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

時(shí)間:2019-12-21

年度晶圓出貨量首次突破200萬(wàn)片,銷(xiāo)售收入和毛利率雙雙增長(cháng),32個(gè)季度連續盈利……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(jì)單。受惠于全球市場(chǎng)對特色工藝平臺及創(chuàng )新性制造技術(shù)的高度認可,2018年華虹宏力的產(chǎn)能利用率高達99.2%,居于行業(yè)領(lǐng)先地位。在市場(chǎng)環(huán)境多變、中美貿易關(guān)系不確定性的情況下,華虹宏力為何能取得如此卓越成績(jì)?


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(huì )上,華虹宏力戰略、市場(chǎng)與發(fā)展部科長(cháng)李健以《電動(dòng)汽車(chē)“芯”機遇》為題,闡述了汽車(chē)電動(dòng)化下產(chǎn)業(yè)新機遇,以及華虹宏力為擁抱這波機遇所做的戰略布局。從中,你我將得以管窺華虹宏力亮眼成績(jì)背后的選擇與努力。

功率半導體:未來(lái)新技術(shù)融合的時(shí)代召喚

縱觀(guān)全球半導體歷史,整個(gè)產(chǎn)業(yè)保持震蕩向上走勢。李健介紹道,疊加美國總統在任時(shí)間線(xiàn)后可見(jiàn),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對半導體市場(chǎng)起到了很好的刺激作用。隨后,2016到2018年,整個(gè)半導體產(chǎn)業(yè)的增長(cháng)率高達20%以上;時(shí)值5G、人工智能、大數據、云計算等新技術(shù)蓬勃興起之時(shí),智能汽車(chē)成為多技術(shù)融合載體,負擔起拉動(dòng)半導體快速上揚的重任。

汽車(chē)雖然是傳統的制造業(yè),但卻是個(gè)能讓人熱血沸騰的制造業(yè),因為汽車(chē)承載了人類(lèi)跑得更快、探索遠處的夢(mèng)想。在市場(chǎng)對節能減排和駕駛舒適性的更高要求下,新能源汽車(chē)逐步走向時(shí)代舞臺中央。有別于傳統燃油車(chē),新能源汽車(chē)里的電機、電池、車(chē)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(chē)功率半導體用量?jì)H71美元,而新能源汽車(chē)上功率半導體用量至少翻番,純電動(dòng)車(chē)(BEV)上更是大幅增長(cháng)至384美元,增幅高達441%。汽車(chē)電動(dòng)化除了車(chē)輛本身的變化之外,后裝的零部件和配套用電設施市場(chǎng),如充電樁,同樣帶來(lái)大量的功率器件需求。隨著(zhù)汽車(chē)電子化的進(jìn)程推進(jìn),為汽車(chē)帶來(lái)更強壯“肌肉”、讓汽車(chē)跑得更穩健的功率半導體獲得大幅增長(cháng)的同時(shí),也帶動(dòng)功率半導體晶圓制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)入突飛猛進(jìn)的高速發(fā)展期。

以時(shí)下很熱的IGBT舉例來(lái)說(shuō),電動(dòng)汽車(chē)前后雙電機各需要18顆IGBT,車(chē)載充電機需要4顆,電動(dòng)空調8顆,總共一臺電動(dòng)車(chē)需要48顆IGBT芯片。按照國內2020年新能源汽車(chē)目標銷(xiāo)量將達到200萬(wàn)臺、后裝維修零配件市場(chǎng)按1:1配套計,粗略估算國內市場(chǎng)大概需要10萬(wàn)片/月的8英寸車(chē)規級IGBT晶圓產(chǎn)能(按120顆IGBT芯片/枚折算),全球汽車(chē)市場(chǎng)可能需要30萬(wàn)片/月!

核“芯”技術(shù):用研發(fā)創(chuàng )新贏(yíng)得市場(chǎng)贊譽(yù)

在汽車(chē)電子化大潮涌動(dòng)之時(shí),長(cháng)期持續動(dòng)態(tài)追蹤市場(chǎng)變化的華虹宏力敏銳地洞察業(yè)界動(dòng)向并及時(shí)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(chǎng),早在2002年已開(kāi)始功率半導體的自主創(chuàng )“芯”路,是業(yè)內首個(gè)擁有深溝槽超級結(Deep Trench Super Junction,DT-SJ)及場(chǎng)截止型IGBT(Field Stop,FS IGBT)工藝平臺的8英寸代工廠(chǎng)。產(chǎn)品線(xiàn)上,華虹宏力的功率半導體產(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6500V的高壓段等應用,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)

據李健介紹,硅基MOSFET是華虹宏力功率器件工藝的基礎。通過(guò)不斷縮小間距、提升元胞密度、降低導通電阻,華虹宏力用持續領(lǐng)先的優(yōu)異品質(zhì),以及穩定的良率贏(yíng)得廣大客戶(hù)的贊譽(yù)。值得一提的是,在可靠性要求極為嚴格的汽車(chē)領(lǐng)域,華虹宏力MOSFET產(chǎn)品已配合客戶(hù)完成核心關(guān)鍵部件如汽車(chē)油泵、轉向助力系統等的應用,為業(yè)界領(lǐng)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(kāi)關(guān)電源等產(chǎn)品中有大量應用。深溝槽型超級結MOSFET是華虹宏力自主開(kāi)發(fā)、擁有完全知識產(chǎn)權的創(chuàng )“芯”技術(shù),相關(guān)專(zhuān)利超過(guò)20項。其第三代深溝槽超級結工藝流程緊湊且成功開(kāi)發(fā)溝槽柵的新型結構,有效降低結電阻,進(jìn)一步縮小了元胞面積,技術(shù)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(kāi)關(guān)速度更快和開(kāi)關(guān)損耗更低的產(chǎn)品解決方案。為了持續為客戶(hù)創(chuàng )造更多價(jià)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(shù)特性?xún)?yōu)化都在25%以上。

硅基IGBT芯片是未來(lái)。IGBT是電動(dòng)汽車(chē)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(diǎn)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(chǎn)線(xiàn)都比較少,不管是6英寸線(xiàn)還是8英寸線(xiàn)。華虹宏力是國內為數不多可用8英寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)為客戶(hù)提供高品質(zhì)代工服務(wù)的廠(chǎng)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(hù)產(chǎn)品比肩業(yè)界主流的國際IDM產(chǎn)品,在市場(chǎng)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(lái)10到15年的市場(chǎng)空間很大。細分來(lái)看,SiC的市場(chǎng)應用前景明確,而GaN瞄準的無(wú)人駕駛LiDAR等創(chuàng )新型應用仍存在變數;從技術(shù)成熟度來(lái)講,SiC二級管技術(shù)已成熟,MOS管也已小批量供貨,而GaN來(lái)說(shuō),SiC基GaN相對成熟但成本高,Si基GaN則仍不夠成熟;從性?xún)r(jià)比來(lái)講,SiC量產(chǎn)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(huì )比較緩慢;不過(guò)Si基GaN最大的優(yōu)勢在于可以和傳統CMOS產(chǎn)線(xiàn)兼容,而SiC則做不到這點(diǎn)。華虹宏力將保持對寬禁帶材料的密切關(guān)注,以期適時(shí)切入,為客戶(hù)提供更高附加值的相應服務(wù)。

“8+12”戰略布局,華虹宏力創(chuàng )“芯”未來(lái)

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(zhuān)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(guò)20多年研發(fā)創(chuàng )新和持續積累,2018年華虹宏力特色工藝累計獲得中國/美國有效授權專(zhuān)利超過(guò)3000件,打破了中國半導體產(chǎn)業(yè)過(guò)分依賴(lài)技術(shù)引進(jìn)的局面,大大降低特色工藝技術(shù)成本,為國內外客戶(hù)提供了更加經(jīng)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(chēng),未來(lái)華虹宏力將堅持“8+12”的戰略布局。在8英寸線(xiàn)上,華虹宏力將“廣積糧”積累底蘊,夯實(shí)特色工藝技術(shù)積淀、多年戰略客戶(hù)合作的情誼以及靚麗的財務(wù)業(yè)績(jì)所積攢的發(fā)展資本?;?英寸線(xiàn)的底蘊,華虹宏力在12英寸線(xiàn)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(xiàn)上,先進(jìn)技術(shù)節點(diǎn)進(jìn)一步推進(jìn)到90納米以下,比如65/55納米,提高技術(shù)壁壘,拉開(kāi)與身后競爭者的差距。通過(guò)特色工藝結合先進(jìn)工藝,華虹宏力將給客戶(hù)提供更充足的產(chǎn)能和更具優(yōu)勢的先進(jìn)工藝支持,在新的國際形勢和產(chǎn)業(yè)大勢中,攜手再上新臺階。

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