射频电源的定义
射频电源(RF Power Supply)是可以产生固定频率的正弦波、具有一定频率的高频电源,主要由射频信号源、射频功率放大器及阻抗匹配器组成,是等离子体配套电源。属于可以产生固定频率正弦波、具有一定频率的高频交流电源,工作频率一般处于2MHz至60MHz之间。在低压或常压下产生等离子体,并利用等离子体不同的化学性能,广泛应用于半导体工艺设备(PVD、PECVD、刻蚀、离子注入、清洗)、LED、光伏、医疗等领域。
以ICP刻蚀机台为例,ICP放电系统通常使用两个射频功率源。第一个是sourceRF,射频功率源驱动线圈,一般外置且由介质窗口与等离子体隔离开。射频电流流过线圈时会在线圈附近的等离子体中产生一个衰减距离为几厘米的扰动波,其扰动可在等离子体中感应出射频电流,将电磁场能量传递给电子,即驱动线圈的射频功率控制等离子体密度。第二个是bias RF,射频功率源加在基板上,产生的直流偏压可将离子吸引至晶圆上,作为偏压电源可以独立控制等离子体密度和离子轰击基板的能量。两个RF电源搭配可以实现更高的蚀刻速率、更大的工艺窗口,提高良率水平。
核心技术难点在于参数稳定性、控制精度与阻抗匹配。射频电源主要技术难点在于电源波形、频率和功率等参数稳定性的提升,以及在腔体中激发出的等离子体浓度、均匀度及相应的控制精度,稳定性与控制精度对于薄膜沉积厚度、密度、应力、速率,以及深孔刻蚀质量至关重要。此外,半导体制程微缩化发展,3D IC时代芯片制造工艺设备的电源系统面临复杂工艺过程中功率输送的一致性与准确性问题,各工艺步骤间的功率水平、气体流量、压力变化不一,致使等离子体阻抗急剧变化,因此,射频电源系统的功率传输与阻抗匹配的创新必须与工艺创新保持同步。阻抗匹配器将射频信号源与负载阻抗匹配,从而保证从射频源输出的功率均可被等离子体负载全部吸收,即得到最大的输出功率。
射频信号源
射频信号源主要用于射频与微波系统的测量、校准、试验及维护,尤其在无线电测量和通信领域。目前在空间通信、卫星导航,雷达测量等先进的电子系统中,对射频信号源的要求也越来越高目前,射频信号源的合成技术主要有4种即:直接频率合成(DS)技术、锁相频率合成(PLL)技术和直接数字频率合成(DDS)技术,PLL/DDS混合频率合成技术。
射频功率放大器
射频放大器生产之初主要采用真空电子管。发展至今,电子管由于其性能上的限制已逐渐被淘汰,而晶体管由于其优异的性能已被广泛研究及应用,目前已成为射频功率放大器的核心器件。
射频功率放大器主要实现信号的传输,并实现一定程度的信号的放大,其本质是将直流功率转化为交流功率射频功率放大器是制约通信技术和电子技术发展的关键因素,随着人们对通信及电子技术需求的不断提高。射频功率放大器必将飞速发展,尤其是高频率的功率放大器已经成为当前研究的热点,主要是功率放大器的频率越高,输出功率越高,并且效率和可靠性也越高。
阻抗匹配器
阻抗匹配反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系,是无线电技术中常见的一种工作状态。阻抗匹配主要用于信号或能量的传输,使所有微波信号皆能传送到负载点,不会有信号或能量反射回来,从而提升传输效益。可以说,阻抗匹配的目的就是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载。
目前阻抗匹配常用的方式有两种:一种是传输线匹配,即射频源内阻、负载和传输线的特征阻抗三者相等;一种是扼匹配,即负载阻抗等于信源内阻抗的共轭,且它们的模相等而辐角之和为0。
阻抗自动匹配器的主要功能是实时跟踪负载阻抗变化,保障射频功率源和负载之间一直处于阻抗匹配状态,使得射频功率源输出的功率能被负载全部吸收,从而提高系统的效率及稳定性能。
射频电源发展因素分析
中国目前已经成为世界上最大的手机和汽车市场从而带动半导体和光伏等领域发展,然而中高端射频电源缺依赖进口,目前我国先进的等离子体设备使用的射频电源,与国外同类电源相比还存在一定差距,要超赶上国际水平,还需要做很多工作。
政策层面,国家从战略层次进行规划,引导半导体行业向高精尖化方向做大做强。当下我国对于高精密设备的设计和生产越来越重视。目前,我国已经成为射频电源重要销售市场,我国电源企业取得了较快的发展,出现了包括北广科技、Plasma Technology在内的一批在射频电源领域上有一定竞争力的企业。
随着下游不断扩展应用,市场份额逐渐向高速发展地区、规模优势和较高研发能力的电源适制造企业进行倾斜。因此,行业内优势企业在激烈的竞争中需要及时抓住市场机会,通过扩大自身经营规模和应用领域,从而推动行业的资源整合。
2022年全球射频电源市场销售额达25.29亿美元,预计2028年该规模将达到50.62 亿美元,2022-2028 年CAGR达11.44%。
2021年中国(含台湾)占全球市场份额为15.78%,美国为35.48%,预计未来六年中国市场复合增长率为10.33%,并在2028年规模达到7.15亿美元,同期美国市场CAGR预计大约为13.13%。
生产层面,目前北美是全球最大的射频电源生产地区,占有大约32.43%的市场份额,之后是日本,占有大约24.17%的市场份额。目前全球市场,基本由美国和日本地区厂商主导,全球射频电源头部厂商主要包括万机仪器、先进能源、日本大阪变压器株式会社(DAIHEN Corporation)和XP Power等,前五大厂商占有全球大约80.47%的市场份额。
2023-2029全球与中国射频电源市场现状及未来发展趋势
本文研究全球与中国市场射频电源的产能、产量、销量、销售额、价格及未来趋势。重点分析全球与中国市场的主要厂商产品特点、产品规格、价格、销量、销售收入及全球和中国市场主要生产商的市场份额。历史数据为2018至2022年,预测数据为2023至2029年。
主要厂商包括:
万机仪器
先进能源
DAIHEN Corporation
XP Power
通快
Comet Plasma Control Technol
京三制作所
北广科技
爱发科
日本电子株式会社
Adtec Plasma Technology
New Power Plasma
DKK
Plasma Technology
Pearl Kogyo
SAIREM
Reno Subsystems
T&C Power Conversion
Seren IPS
Coaxis Power Systems
RF Power Tech
英杰电气
按照不同产品类型,包括如下几个类别:
13.56MHz
27.12Mhz
40.68MHz
60MHz
400kHz
2Mhz
4Mhz
其他
按照不同应用,主要包括如下几个方面:
半导体
光伏
射频感应加热
医疗
其他
重点关注如下几个地区:
北美
欧洲
中国
日本
韩国