緊隨全球經(jīng)濟(jì)運(yùn)行軌跡，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)保持著“震蕩向上”的發(fā)展走勢(shì)。2016-2018年，全球半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了20%以上的空前增長(zhǎng)。如今，5G、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)大量涌現(xiàn)，急需新的應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)承載。而智能汽車，絕對(duì)是承載這些新技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用之一。

4月11日，在“第八屆年度中國(guó)電子ICT媒體論壇暨2019產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì)”上，華虹宏力戰(zhàn)略、市場(chǎng)與發(fā)展部科長(zhǎng)李健分享了電動(dòng)汽車的歷史“芯”機(jī)遇。

新能源汽車放量功率器件迎“第二春”

“自2017年開始，智能手機(jī)已顯疲態(tài)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)急需新的市場(chǎng)應(yīng)用拉動(dòng)業(yè)績(jī)上揚(yáng)，而能夠擔(dān)任多技術(shù)融合載體重任的當(dāng)屬智能汽車?！崩罱》治龇Q，汽車“電子化”大勢(shì)所趨，從汽車成本結(jié)構(gòu)來(lái)看，未來(lái)芯片成本有望占汽車總成本的50%以上，這將給半導(dǎo)體帶來(lái)巨大的市場(chǎng)需求。

當(dāng)傳統(tǒng)的汽車制造業(yè)遇到當(dāng)今的半導(dǎo)體，就像千里馬插上翅膀，會(huì)變成下一個(gè)引領(lǐng)浪潮的“才子”。李健表示，半導(dǎo)體為智慧汽車帶來(lái)冷靜的頭腦，如自動(dòng)駕駛處理器、ADAS芯片等，同時(shí)也帶來(lái)更強(qiáng)壯的肌肉，讓千里馬跑得更快，即大量的功率器件，如MOSFET。

據(jù)了解，2020年，國(guó)內(nèi)新能源車的銷售目標(biāo)為200萬(wàn)臺(tái)（全球?yàn)?00萬(wàn)臺(tái)）。有別于傳統(tǒng)汽車，新能源車配有電機(jī)、電池、車載充電機(jī)、電機(jī)逆變器和空調(diào)壓縮機(jī)等，這都需要大量的功率器件芯片?！半妱?dòng)化”除了車輛本身的變化之外，還給后裝零部件帶來(lái)新需求，同時(shí)配套用電設(shè)施，如充電樁，也帶來(lái)大量的功率器件需求。

電動(dòng)汽車中功率芯片的用途非常廣泛，如啟停系統(tǒng)、DC/DC變壓器、DC/AC主逆變器+DC/DC升壓，包括發(fā)電機(jī)、車載充電機(jī)等，都要用到功率器件。李健介紹說(shuō)，以時(shí)下炙手可熱的IGBT來(lái)說(shuō)，電動(dòng)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(dòng)空調(diào)8顆，一臺(tái)電動(dòng)車總共需要48顆IGBT芯片。

“如果2020年國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車銷量達(dá)到200萬(wàn)臺(tái)，后裝維修零配件市場(chǎng)按1：1配套計(jì)的話，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大約需要10萬(wàn)片/月、8英寸車規(guī)級(jí)IGBT晶圓產(chǎn)能（按120顆IGBT芯片/枚折算）?；趪?guó)內(nèi)電動(dòng)車市場(chǎng)占全球市場(chǎng)的1/3，2020年全球汽車市場(chǎng)可能需要30萬(wàn)片/月、8英寸IGBT晶圓產(chǎn)能！除了汽車市場(chǎng)，IGBT在其它應(yīng)用也需求旺盛，業(yè)界預(yù)估還需要新建十座IGBT晶圓廠。”李健表示。

站穩(wěn)特色工藝腳跟施行“8+12”戰(zhàn)略布局

功率器件一直是華虹宏力的核心業(yè)務(wù)，主要聚焦在以下4個(gè)方面：

一是TrenchMOS/SGT，即低壓段200伏以下的應(yīng)用，如汽車輔助系統(tǒng)應(yīng)用12V/24V/48V等；

二是超級(jí)結(jié)MOSFET工藝（DT-SJ），涵蓋300V到800V，應(yīng)用于汽車動(dòng)力電池電壓轉(zhuǎn)12V低電壓及直流充電樁功率模塊；

三是作為電動(dòng)汽車核心的IGBT，主要是在600V到3300V甚至6500V高壓上的應(yīng)用，如汽車主逆變、車載充電機(jī)等；

四是GaN/SiC新材料，未來(lái)五到十年，SiC類功率器件會(huì)成為汽車市場(chǎng)的主力，主要用于主逆變器和大功率直流快充的充電樁上。

首先來(lái)看MOSFET，截至2018年第4季度，華虹宏力8英寸MOSFET晶圓出貨已超過(guò)700萬(wàn)片。據(jù)介紹，在對(duì)可靠性要求極為嚴(yán)格的汽車領(lǐng)域，華虹宏力的MOSFET產(chǎn)品已通過(guò)車規(guī)認(rèn)證，并配合客戶完成了相對(duì)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。

相比基礎(chǔ)的硅基MOSFET，超級(jí)結(jié)MOSFET(DT-SJ)則是華虹宏力功率器件工藝的中流砥柱。超級(jí)結(jié)MOSFET最顯著特征為P柱結(jié)構(gòu)，華虹宏力采用擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的深溝槽型P柱，可大幅降低導(dǎo)通電阻，且可大幅降低生產(chǎn)成本和加工周期。超級(jí)結(jié)MOSFET適用于500V到900V電壓段，它的電阻更小，效率更高，散熱相對(duì)低，所以在要求嚴(yán)苛的開關(guān)電源里有大量的應(yīng)用。

其次是硅基IGBT芯片，其在華虹宏力的定位是功率器件的未來(lái)。李健認(rèn)為，硅基IGBT在電動(dòng)汽車?yán)锸呛恕靶尽敝械暮诵?，非?？简?yàn)晶圓制造的能力和經(jīng)驗(yàn)。目前，基本上車用IGBT是在600V到1200V電壓范圍。從器件結(jié)構(gòu)來(lái)看，IGBT芯片正面類似普通的MOSFET，難點(diǎn)和性能優(yōu)勢(shì)在于背面加工工藝。

“IGBT晶圓的背面加工需要很多特殊的工藝制程。以最簡(jiǎn)單的薄片工藝來(lái)說(shuō)，8英寸晶圓厚700多微米，減薄后需要達(dá)到60微米甚至更薄，不采用特殊設(shè)備會(huì)彎曲而無(wú)法進(jìn)行后續(xù)加工。華虹宏力擁有背面薄片、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FSIGBT背面加工處理能力，使得客戶產(chǎn)品能夠比肩業(yè)界主流的國(guó)際IDM產(chǎn)品。”李健表示。

華虹宏力IGBT相關(guān)工藝的量產(chǎn)狀態(tài)為，早期以1200VLPT、1700VNPT/FS為主；目前集中在場(chǎng)截止型工藝上，以600伏和1200伏電壓段為主；未來(lái)方向的3300V到6500V高壓段工藝的技術(shù)開發(fā)已經(jīng)完成，正與客戶在做具體的產(chǎn)品驗(yàn)證。

除此，寬禁帶材料如GaN和SiC的發(fā)展備受業(yè)界關(guān)注。李健介紹說(shuō)，寬禁帶材料優(yōu)勢(shì)非常明顯，未來(lái)10到15年，寬禁帶材料的市場(chǎng)空間非常巨大，但目前可靠性還有待進(jìn)一步觀察。

從市場(chǎng)應(yīng)用需求來(lái)講，SiC的市場(chǎng)應(yīng)用和硅基IGBT完全重合，應(yīng)用場(chǎng)景明確，GaN則瞄準(zhǔn)新興領(lǐng)域，如無(wú)線充電和無(wú)人駕駛LiDAR，應(yīng)用場(chǎng)景存在一定的變數(shù)。從技術(shù)成熟度來(lái)講，SiC二級(jí)管技術(shù)已成熟，MOS管也已小批量供貨。而SiC基GaN雖然相對(duì)成熟，但成本高，Si基GaN則仍不成熟。從性價(jià)比來(lái)講，SiC比較明確，未來(lái)大量量產(chǎn)后有望快速拉低成本。而GaN的則有待觀察，如果新型應(yīng)用不能如期上量，成本下降會(huì)比較緩慢。

目前，華虹宏力正通過(guò)技術(shù)研發(fā)，將特色工藝從8英寸逐步推進(jìn)到12英寸，技術(shù)節(jié)點(diǎn)也進(jìn)一步推進(jìn)到90納米以下（如65/55納米），以便給客戶提供更大的產(chǎn)能和先進(jìn)工藝支持。李健表示，公司堅(jiān)持走特色工藝之路，堅(jiān)持“8+12”的戰(zhàn)略布局。過(guò)去，華虹宏力實(shí)現(xiàn)了連續(xù)超過(guò)32個(gè)季度盈利的成績(jī)，華虹宏力將通過(guò)12英寸先進(jìn)技術(shù)，延伸8英寸特色工藝優(yōu)勢(shì)，提高技術(shù)壁壘，拉開與競(jìng)爭(zhēng)者的差距。