華虹集團(tuán)旗下上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司（“華虹宏力”）戰(zhàn)略、市場(chǎng)與發(fā)展部李健在第八屆年度中國(guó)電子ICT媒體論壇暨2019產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì)上以《電動(dòng)汽車“芯”機(jī)遇》為題為現(xiàn)場(chǎng)嘉賓分享電動(dòng)汽車給功率半導(dǎo)體帶來(lái)的發(fā)展機(jī)遇，并重點(diǎn)介紹了華虹宏力在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的工藝技術(shù)。
李健開(kāi)場(chǎng)就表示，今天在這里和大家共同探討一下電動(dòng)汽車孕育的新機(jī)遇。當(dāng)機(jī)遇來(lái)的時(shí)候，我們必須要有核心的技術(shù)，才能夠抓住機(jī)遇，開(kāi)創(chuàng)我們的未來(lái)。
芯機(jī)遇，電動(dòng)汽車助力功率半導(dǎo)體再迎春天
李健表示，電動(dòng)汽車是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展新機(jī)遇，是半導(dǎo)體發(fā)展下一個(gè)十年的引領(lǐng)載體。他說(shuō)，從2017年開(kāi)始，智能手機(jī)已顯出疲態(tài)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)急需新的市場(chǎng)應(yīng)用拉動(dòng)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。
李健分析說(shuō)，首先汽車“電子化”是大勢(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。
其次，雖然汽車是個(gè)傳統(tǒng)的制造業(yè)，但是個(gè)能讓人熱血沸騰的制造業(yè)，因?yàn)槠嚠a(chǎn)業(yè)承載了人類的夢(mèng)想。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，自動(dòng)駕駛處理器、ADAS芯片為電動(dòng)汽車帶來(lái)冷靜的頭腦；同時(shí)，IGBT、MOSFET等功率半導(dǎo)體器件為電動(dòng)汽車帶來(lái)更強(qiáng)壯的肌肉，讓千里馬跑得更快。
汽車電動(dòng)化是全球趨勢(shì)。有數(shù)據(jù)表明，2020年，全球新能源車的銷售目標(biāo)為700萬(wàn)臺(tái)，而中國(guó)內(nèi)地為200萬(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)逆變控制器和電動(dòng)車空調(diào)壓縮機(jī)PTC加熱器等，這都需要大量的功率器件芯片。除了車輛本身“電動(dòng)化”之外，還給后裝零部件市場(chǎng)和配套用電設(shè)施帶來(lái)新需求，比如直流快速充電樁。
圖片來(lái)源：嘉賓演講PPT
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（高壓轉(zhuǎn)12V）、DC/AC主逆變器+DC/DC升壓、發(fā)電機(jī)、車載充電機(jī)等，都要用到功率器件。
李健以IGBT為例，對(duì)電動(dòng)汽車中功率器件的規(guī)模進(jìn)行了介紹，他說(shuō)一臺(tái)電動(dòng)車總共需要48顆IGBT芯片，其中前后雙電機(jī)共需要36顆，車載充電機(jī)需要4顆，電動(dòng)空調(diào)8顆。同時(shí)后裝維修零配件市場(chǎng)按1：1配套。如果2020年國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車銷量達(dá)到200萬(wàn)臺(tái)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大約需要每月10萬(wàn)片8英寸車規(guī)級(jí)IGBT晶圓產(chǎn)能（按每片晶圓容納120顆IGBT芯片折算）。基于國(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)可能需要超過(guò)每月30萬(wàn)片8英寸IGBT晶圓產(chǎn)能！
李健表示，除了電動(dòng)汽車市場(chǎng)，IGBT在其它應(yīng)用市場(chǎng)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。
芯技術(shù)，華虹宏力聚焦功率器件特色工藝
華虹宏力從2002年開(kāi)始自主創(chuàng)“芯”路，是全球第一家提供功率器件代工服務(wù)的8英寸純晶圓代工廠。2002年到2010年，陸續(xù)完成先進(jìn)的溝槽型中低壓MOSFET/SGT/TBO等功率器件技術(shù)開(kāi)發(fā)；2010年，高壓600V ~700V溝槽型、平面型MOSFET工藝進(jìn)入量產(chǎn)階段；2011年第一代深溝槽超級(jí)結(jié)工藝進(jìn)入量產(chǎn)階段，同年1200V溝槽型NPT IGBT工藝也完成研發(fā)進(jìn)入量產(chǎn)階段；2013年，第2代深溝槽超級(jí)結(jié)工藝推向市場(chǎng)，同時(shí)600V~1200V溝槽型場(chǎng)截止型IGBT（FDB工藝）也成功量產(chǎn)。
作為華虹宏力的核心業(yè)務(wù)之一，公司在功率器件方面主要聚焦在以下4個(gè)方面：
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一是溝槽型MOS/SGT，適合小于300V電壓的應(yīng)用，如汽車輔助系統(tǒng)應(yīng)用12V/24V/48V等。硅基MOSFET是功率器件工藝的基礎(chǔ)，后續(xù)工藝都是基于這個(gè)工藝平臺(tái)不斷升級(jí)、完善，華虹宏力致力于優(yōu)化pitch size，提升元胞密度，降低導(dǎo)通電阻。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。目前華虹宏力8英寸MOSFET晶圓出貨已超過(guò)700萬(wàn)片。
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。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，同時(shí)，在生產(chǎn)制造過(guò)程中可大幅縮短加工周期、降低生產(chǎn)成本。超級(jí)結(jié)MOSFET適用于500V~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(kāi)關(guān)電源里有大量的應(yīng)用。
超級(jí)結(jié)MOSFET是華虹宏力功率半導(dǎo)體工藝平臺(tái)的中流砥柱。2011年，第一代超級(jí)結(jié)MOSFET工藝開(kāi)始量產(chǎn)；2013年，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化pitch size，降低結(jié)電阻，推出第二代超級(jí)結(jié)MOSFET工藝；2015年，進(jìn)一步優(yōu)化，推出2.5代超級(jí)結(jié)MOSFET工藝；2017年，第三代超級(jí)結(jié)MOSFET工藝試生產(chǎn)。
李健表示，相比前代的平面型柵極，華虹宏力第三代超級(jí)結(jié)MOSFET在結(jié)構(gòu)上有了創(chuàng)新，采用垂直溝槽柵（Vertical trench）結(jié)構(gòu)，有效降低結(jié)電阻，進(jìn)一步優(yōu)化pitch size，可提供導(dǎo)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。
用單位面積導(dǎo)通電阻來(lái)衡量的話，華虹宏力超級(jí)結(jié)MOSFET工藝每一代新技術(shù)都優(yōu)化25%以上，持續(xù)為客戶創(chuàng)造更多價(jià)值。
李健強(qiáng)調(diào)，垂直溝槽柵超級(jí)結(jié)MOSFET是華虹宏力自主開(kāi)發(fā)、擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)“芯”技術(shù)。
三是IGBT，作為電動(dòng)汽車的核心，主要是在600V~3300V甚至6500V高壓上的應(yīng)用，如汽車主逆變、車載充電機(jī)等。
李健表示，硅基IGBT作為電動(dòng)汽車的核“芯”，非常考驗(yàn)晶圓制造的能力和經(jīng)驗(yàn)。從器件結(jié)構(gòu)來(lái)看，IGBT芯片正面類似普通的MOSFET，難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)背面結(jié)構(gòu)。
華虹宏力是國(guó)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，公司擁有背面薄片、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，使得客戶產(chǎn)品能夠比肩業(yè)界主流的國(guó)際IDM產(chǎn)品。
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)，一般正常的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，就像紙一樣，不采用特殊設(shè)備，晶圓就會(huì)翹曲而無(wú)法進(jìn)行后續(xù)加工。
華虹宏力IGBT早期以1200V LPT、1700V NPT/FS為主；目前集中在場(chǎng)截止型（FS）工藝上，以600伏和1200伏電壓段為主；3300V~6500V高壓段工藝的技術(shù)開(kāi)發(fā)已經(jīng)完成，正在進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證。
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。
李健介紹說(shuō)，寬禁帶材料（GaN/SiC）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。
李健對(duì)GaN和SiC進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比。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。不過(guò)Si基GaN最大的優(yōu)勢(shì)在于可以和傳統(tǒng)CMOS產(chǎn)線兼容，而SiC則做不到這點(diǎn)。
芯未來(lái)，施行“8+12”戰(zhàn)略布局
盡管半導(dǎo)體市場(chǎng)風(fēng)云際會(huì)，公司整體戰(zhàn)略是開(kāi)辟“超越摩爾”新路，深耕“特色+優(yōu)勢(shì)”工藝，實(shí)行“8+12”的戰(zhàn)略布局。
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8英寸的戰(zhàn)略定位是“廣積糧”，重點(diǎn)是“積”。華虹宏力有近20年的特色工藝技術(shù)積累，是業(yè)內(nèi)首個(gè)擁有深溝槽超級(jí)結(jié)(Deep Trench Super Junction，DT-SJ)及場(chǎng)截止型IGBT(Field Stop，F(xiàn)S IGBT)工藝平臺(tái)的8英寸代工廠，公司現(xiàn)已推出第三代DT-SJ工藝平臺(tái)。在IGBT方面讓客戶產(chǎn)品能夠比肩業(yè)界主流的國(guó)際IDM產(chǎn)品。
公司積累了眾多戰(zhàn)略客戶多年合作的情誼；連續(xù)32個(gè)季度盈利的赫赫成績(jī)，也為華虹宏力積累了大量的資本。
正因?yàn)橛羞@些積累，華虹宏力可以開(kāi)始布局12英寸先進(jìn)工藝。
12英寸的戰(zhàn)略定位是“高筑墻”，重點(diǎn)是“高”。華虹宏力將通過(guò)建設(shè)12英寸生產(chǎn)線，延伸8英寸特色工藝優(yōu)勢(shì)，拓寬護(hù)城河，提高技術(shù)壁壘，拉開(kāi)與身后競(jìng)爭(zhēng)者的差距。
在擴(kuò)充產(chǎn)能的同時(shí)，技術(shù)節(jié)點(diǎn)也推進(jìn)到90/55納米，以便給客戶提供更先進(jìn)的工藝支持，攜手再上新臺(tái)階。
李健總結(jié)到，只有積累了雄厚的底蘊(yùn)，才能夠在更高的舞臺(tái)上走得更穩(wěn)。