誰是功率器件下一個潛力市場？

緊隨全球經濟運行軌跡，半導體產業保持著「震蕩向上」的發展走勢。2016-2018年，全球半導體實現了20%以上的空前增長。如今，5G、人工智慧、互聯網、大數據、雲計算等新技術大量湧現，急需新的應用市場來承載。而智能汽車，絕對是承載這些新技術的關鍵應用之一。

華虹宏力戰略、市場與發展部科長李健

4月11日，在「第八屆年度中國電子ICT媒體論壇暨2019產業和技術展望研討會」上，華虹宏力戰略、市場與發展部科長李健分享了電動汽車的歷史「芯」機遇。

「自2017年開始，智能手機已顯疲態，半導體產業急需新的市場應用拉動業績上揚，而能夠擔任多技術融合載體重任的當屬智能汽車。」李健分析稱，汽車「電子化」大勢所趨，從汽車成本結構來看，未來晶元成本有望占汽車總成本的50%以上，這將給半導體帶來巨大的市場需求。

當傳統的汽車製造業遇到當今的半導體，就像千里馬插上翅膀，會變成下一個引領浪潮的「才子」。李健表示，半導體為智慧汽車帶來冷靜的頭腦，如自動駕駛處理器、ADAS晶元等，同時也帶來更強壯的肌肉，讓千里馬跑得更快，即大量的功率器件，如MOSFET。

據了解，2020年，國內新能源車的銷售目標為200萬台（全球為700萬台）。有別於傳統汽車，新能源車配有電機、電池、車載充電機、電機逆變器和空調壓縮機等，這都需要大量的功率器件晶元。「電動化」除了車輛本身的變化之外，還給後裝零部件帶來新需求，同時配套用電設施，如充電樁，也帶來大量的功率器件需求。

電動汽車中功率晶元的用途非常廣泛，如啟停系統、DC/DC變壓器、DC/AC主逆變器+DC/DC升壓，包括發電機、車載充電機等，都要用到功率器件。李健介紹說，以時下炙手可熱的IGBT來說，電動汽車前後雙電機各需要18顆IGBT，車載充電機需要4顆，電動空調8顆，一台電動車總共需要48顆IGBT晶元。

「如果2020年國內電動汽車銷量達到200萬台，後裝維修零配件市場按1：1配套計的話，國內市場大約需要10萬片/月、8英寸車規級IGBT晶圓產能（按120顆IGBT晶元/枚折算）。基於國內電動車市場佔全球市場的1/3，2020年全球汽車市場可能需要30萬片/月、8英寸IGBT晶圓產能！除了汽車市場，IGBT在其它應用也需求旺盛，業界預估還需要新建十座IGBT晶圓廠。」 李健表示。

功率器件一直是華虹宏力的核心業務，主要聚焦在以下4個方面：

• 一是Trench MOS/SGT，即低壓段200伏以下的應用，如汽車輔助系統應用12V/24V/48V等；
• 二是超級結MOSFET工藝（DT-SJ），涵蓋300V到800V，應用於汽車動力電池電壓轉12V低電壓及直流充電樁功率模塊；
• 三是作為電動汽車核心的IGBT，主要是在600V到3300V甚至6500V高壓上的應用，如汽車主逆變、車載充電機等；
• 四是GaN/SiC新材料，未來五到十年，SiC類功率器件會成為汽車市場的主力，主要用於主逆變器和大功率直流快充的充電樁上。

首先來看MOSFET，截至2018年第4季度，華虹宏力8英寸MOSFET晶圓出貨已超過700萬片。據介紹，在對可靠性要求極為嚴格的汽車領域，華虹宏力的MOSFET產品已通過車規認證，並配合客戶完成了相對核心關鍵部件如汽車油泵、轉向助力系統等的應用。

相比基礎的硅基MOSFET，超級結MOSFET(DT-SJ)則是華虹宏力功率器件工藝的中流砥柱。超級結MOSFET最顯著特徵為P柱結構，華虹宏力採用擁有自主知識產權的深溝槽型P柱，可大幅降低導通電阻，且可大幅降低生產成本和加工周期。超級結MOSFET適用於500V到900V電壓段，它的電阻更小，效率更高，散熱相對低，所以在要求嚴苛的開關電源里有大量的應用。

其次是硅基IGBT晶元，其在華虹宏力的定位是功率器件的未來。李健認為，硅基IGBT在電動汽車裡是核「芯」中的核心，非常考驗晶圓製造的能力和經驗。目前，基本上車用IGBT是在600V到1200V電壓範圍。從器件結構來看，IGBT晶元正面類似普通的MOSFET，難點和性能優勢在於背面加工工藝。

「IGBT晶圓的背面加工需要很多特殊的工藝製程。以最簡單的薄片工藝來說，8英寸晶圓厚700多微米，減薄後需要達到60微米甚至更薄，不採用特殊設備會彎曲而無法進行後續加工。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FS IGBT背面加工處理能力，使得客戶產品能夠比肩業界主流的國際IDM產品。」 李健表示。

華虹宏力IGBT相關工藝的量產狀態為，早期以1200V LPT、1700V NPT/FS為主；目前集中在場截止型工藝上，以600伏和1200伏電壓段為主；未來方向的3300V到6500V高壓段工藝的技術開發已經完成，正與客戶在做具體的產品驗證。

除此，寬禁帶材料如GaN和SiC的發展備受業界關注。李健介紹說，寬禁帶材料優勢非常明顯，未來10到15年，寬禁帶材料的市場空間非常巨大，但目前可靠性還有待進一步觀察。

從市場應用需求來講，SiC的市場應用和硅基IGBT完全重合，應用場景明確，GaN則瞄準新興領域，如無線充電和無人駕駛LiDAR，應用場景存在一定的變數。從技術成熟度來講，SiC二級管技術已成熟，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比較明確，未來大量量產後有望快速拉低成本。而GaN的則有待觀察，如果新型應用不能如期上量，成本下降會比較緩慢。

目前，華虹宏力正通過技術研發，將特色工藝從8英寸逐步推進到12英寸，技術節點也進一步推進到90納米以下（如65/55納米），以便給客戶提供更大的產能和先進工藝支持。李健表示，公司堅持走特色工藝之路，堅持「8+12」的戰略布局。過去，華虹宏力實現了連續超過32個季度盈利的成績，華虹宏力將通過12英寸先進技術，延伸8英寸特色工藝優勢，提高技術壁壘，拉開與競爭者的差距。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！