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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”）戰(zhàn)略、市場與發(fā)展部李健在第八屆年度中國電子 ICT 媒體論壇暨 2019 產(chǎn)業(yè)和技術展望研討會上以《電動汽車“芯”機遇》為題為現(xiàn)場嘉賓分享電動汽車給功率半導體帶來的發(fā)展機遇，并重點介紹了華虹宏力在功率半導體領域的工藝技術。
李健開場就表示，今天在這里和大家共同探討一下電動汽車孕育的新機遇。當機遇來的時候，我們必須要有核心的技術，才能夠抓住機遇，開創(chuàng)我們的未來。
芯機遇，電動汽車助力功率半導體再迎春天
李健表示，電動汽車是半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展新機遇，是半導體發(fā)展下一個十年的引領載體。他說，從 2017 年開始，智能手機已顯出疲態(tài)，半導體產(chǎn)業(yè)急需新的市場應用拉動上揚，而能夠擔任多技術融合載體重任的當屬智能汽車。
李健分析說，首先汽車“電子化”是大勢所趨，從汽車成本結構來看，未來芯片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。
其次，雖然汽車是個傳統(tǒng)的制造業(yè)，但是個能讓人熱血沸騰的制造業(yè)，因為汽車產(chǎn)業(yè)承載了人類的夢想。當傳統(tǒng)的汽車制造業(yè)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，自動駕駛處理器、ADAS 芯片為電動汽車帶來冷靜的頭腦；同時，IGBT、MOSFET 等功率半導體器件為電動汽車帶來更強壯的肌肉，讓千里馬跑得更快。
汽車電動化是全球趨勢。有數(shù)據(jù)表明，2020 年，全球新能源車的銷售目標為 700 萬臺，而中國內(nèi)地為 200 萬臺。有別于傳統(tǒng)汽車，新能源車配有電機、電池、車載充電機、電機逆變控制器和電動車空調(diào)壓縮機 PTC 加熱器等，這都需要大量的功率器件芯片。除了車輛本身“電動化”之外，還給后裝零部件市場和配套用電設施帶來新需求，比如直流快速充電樁。
圖片來源：嘉賓演講 PPT
李健以 IGBT 為例，對電動汽車中功率器件的規(guī)模進行了介紹，他說一臺電動車總共需要 48 顆 IGBT 芯片，其中前后雙電機共需要 36 顆，車載充電機需要 4 顆，電動空調(diào) 8 顆。同時后裝維修零配件市場按 1：1 配套。如果 2020 年國內(nèi)電動汽車銷量達到 200 萬臺，國內(nèi)市場大約需要每月 10 萬片 8 英寸車規(guī)級 IGBT 晶圓產(chǎn)能（按每片晶圓容納 120 顆 IGBT 芯片折算）?；趪鴥?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超過每月 30 萬片 8 英寸 IGBT 晶圓產(chǎn)能！
李健表示，除了電動汽車市場，IGBT 在其它應用市場中也廣受歡迎，業(yè)內(nèi)有看法認為還需要新建十座 IGBT 晶圓廠。
芯技術，華虹宏力聚焦功率器件特色工藝
華虹宏力從 2002 年開始自主創(chuàng)“芯”路，是全球第一家提供功率器件代工服務的 8 英寸純晶圓代工廠。2002 年到 2010 年，陸續(xù)完成先進的溝槽型中低壓 MOSFET/SGT/TBO 等功率器件技術開發(fā)；2010 年，高壓 600V ~700V 溝槽型、平面型 MOSFET 工藝進入量產(chǎn)階段；2011 年第一代深溝槽超級結工藝進入量產(chǎn)階段，同年 1200V 溝槽型 NPT IGBT 工藝也完成研發(fā)進入量產(chǎn)階段；2013 年，第 2 代深溝槽超級結工藝推向市場，同時 600V~1200V 溝槽型場截止型 IGBT（FDB 工藝）也成功量產(chǎn)。
作為華虹宏力的核心業(yè)務之一，公司在功率器件方面主要聚焦在以下 4 個方面：
圖片來源：嘉賓演講 PPT
一是溝槽型 MOS/SGT，適合小于 300V 電壓的應用，如汽車輔助系統(tǒng)應用 12V/24V/48V 等。硅基 MOSFET 是功率器件工藝的基礎，后續(xù)工藝都是基于這個工藝平臺不斷升級、完善，華虹宏力致力于優(yōu)化 pitch size，提升元胞密度，降低導通電阻。華虹宏力的 MOSFET 產(chǎn)品已通過車規(guī)認證，并配合客戶完成相對核心關鍵部件如汽車油泵、轉向助力系統(tǒng)等的應用。目前華虹宏力 8 英寸 MOSFET 晶圓出貨已超過 700 萬片。
二是超級結 MOSFET 工藝（DT-SJ），涵蓋 300V 到 800V，應用于汽車動力電池電壓轉 12V 低電壓及直流充電樁功率模塊。超級結 MOSFET 最顯著特征為 P 柱結構，華虹宏力采用擁有自主知識產(chǎn)權的深溝槽型 P 柱，可大幅降低導通電阻，同時，在生產(chǎn)制造過程中可大幅縮短加工周期、降低生產(chǎn)成本。超級結 MOSFET 適用于 500V~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。
超級結 MOSFET 是華虹宏力功率半導體工藝平臺的中流砥柱。2011 年，第一代超級結 MOSFET 工藝開始量產(chǎn)；2013 年，通過技術創(chuàng)新，優(yōu)化 pitch size，降低結電阻，推出第二代超級結 MOSFET 工藝；2015 年，進一步優(yōu)化，推出 2.5 代超級結 MOSFET 工藝；2017 年，第三代超級結 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結 MOSFET 在結構上有了創(chuàng)新，采用垂直溝槽柵（Vertical trench）結構，有效降低結電阻，進一步優(yōu)化 pitch size，可提供導通電阻更低、芯片面積更小、開關速度更快和開關損耗更低的產(chǎn)品解決方案。
用單位面積導通電阻來衡量的話，華虹宏力超級結 MOSFET 工藝每一代新技術都優(yōu)化 25%以上，持續(xù)為客戶創(chuàng)造更多價值。
李健強調(diào)，垂直溝槽柵超級結 MOSFET 是華虹宏力自主開發(fā)、擁有完全知識產(chǎn)權的創(chuàng)“芯”技術。
三是 IGBT，作為電動汽車的核心，主要是在 600V~3300V 甚至 6500V 高壓上的應用，如汽車主逆變、車載充電機等。
李健表示，硅基 IGBT 作為電動汽車的核“芯”，非常考驗晶圓制造的能力和經(jīng)驗。從器件結構來看，IGBT 芯片正面類似普通的 MOSFET，難點在于實現(xiàn)背面結構。
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，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。以最簡單的薄片工藝來說，一般正常的 8 英寸晶圓厚 700 多微米，減薄后需要達到 60 微米甚至更薄，就像紙一樣，不采用特殊設備，晶圓就會翹曲而無法進行后續(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 高壓段工藝的技術開發(fā)已經(jīng)完成，正在進行產(chǎn)品驗證。
李健介紹說，寬禁帶材料（GaN/SiC）優(yōu)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。
李健對 GaN 和 SiC 進行了一個簡單的對比。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(shù)。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(chǎn)后有望快速拉低成本。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。不過 Si 基 GaN 最大的優(yōu)勢在于可以和傳統(tǒng) CMOS 產(chǎn)線兼容，而 SiC 則做不到這點。
芯未來，施行“8+12”戰(zhàn)略布局
盡管半導體市場風云際會，公司整體戰(zhàn)略是開辟“超越摩爾”新路，深耕“特色+優(yōu)勢”工藝，實行“8+12”的戰(zhàn)略布局。
圖片來源：嘉賓演講 PPT
8 英寸的戰(zhàn)略定位是“廣積糧”，重點是“積”。華虹宏力有近 20 年的特色工藝技術積累，是業(yè)內(nèi)首個擁有深溝槽超級結(Deep Trench Super Junction，DT-SJ)及場截止型 IGBT(Field Stop，F(xiàn)S IGBT)工藝平臺的 8 英寸代工廠，公司現(xiàn)已推出第三代 DT-SJ 工藝平臺。在 IGBT 方面讓客戶產(chǎn)品能夠比肩業(yè)界主流的國際 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 個季度盈利的赫赫成績，也為華虹宏力積累了大量的資本。
正因為有這些積累，華虹宏力可以開始布局 12 英寸先進工藝。
12 英寸的戰(zhàn)略定位是“高筑墻”，重點是“高”。華虹宏力將通過建設 12 英寸生產(chǎn)線，延伸 8 英寸特色工藝優(yōu)勢，拓寬護城河，提高技術壁壘，拉開與身后競爭者的差距。
在擴充產(chǎn)能的同時，技術節(jié)點也推進到 90/55 納米，以便給客戶提供更先進的工藝支持，攜手再上新臺階。
李健總結到，只有積累了雄厚的底蘊，才能夠在更高的舞臺上走得更穩(wěn)。
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