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在4月11日的第八屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇上，華虹集團(tuán)旗下上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司戰(zhàn)略、市場與發(fā)展部科長李健先生為我們帶來了《電動汽車“芯”機(jī)遇》這一主題演講。

縱觀全球半導(dǎo)體歷史，整個產(chǎn)業(yè)是震蕩向上的走勢。臺式電腦、互聯(lián)網(wǎng)、智能終端等明星產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得半導(dǎo)體的市場也隨之打開。在2016到2018年，整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長率是空前的，有著20%以上的增長。在這個年代，大量的新技術(shù)涌現(xiàn)：5G、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等等。而這些技術(shù)并不會獨(dú)立存在，它們需要一個實(shí)際的產(chǎn)品作為載體來展示這些技術(shù)。李健認(rèn)為能夠擔(dān)任多技術(shù)融合載體、拉動半導(dǎo)體快速上揚(yáng)重任的就是未來的智慧汽車。

電動汽車的“芯”機(jī)遇

半導(dǎo)體為智慧汽車帶來冷靜的頭腦，如自動駕駛處理器、ADAS芯片等，同時也帶來更強(qiáng)壯的肌肉，即大量的功率器件，比如MOSFET。而正是這些，構(gòu)成了電動汽車帶來的“芯”機(jī)遇。

2018年電動汽車的銷量是不斷走高的，即使上個月剛出臺了新能源汽車補(bǔ)貼退坡政策，但市場對今年的銷量依然樂觀，預(yù)計(jì)2020年，國內(nèi)新能源車的銷售目標(biāo)是200萬臺，全球是700萬臺，這是一個非常大的市場。

而在這個市場中，功率半導(dǎo)體能拿到多大的份額呢?李健講到：“有別于傳統(tǒng)車，新能源車?yán)锩嬗须姍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，這些都需要大量的功率器件芯片。電動化除了車輛本身的變化之外，還給后裝的零部件市場也帶來新的需求，同時配套用電設(shè)施，比如充電樁，也帶來大量的功率器件需求。”

電動汽車中功率芯片的用途非常廣泛，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)，還有車載充電機(jī)等。以時下很熱的IGBT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。

“如果2020年國內(nèi)電動汽車銷量將達(dá)到200萬臺，后裝維修零配件市場按1：1配套計(jì)的話，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)。國內(nèi)電動車市場占全球市場的1/3，2020年全球汽車市場可能需要30萬片/月的8英寸IGBT晶圓產(chǎn)能!除了汽車市場，IGBT在其它應(yīng)用市場中也廣受歡迎，業(yè)內(nèi)有看法認(rèn)為還需要新建十座IGBT晶圓廠。”李健表示。

功率器件新熱潮

華虹宏力早在2000年初就開始布局特色工藝技術(shù)，是全球第一家關(guān)注功率器件的8英寸純晶圓廠。面對功率器件上的機(jī)遇，華虹宏力主要聚焦以下4個方面。

一是Trench MOS/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。

二是深溝槽超級結(jié)MOSFET工藝(DT-SJ)，涵蓋300V到800V，在汽車應(yīng)用中主要是汽車動力電池電壓轉(zhuǎn)12V低電壓，以及直流充電樁功率模塊等。

三是IGBT。IGBT在電動汽車?yán)锩媸呛诵闹械暮诵?，主要是?00V到3300V甚至高達(dá)6500V的高壓上的應(yīng)用，如汽車主逆變、車載充電機(jī)等。

四是GaN/SiC新材料，這是華虹宏力一直關(guān)注的方向。未來五到十年，SiC類功率器件會成為汽車市場的主力，主要是在電動汽車的主逆變器，和大功率直流快速充電的充電樁上。

硅基MOSFET是功率器件工藝的基礎(chǔ)，深溝槽超級結(jié)MOSFET則是華虹宏力功率器件工藝的中流砥柱。溝槽型MOS/SGT適合小于300V電壓的應(yīng)用，華虹宏力致力于不斷地減少其pitch size，提升元胞密度，降低導(dǎo)通電阻，用持續(xù)領(lǐng)先的優(yōu)異品質(zhì)、穩(wěn)定的良率贏得客戶的贊譽(yù)。超級結(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產(chǎn)權(quán)的深溝槽型P柱，可大幅降低導(dǎo)通電阻，同時，在生產(chǎn)制造過程中可大幅降低生產(chǎn)成本和加工周期。深溝槽超級結(jié)MOSFET多用于500V到900V電壓段，電阻更小，效率更高，散熱相對低，在要求嚴(yán)苛的開關(guān)電源里有大量的應(yīng)用。

在華虹宏力的定位中，硅基IGBT芯片是功率器件的未來。硅基IGBT非常考驗(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)來看，IGBT背面加工需要很多特殊的工藝制程。以最簡單的薄片工藝來說，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)備會彎曲而無法進(jìn)行后續(xù)加工。

“華虹宏力是全球首家提供場截止型(FS)IGBT技術(shù)的8英寸代工廠，在IGBT背面加工能力上尤為突出，擁有IGBT全套背面加工工藝，包括背面薄片、背面離子注入、背面激光退火、背面金屬、背面光刻等，技術(shù)能力已達(dá)業(yè)界領(lǐng)先水平。” 李健表示，“國內(nèi)能加工IGBT的產(chǎn)線，不管6英寸還是8英寸，都比較少，能為IC設(shè)計(jì)公司提供代工服務(wù)的產(chǎn)線就更少了。華虹宏力是國內(nèi)為數(shù)不多可用8英寸晶圓產(chǎn)線為客戶代工的廠商之一。”

未來10到15年，寬禁帶材料的市場空間非常巨大。李健也將SiC和GaN做了比較，從市場應(yīng)用需求來講，SiC的市場應(yīng)用和硅基IGBT完全重合，應(yīng)用場景明確;GaN則瞄準(zhǔn)創(chuàng)新型領(lǐng)域，如現(xiàn)在流行的無線充電和未來無人駕駛LiDAR，應(yīng)用場景存在一定的變數(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SiC基GaN雖然相對成熟，但成本高，Si基GaN則仍不成熟。從性價比來講，SiC的比較明確，未來大量量產(chǎn)后有望快速拉低成本;而GaN則有待觀察，如果新型應(yīng)用不能如期上量，成本下降會比較緩慢。

華虹宏力“8+12”的戰(zhàn)略布局

回顧全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢圖可見，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和整個世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展脈搏相對一致。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一定的周期性。在經(jīng)歷多年快速發(fā)展后，預(yù)計(jì)2021年前后，世界經(jīng)濟(jì)會有一輪較大的衰退，應(yīng)用市場的需求也將隨之下滑。這是需求端的趨勢，那供給端呢?從對中國大陸6英寸、8英寸、12英寸現(xiàn)有產(chǎn)能和計(jì)劃增長的統(tǒng)計(jì)來看，2018年可用于功率器件的產(chǎn)能為55萬片/月(等效于8英寸，下同)，2023年將增長到120萬片/月，增長率達(dá)到驚人的118%，翻倍不止。當(dāng)需求端有比較大的下滑，供給端卻有很大幅的增長時，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)容易產(chǎn)生較大的危機(jī)。

李健介紹道，面對未來可能發(fā)生的危機(jī)，華虹宏力的整體戰(zhàn)略依然是堅(jiān)持 特色工藝“8+12”的戰(zhàn)略布局。

8英寸生產(chǎn)線的戰(zhàn)略定位是“廣積糧”，重點(diǎn)是在“積”這個字上。華虹宏力有近20年的特色工藝技術(shù)積累，現(xiàn)已形成嵌入式非易失性存儲器(eNVM)、功率器件、模擬及電源管理、邏輯/數(shù)?；旌弦约吧漕l等多個特色工藝平臺;同時近20年來積累了很多戰(zhàn)略客戶合作的情誼;連續(xù)超過32個季度盈利的赫赫成績，也為華虹宏力積累了發(fā)展的資本。正因?yàn)橛羞@些積累，華虹宏力可以開始布局12英寸生產(chǎn)線。

12英寸生產(chǎn)線的戰(zhàn)略定位是“高筑墻”，重點(diǎn)是在“高”字上。華虹宏力將進(jìn)一步夯實(shí)基礎(chǔ)，繼續(xù)延伸8英寸特色工藝的成功基因，拓寬護(hù)城河，提高技術(shù)壁壘，拉開與身后競爭者的差距。目前，華虹宏力已啟動先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的研發(fā)推進(jìn)工作，比如65/55納米，以滿足日益增長的特色工藝產(chǎn)能需求，攜手客戶再上新臺階?？偨Y(jié)來說，只有積累了雄厚的底蘊(yùn)，才能夠在更高的舞臺上走得更穩(wěn)，即使當(dāng)時會有一些危機(jī)發(fā)生。