半導(dǎo)體成就電動汽車“芯”

上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司于2018年度中美貿(mào)易關(guān)系混亂的市場環(huán)境中仍獲取了優(yōu)異成績，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先地位，其產(chǎn)能利用率更是高達(dá)99.2%。

近日，在第八屆年度中國電子ICT媒體論壇暨2019產(chǎn)業(yè)和技術(shù)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(jī)遇》為題，闡述了汽車電動化下產(chǎn)業(yè)新機(jī)遇，以及華虹宏力為擁抱這波機(jī)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(dǎo)體：未來新技術(shù)融合的時代召喚

縱觀全球半導(dǎo)體歷史，整個產(chǎn)業(yè)保持震蕩向上走勢。李健介紹道，疊加美國總統(tǒng)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(jī)、智能手機(jī)的興盛陸續(xù)對半導(dǎo)體市場起到了很好的刺激作用。隨后，2016到2018年，整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長率高達(dá)20%以上;時值5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)蓬勃興起之時，智能汽車成為多技術(shù)融合載體，負(fù)擔(dān)起拉動半導(dǎo)體快速上揚的重任。

汽車雖然是傳統(tǒng)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(yuǎn)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(tǒng)燃油車，新能源汽車?yán)锏碾姍C(jī)、電池、車載充電機(jī)、電機(jī)逆變器和空調(diào)壓縮機(jī)等，都需要大量的功率半導(dǎo)體。據(jù)Strategy Analytics測算，傳統(tǒng)燃油車功率半導(dǎo)體用量僅71美元，而新能源汽車上功率半導(dǎo)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(dá)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(shè)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(jìn)程推進(jìn)，為汽車帶來更強(qiáng)壯“肌肉”、讓汽車跑得更穩(wěn)健的功率半導(dǎo)體獲得大幅增長的同時，也帶動功率半導(dǎo)體晶圓制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)入突飛猛進(jìn)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(jī)各需要18顆IGBT，車載充電機(jī)需要4顆，電動空調(diào)8顆，總共一臺電動車需要48顆IGBT芯片。按照國內(nèi)2020年新能源汽車目標(biāo)銷量將達(dá)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(nèi)市場大概需要10萬片/月的8英寸車規(guī)級IGBT晶圓產(chǎn)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(shù)：用研發(fā)創(chuàng)新贏得市場贊譽(yù)

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(guān)注功率器件的8英寸純晶圓廠，早在2002年已開始功率半導(dǎo)體的自主創(chuàng)“芯”路，是業(yè)內(nèi)首個擁有深溝槽超級結(jié)(Deep Trench Super Junction，DT-SJ)及場截止型IGBT(Field Stop，F(xiàn)S IGBT)工藝平臺的8英寸代工廠。產(chǎn)品線上，華虹宏力的功率半導(dǎo)體產(chǎn)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(dá)6500V的高壓段等應(yīng)用，聚焦于Trench MOS/SGT、DT-SJ和IGBT等，并密切關(guān)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(lǐng)域核“芯”技術(shù)

據(jù)李健介紹，硅基MOSFET是華虹宏力功率器件工藝的基礎(chǔ)。通過不斷縮小間距、提升元胞密度、降低導(dǎo)通電阻，華虹宏力用持續(xù)領(lǐng)先的優(yōu)異品質(zhì)，以及穩(wěn)定的良率贏得廣大客戶的贊譽(yù)。值得一提的是，在可靠性要求極為嚴(yán)格的汽車領(lǐng)域，華虹宏力MOSFET產(chǎn)品已配合客戶完成核心關(guān)鍵部件如汽車油泵、轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)等的應(yīng)用，為業(yè)界領(lǐng)先。

深溝槽超級結(jié)MOSFET(DT-SJ)是中流砥柱。超級結(jié)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(yán)苛的開關(guān)電源等產(chǎn)品中有大量應(yīng)用。深溝槽型超級結(jié)MOSFET是華虹宏力自主開發(fā)、擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)“芯”技術(shù)，相關(guān)專利超過20項。其第三代深溝槽超級結(jié)工藝流程緊湊且成功開發(fā)溝槽柵的新型結(jié)構(gòu)，有效降低結(jié)電阻，進(jìn)一步縮小了元胞面積，技術(shù)參數(shù)達(dá)業(yè)界一流水平，可提供導(dǎo)通電阻更低、芯片面積更小、開關(guān)速度更快和開關(guān)損耗更低的產(chǎn)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(jié)MOSFET工藝不斷升級，每次單位面積導(dǎo)通電阻的技術(shù)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(jīng)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(nèi)能加工IGBT的產(chǎn)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(nèi)為數(shù)不多可用8英寸晶圓產(chǎn)線為客戶提供高品質(zhì)代工服務(wù)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(chǎn)品比肩業(yè)界主流的國際IDM產(chǎn)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(xì)分來看，SiC的市場應(yīng)用前景明確，而GaN瞄準(zhǔn)的無人駕駛LiDAR等創(chuàng)新型應(yīng)用仍存在變數(shù);從技術(shù)成熟度來講，SiC二級管技術(shù)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(chǎn)后有望快速拉低成本，而GaN的新型應(yīng)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(tǒng)CMOS產(chǎn)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(guān)注，以期適時切入，為客戶提供更高附加值的相應(yīng)服務(wù)。

“8+12”戰(zhàn)略布局，華虹宏力創(chuàng)“芯”未來

作為全球領(lǐng)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(jīng)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?yán)塾嫬@得中國/美國有效授權(quán)專利超過3000件，打破了中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)過分依賴技術(shù)引進(jìn)的局面，大大降低特色工藝技術(shù)成本，為國內(nèi)外客戶提供了更加經(jīng)濟(jì)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(yīng)用

內(nèi)部人員表明， 華虹宏力在未來降仍然基于“8+12”戰(zhàn)略布局獲取發(fā)展，進(jìn)一步發(fā)展自身技術(shù)以拉開與身后競爭者的差距，希望在國內(nèi)以及國外謀取新的發(fā)展，踏上新臺階。