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(shù)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(lǐng)域的工藝技術(shù),。
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(shù)，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(lǐng)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(yīng)用拉動上揚,，而能夠擔任多技術(shù)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(jié)構(gòu)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(lǐng)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(shè)施帶來新需求,，比如直流快速充電樁,。
圖片來源：嘉賓演講PPT
電動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,、車載充電機等,，都要用到功率器件。
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）。基于國內(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(yīng)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(shù),，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(wù)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(shù)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(jié)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(jié)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(wù)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(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(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700萬片。
二是超級結(jié)MOSFET工藝（DT-SJ）,，涵蓋300V到800V,，應(yīng)用于汽車動力電池電壓轉(zhuǎn)12V低電壓及直流充電樁功率模塊。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(jié)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(guān)電源里有大量的應(yīng)用,。
超級結(jié)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(jié)MOSFET工藝開始量產(chǎn),；2013年,，通過技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化pitch size,，降低結(jié)電阻,，推出第二代超級結(jié)MOSFET工藝；2015年,，進一步優(yōu)化，推出2.5代超級結(jié)MOSFET工藝,；2017年,，第三代超級結(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,，進一步優(yōu)化pitch size，可提供導通電阻更低,、芯片面積更小,、開關(guān)速度更快和開關(guān)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(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)造更多價值。
李健強調(diào),，垂直溝槽柵超級結(jié)MOSFET是華虹宏力自主開發(fā),、擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)“芯”技術(shù)。
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(yīng)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?？简灳A制造的能力和經(jīng)驗,。從器件結(jié)構(gòu)來看，IGBT芯片正面類似普通的MOSFET,，難點在于實現(xiàn)背面結(jié)構(gòu),。
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(shè)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(shù)開發(fā)已經(jīng)完成,，正在進行產(chǎn)品驗證,。
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,，主要用于主逆變器和大功率直流快充的充電樁上。
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(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則瞄準新興領(lǐng)域，如無線充電和無人駕駛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(yīng)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(shù)積累,，是業(yè)內(nèi)首個擁有深溝槽超級結(jié)(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(shè)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(shù)壁壘,，拉開與身后競爭者的差距,。
在擴充產(chǎn)能的同時，技術(shù)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(jié)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)。