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            功率半導體擁抱電動汽車“芯”機遇的兩大要訣2019-04-28

            時間:2019-12-21

            年度晶圓出貨量首次突破200萬片,銷售收入和毛利率雙雙增長,32個季度連續(xù)盈利……這就是華虹集團旗下上海華虹宏力半導體制造有限公司(“華虹宏力”)交出的2018年亮眼成績單。受惠于全球市場對特色工藝平臺及創(chuàng)新性制造技術的高度認可,2018年華虹宏力的產能利用率高達99.2%,居于行業(yè)領先地位。在市場環(huán)境多變、中美貿易關系不確定性的情況下,華虹宏力為何能取得如此卓越成績?


            近日,在第八屆年度中國電子ICT媒體論壇暨2019產業(yè)和技術展望研討會上,華虹宏力戰(zhàn)略、市場與發(fā)展部科長李健以《電動汽車“芯”機遇》為題,闡述了汽車電動化下產業(yè)新機遇,以及華虹宏力為擁抱這波機遇所做的戰(zhàn)略布局。從中,你我將得以管窺華虹宏力亮眼成績背后的選擇與努力。

            功率半導體:未來新技術融合的時代召喚

            縱觀全球半導體歷史,整個產業(yè)保持震蕩向上走勢。李健介紹道,疊加美國總統在任時間線后可見,克林頓、小布什和奧巴馬任期中,臺式電腦、功能手機、智能手機的興盛陸續(xù)對半導體市場起到了很好的刺激作用。隨后,2016到2018年,整個半導體產業(yè)的增長率高達20%以上;時值5G、人工智能、大數據、云計算等新技術蓬勃興起之時,智能汽車成為多技術融合載體,負擔起拉動半導體快速上揚的重任。

            汽車雖然是傳統的制造業(yè),但卻是個能讓人熱血沸騰的制造業(yè),因為汽車承載了人類跑得更快、探索遠處的夢想。在市場對節(jié)能減排和駕駛舒適性的更高要求下,新能源汽車逐步走向時代舞臺中央。有別于傳統燃油車,新能源汽車里的電機、電池、車載充電機、電機逆變器和空調壓縮機等,都需要大量的功率半導體。據Strategy Analytics測算,傳統燃油車功率半導體用量僅71美元,而新能源汽車上功率半導體用量至少翻番,純電動車(BEV)上更是大幅增長至384美元,增幅高達441%。汽車電動化除了車輛本身的變化之外,后裝的零部件和配套用電設施市場,如充電樁,同樣帶來大量的功率器件需求。隨著汽車電子化的進程推進,為汽車帶來更強壯“肌肉”、讓汽車跑得更穩(wěn)健的功率半導體獲得大幅增長的同時,也帶動功率半導體晶圓制造產業(yè)進入突飛猛進的高速發(fā)展期。

            以時下很熱的IGBT舉例來說,電動汽車前后雙電機各需要18顆IGBT,車載充電機需要4顆,電動空調8顆,總共一臺電動車需要48顆IGBT芯片。按照國內2020年新能源汽車目標銷量將達到200萬臺、后裝維修零配件市場按1:1配套計,粗略估算國內市場大概需要10萬片/月的8英寸車規(guī)級IGBT晶圓產能(按120顆IGBT芯片/枚折算),全球汽車市場可能需要30萬片/月!

            核“芯”技術:用研發(fā)創(chuàng)新贏得市場贊譽

            在汽車電子化大潮涌動之時,長期持續(xù)動態(tài)追蹤市場變化的華虹宏力敏銳地洞察業(yè)界動向并及時布局:華虹宏力是全球第一家關注功率器件的8英寸純晶圓廠,早在2002年已開始功率半導體的自主創(chuàng)“芯”路,是業(yè)內首個擁有深溝槽超級結(Deep Trench Super Junction,DT-SJ)及場截止型IGBT(Field Stop,FS IGBT)工藝平臺的8英寸代工廠。產品線上,華虹宏力的功率半導體產品全面涵蓋從200V以下低壓段、300V到800V的中高壓、以及600V到3300V甚至高達6500V的高壓段等應用,聚焦于Trench MOS/SGT、DT-SJ和IGBT等,并密切關注GaN/SiC等新型寬禁帶材料的發(fā)展。

            圖1:華虹宏力功率器件領域核“芯”技術

            據李健介紹,硅基MOSFET是華虹宏力功率器件工藝的基礎。通過不斷縮小間距、提升元胞密度、降低導通電阻,華虹宏力用持續(xù)領先的優(yōu)異品質,以及穩(wěn)定的良率贏得廣大客戶的贊譽。值得一提的是,在可靠性要求極為嚴格的汽車領域,華虹宏力MOSFET產品已配合客戶完成核心關鍵部件如汽車油泵、轉向助力系統等的應用,為業(yè)界領先。

            深溝槽超級結MOSFET(DT-SJ)是中流砥柱。超級結MOSFET適用于500V到900V電壓段,其電阻更小、效率更高、散熱相對低,在要求嚴苛的開關電源等產品中有大量應用。深溝槽型超級結MOSFET是華虹宏力自主開發(fā)、擁有完全知識產權的創(chuàng)“芯”技術,相關專利超過20項。其第三代深溝槽超級結工藝流程緊湊且成功開發(fā)溝槽柵的新型結構,有效降低結電阻,進一步縮小了元胞面積,技術參數達業(yè)界一流水平,可提供導通電阻更低、芯片面積更小、開關速度更快和開關損耗更低的產品解決方案。為了持續(xù)為客戶創(chuàng)造更多價值,華虹宏力的深溝槽超級結MOSFET工藝不斷升級,每次單位面積導通電阻的技術特性優(yōu)化都在25%以上。

            硅基IGBT芯片是未來。IGBT是電動汽車核“芯”中的核心,對晶圓制造的能力和經驗要求非常高,其難點和性能優(yōu)勢主要在于背面加工工藝。目前國內能加工IGBT的產線都比較少,不管是6英寸線還是8英寸線。華虹宏力是國內為數不多可用8英寸晶圓產線為客戶提供高品質代工服務的廠商之一,擁有背面薄片、背面高能離子注入、背面激光退火以及背面金屬化等一整套完整的FS IGBT的背面加工處理能力,可助力客戶產品比肩業(yè)界主流的國際IDM產品,在市場競爭中取得更大優(yōu)勢。

            SiC和GaN等寬禁帶材料自身優(yōu)勢非常明顯,未來10到15年的市場空間很大。細分來看,SiC的市場應用前景明確,而GaN瞄準的無人駕駛LiDAR等創(chuàng)新型應用仍存在變數;從技術成熟度來講,SiC二級管技術已成熟,MOS管也已小批量供貨,而GaN來說,SiC基GaN相對成熟但成本高,Si基GaN則仍不夠成熟;從性價比來講,SiC量產后有望快速拉低成本,而GaN的新型應用如不能如期上量,成本下降會比較緩慢;不過Si基GaN最大的優(yōu)勢在于可以和傳統CMOS產線兼容,而SiC則做不到這點。華虹宏力將保持對寬禁帶材料的密切關注,以期適時切入,為客戶提供更高附加值的相應服務。

            “8+12”戰(zhàn)略布局,華虹宏力創(chuàng)“芯”未來

            作為全球領先的特色工藝純晶圓代工企業(yè),華虹宏力專注于嵌入式非易失性存儲器、功率器件、模擬及電源管理和邏輯及射頻等差異化工藝平臺。經過20多年研發(fā)創(chuàng)新和持續(xù)積累,2018年華虹宏力特色工藝累計獲得中國/美國有效授權專利超過3000件,打破了中國半導體產業(yè)過分依賴技術引進的局面,大大降低特色工藝技術成本,為國內外客戶提供了更加經濟有效的造芯平臺。

            圖2:華虹宏力特色工藝平臺廣泛覆蓋各種應用

            李健介紹稱,未來華虹宏力將堅持“8+12”的戰(zhàn)略布局。在8英寸線上,華虹宏力將“廣積糧”積累底蘊,夯實特色工藝技術積淀、多年戰(zhàn)略客戶合作的情誼以及靚麗的財務業(yè)績所積攢的發(fā)展資本?;?英寸線的底蘊,華虹宏力在12英寸線上將以“高筑墻”擴寬護城河,將8英寸特色工藝優(yōu)勢逐步延伸到12英寸線上,先進技術節(jié)點進一步推進到90納米以下,比如65/55納米,提高技術壁壘,拉開與身后競爭者的差距。通過特色工藝結合先進工藝,華虹宏力將給客戶提供更充足的產能和更具優(yōu)勢的先進工藝支持,在新的國際形勢和產業(yè)大勢中,攜手再上新臺階。

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