誰是功率器件下一個潛力市場?
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緊隨全球經濟運行軌跡,半導體產業保持著「震盪向上」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、網際網路、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。
新能源汽車放量 功率器件迎「第二春」
「自2017年開始,智慧型手機已顯疲態,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。
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晶片等,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片。
「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。
電動汽車中功率晶片的用途非常廣泛,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晶片。
「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晶片/枚折算)。
基於國內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、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。
站穩特色工藝腳跟 施行「8+12」戰略布局
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。
相比基礎的矽基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智慧財產權的深溝槽型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。
其次是矽基IGBT晶片,其在華虹宏力的定位是功率器件的未來。
李健認為,矽基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晶片正面類似普通的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、背面雷射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的市場應用和矽基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。
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