为5G通信、轨道交通、电动汽车、智能电网、家用电器等领域的IGBT和以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体器件提供可靠性验证服务，并对产品的设计和工艺改进提供分析和建议。
 
在车规级芯片及元器件AEC-Q认证方面，AEC-Q（Automotive Electronics Council-Qualification）作为国际通用的车规级电子元器件测试规范，目前已成为车用元器件质量与可靠性的标志。为了保证元器件质量与可靠性，汽车厂和零部件供应商通常会要求电子元器件生产商通过完整的AEC-Q认证。广电计量作为已完成AEC-Q100（针对集成电路）、AEC-Q101（针对分立半导体器件）、AEC-Q102（针对分立光电子器件）、AEC-Q104（针对多芯片组件）、AEC-Q200（针对无源元件）完整验证报告的第三方机构，具备丰富的验证经验和完整的试验能力，并可对AEC-Q验证过程的失效品展开分析，帮助企业根据失效机理指导产品改进升级。自开展车规验证以来，广电计量充分发挥汽车工业供应链串联优势，累计完成近200个型号的车规电子元器件验证试验。
 
广电计量拥有30多名博士，400多名硕士，并设有技术研究院，牵头承担了工信部“面向集成电路、芯片产业的公共服务平台建设项目”，该项目将围绕关键实施目标，开展集成电路应用验证平台建设，推动芯片在重点行业领域规模化应用，建立覆盖医疗器械、手机、新能源汽车等领域的芯片测评认证体系，建立芯片测试参数数据库和芯片应用信息数据库，为行业企业提供综合服务，推进知识产权申请，以解决国产集成电路“不敢用、不会用、不想用”的难题，为国产集成电路保驾护航。
 
芯片短缺的情况预计两年左右趋于平稳
 
国内新建上游晶圆厂虽然很多，但产能短时间内还不能释放，加之前期芯片短缺严重，芯片缺口市场依然存在，短期来看不会在2022年出现供过于求的情况。如果国内外疫情形式不出现大的波动，供应紧张的部分，预计在明年会有所缓和，预计2年左右会趋于平稳。并且目前从广电计量作为第三方检测机构接触到的市场信息情况显示，电子元器件“假冒翻新检查”、“DPA（破坏性物理分析）质量检查”项目在21年下半年的检测需求也是一直呈现需求爆发增长的情况，这也间接体现出芯片、元器件整个供应链市场都处于供货紧张的状态。
 
展望
 
第三代半导体应用领域广泛，我们认为，未来5年将是第三代半导体产业发展的关键期，全寿命周期解决方案是提高半导体器件质量与可靠性的重要保障。
 
广电计量不仅是检测试验服务供应商，更是科研与咨询服务提供商，作为国有检测机构，我们将在国内半导体产业发展过程中秉承国企担当，为半导体产业的高质量发展提供产品质量与可靠性的检测服务、检测技术研究、科研咨询等专业技术服务。