年度晶圓出貨量首次突破200萬片,銷售收入和毛利率雙雙增長,32個季度連續盈利……這就是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”)交出的2018年亮眼成績單。受惠于全球市場對特色工藝平臺及創新性制造技術的高度認可,2018年華虹宏力的產能利用率高達99.2%,居于行業領先地位。在市場環境多變、中美貿易關系不確定性的情況下,華虹宏力為何能取得如此卓越成績?

近日,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以《電動汽車“芯”機遇》為題,闡述了汽車電動化下產業新機遇,以及華虹宏力為擁抱這波機遇所做的戰略布局。從中,你我將得以管窺華虹宏力亮眼成績背后的選擇與努力。

功率半導體:未來新技術融合的時代召喚

縱觀全球半導體歷史,整個產業保持震蕩向上走勢。李健介紹道,疊加美國總統在任時間線后可見,克林頓、小布什和奧巴馬任期中,臺式電腦、功能手機、智能手機的興盛陸續對半導體市場起到了很好的刺激作用。隨后,2016到2018年,整個半導體產業的增長率高達20%以上;時值5G、人工智能、大數據、云計算等新技術蓬勃興起之時,智能汽車成為多技術融合載體,負擔起拉動半導體快速上揚的重任。

汽車雖然是傳統的制造業,但卻是個能讓人熱血沸騰的制造業,因為汽車承載了人類跑得更快、探索遠處的夢想。在市場對節能減排和駕駛舒適性的更高要求下,新能源汽車逐步走向時代舞臺中央。有別于傳統燃油車,新能源汽車里的電機、電池、車載充電機、電機逆變器和空調壓縮機等,都需要大量的功率半導體。據Strategy Analytics測算,傳統燃油車功率半導體用量僅71美元,而新能源汽車上功率半導體用量至少翻番,純電動車(BEV)上更是大幅增長至384美元,增幅高達441%。汽車電動化除了車輛本身的變化之外,后裝的零部件和配套用電設施市場,如充電樁,同樣帶來大量的功率器件需求。隨著汽車電子化的進程推進,為汽車帶來更強壯“肌肉”、讓汽車跑得更穩健的功率半導體獲得大幅增長的同時,也帶動功率半導體晶圓制造產業進入突飛猛進的高速發展期。

以時下很熱的IGBT舉例來說,電動汽車前后雙電機各需要18顆IGBT,車載充電機需要4顆,電動空調8顆,總共一臺電動車需要48顆IGBT芯片。按照國內2020年新能源汽車目標銷量將達到200萬臺、后裝維修零配件市場按1:1配套計,粗略估算國內市場大概需要10萬片/月的8英寸車規級IGBT晶圓產能(按120顆IGBT芯片/枚折算),全球汽車市場可能需要30萬片/月!

核“芯”技術:用研發創新贏得市場贊譽

在汽車電子化大潮涌動之時,長期持續動態追蹤市場變化的華虹宏力敏銳地洞察業界動向并及時布局:華虹宏力是全球第一家關注功率器件的8英寸純晶圓廠,早在2002年已開始功率半導體的自主創“芯”路,是業內首個擁有深溝槽超級結(Deep Trench Super Junction,DT-SJ)及場截止型IGBT(Field Stop,FS IGBT)工藝平臺的8英寸代工廠。產品線上,華虹宏力的功率半導體產品全面涵蓋從200V以下低壓段、300V到800V的中高壓、以及600V到3300V甚至高達6500V的高壓段等應用,聚焦于Trench MOS/SGT、DT-SJ和IGBT等,并密切關注GaN/SiC等新型寬禁帶材料的發展。

華虹宏力:功率半導體擁抱電動汽車“芯”機遇的兩大要訣

圖1:華虹宏力功率器件領域核“芯”技術

據李健介紹,硅基MOSFET是華虹宏力功率器件工藝的基礎。通過不斷縮小間距、提升元胞密度、降低導通電阻,華虹宏力用持續領先的優異品質,以及穩定的良率贏得廣大客戶的贊譽。值得一提的是,在可靠性要求極為嚴格的汽車領域,華虹宏力MOSFET產品已配合客戶完成核心關鍵部件如汽車油泵、轉向助力系統等的應用,為業界領先。

深溝槽超級結MOSFET(DT-SJ)是中流砥柱。超級結MOSFET適用于500V到900V電壓段,其電阻更小、效率更高、散熱相對低,在要求嚴苛的開關電源等產品中有大量應用。深溝槽型超級結MOSFET是華虹宏力自主開發、擁有完全知識產權的創“芯”技術,相關專利超過20項。其第三代深溝槽超級結工藝流程緊湊且成功開發溝槽柵的新型結構,有效降低結電阻,進一步縮小了元胞面積,技術參數達業界一流水平,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品解決方案。為了持續為客戶創造更多價值,華虹宏力的深溝槽超級結MOSFET工藝不斷升級,每次單位面積導通電阻的技術特性優化都在25%以上。

硅基IGBT芯片是未來。IGBT是電動汽車核“芯”中的核心,對晶圓制造的能力和經驗要求非常高,其難點和性能優勢主要在于背面加工工藝。目前國內能加工IGBT的產線都比較少,不管是6英寸線還是8英寸線。華虹宏力是國內為數不多可用8英寸晶圓產線為客戶提供高品質代工服務的廠商之一,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,可助力客戶產品比肩業界主流的國際IDM產品,在市場競爭中取得更大優勢。

SiC和GaN等寬禁帶材料自身優勢非常明顯,未來10到15年的市場空間很大。細分來看,SiC的市場應用前景明確,而GaN瞄準的無人駕駛LiDAR等創新型應用仍存在變數;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GaN來說,SiC基GaN相對成熟但成本高,Si基GaN則仍不夠成熟;從性價比來講,SiC量產后有望快速拉低成本,而GaN的新型應用如不能如期上量,成本下降會比較緩慢;不過Si基GaN最大的優勢在于可以和傳統CMOS產線兼容,而SiC則做不到這點。華虹宏力將保持對寬禁帶材料的密切關注,以期適時切入,為客戶提供更高附加值的相應服務。

“8+12”戰略布局,華虹宏力創“芯”未來

作為全球領先的特色工藝純晶圓代工企業,華虹宏力專注于嵌入式非易失性存儲器、功率器件、模擬及電源管理和邏輯及射頻等差異化工藝平臺。經過20多年研發創新和持續積累,2018年華虹宏力特色工藝累計獲得中國/美國有效授權專利超過3000件,打破了中國半導體產業過分依賴技術引進的局面,大大降低特色工藝技術成本,為國內外客戶提供了更加經濟有效的造芯平臺。

華虹宏力:功率半導體擁抱電動汽車“芯”機遇的兩大要訣

圖2:華虹宏力特色工藝平臺廣泛覆蓋各種應用

李健介紹稱,未來華虹宏力將堅持“8+12”的戰略布局。在8英寸線上,華虹宏力將“廣積糧”積累底蘊,夯實特色工藝技術積淀、多年戰略客戶合作的情誼以及靚麗的財務業績所積攢的發展資本?;?英寸線的底蘊,華虹宏力在12英寸線上將以“高筑墻”擴寬護城河,將8英寸特色工藝優勢逐步延伸到12英寸線上,先進技術節點進一步推進到90納米以下,比如65/55納米,提高技術壁壘,拉開與身后競爭者的差距。通過特色工藝結合先進工藝,華虹宏力將給客戶提供更充足的產能和更具優勢的先進工藝支持,在新的國際形勢和產業大勢中,攜手再上新臺階。