據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)觀察3月21日?qǐng)?bào)道，近日，據(jù)知情人士透露，華為正在為公司的功率器件研發(fā)大肆招兵買馬，其中包括IGBT、MOSFET、SiC、GaN等主流的功率器件，據(jù)說(shuō)隊(duì)伍目前已有數(shù)百人。

功率器件是半導(dǎo)體重要一環(huán)。尤其是隨著功率半導(dǎo)體器件逐漸往高壓、高頻方向發(fā)展，國(guó)際大廠已經(jīng)將產(chǎn)業(yè)未來(lái)聚焦到了第三代化合物半導(dǎo)體身上。可以說(shuō)第三代半導(dǎo)體就是未來(lái)功率器件的發(fā)展方向。

華為最早傳出要做的功率器件是IGBT。IGBT俗稱電力電子裝置的“CPU”，而IGBT是華為UPS電源的核心部件，華為UPS電源在全球數(shù)據(jù)中心占據(jù)第一的市場(chǎng)份額。

據(jù)了解，華為也在研發(fā)SiC。這兩年車廠陸續(xù)開(kāi)始導(dǎo)入SiC器件。華為不造車，致力于成為面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的增量部件供應(yīng)商。研發(fā)IGBT和SiC也是華為做好汽車部件供應(yīng)商的方向。

在投資領(lǐng)域，華為哈勃去年投資了我國(guó)第三代半導(dǎo)體材料碳化硅龍頭企業(yè)山東天岳，持股10%。2020年7月，華為還投資了東微半導(dǎo)體。在GaN領(lǐng)域，熟悉華為的供應(yīng)鏈人士指出，華為在GaN領(lǐng)域已經(jīng)布局頗深。

NO.1

什么是功率半導(dǎo)體呢？

與手機(jī)、電腦上使用的數(shù)字集成電路不同，功率半導(dǎo)體并不是一個(gè)大眾熟知的概念。數(shù)字集成電路主要處理的是信息，而不能直接使用220V的交流電，這時(shí)候就需要功率半導(dǎo)體來(lái)對(duì)電能進(jìn)行處理，使其適合傳感器、攝像頭等具體的終端器件使用。 具體到分類上，功率半導(dǎo)體是個(gè)寬泛的概念，主要作用是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換，包括二極管、晶閘管、功率MOSFET、IGBT等。

這些功率器件與電容、電阻、電感、互感線圈等一起組成了各類電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，用以對(duì)電路中電壓、電流、頻率進(jìn)行管理。 不同的功率器件，都有自己的高效區(qū)間。場(chǎng)景、成本、效率共同決定了該使用什么樣的功率器件。

資料來(lái)源：Yole，中銀證券 其中，在電動(dòng)汽車中，IGBT模塊是電控的重要組成部分。 什么是IGBT呢？IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor 的縮寫，即絕緣柵雙極型晶體管。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，IGBT可以理解為“非通即斷”的開(kāi)關(guān)，它可以將直流電壓逆變成頻率可調(diào)的交流電，主要用于變頻逆變和其他逆變電路，被稱為是電力電子裝置的“CPU”。 在新能源汽車中，IGBT 模塊占是除電池之外成本第二高的元件，目前我國(guó)車用IGBT產(chǎn)品大部分都是依賴國(guó)外進(jìn)口，也就是說(shuō)百億級(jí)IGBT市場(chǎng)基本由英飛凌、三菱、西門子等國(guó)外巨頭把控，其中單是英飛凌就占了近6成的市場(chǎng)份額。 但在經(jīng)過(guò)貿(mào)易戰(zhàn)的洗禮后，越來(lái)越多的下游廠商主動(dòng)開(kāi)始嘗試接受國(guó)產(chǎn)IGBT，這就給了國(guó)產(chǎn)IGBT更多的試錯(cuò)機(jī)會(huì)，從而促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)IGBT的技術(shù)迭代，讓國(guó)產(chǎn)IGBT進(jìn)入了一個(gè)良性的迭代循環(huán)的過(guò)程。IGBT的國(guó)產(chǎn)替代已經(jīng)進(jìn)入了高速增長(zhǎng)期，越來(lái)越多的中小型客戶已經(jīng)完成了高比例的國(guó)產(chǎn)化。

NO.2

為什么是功率半導(dǎo)體領(lǐng)域會(huì)率先產(chǎn)生突破呢？

與快速發(fā)展的處理器、存儲(chǔ)器等芯片不同，功率半導(dǎo)體是個(gè)緩慢且封閉的行業(yè)。雖然同屬于硅基芯片行業(yè)，摩爾定律在這里卻是失靈的。 集成電路強(qiáng)調(diào)的是控制，集成電路是個(gè)表面器件，制造時(shí)需在硅片的表面很薄的一層，大概幾微米的厚度上，像搭建一個(gè)城市一樣，進(jìn)行復(fù)雜的線路設(shè)計(jì)。這種對(duì)制程先進(jìn)性要求較高，不斷在追求納米級(jí)的極致線寬。 數(shù)字芯片主要為CMOS工藝，沿著摩爾定律發(fā)展，追逐高端制程，產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)的是運(yùn)算速度與成本比。 而功率器件，電流從正面（或背面）進(jìn)去，從背面（或正面）出來(lái)，電流是穿透芯片的。IGBT等功率器件，本質(zhì)上是個(gè)開(kāi)關(guān)，一般只需畫三條線，對(duì)線寬沒(méi)這么大的要求，再加上需要處理高電壓、大電流，微米級(jí)（注：1微米=1000納米）的線寬即可。 功率器件追求的是低損耗、高可靠性。背面工藝和減薄工藝對(duì)IGBT尤為重要，例如英飛凌目前已經(jīng)將IGBT的厚度減薄到40微米。而襯底背面工藝中的減薄極易使硅片破碎、翹曲，所以對(duì)加工工藝要求很高。 在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上，兩者也有較大差異。在集成電路領(lǐng)域，晶圓代工（Foundry）模式，已經(jīng)成了摩爾定律的核心推動(dòng)力。軍備競(jìng)賽、先進(jìn)設(shè)備的發(fā)展使得晶圓加工的投資規(guī)模持續(xù)增大。 對(duì)先進(jìn)制程的追求，也誕生了臺(tái)積電這種巨無(wú)霸，一方面順應(yīng)趨勢(shì)，延續(xù)了摩爾定律；另一方面，通過(guò)分工，提高了行業(yè)的發(fā)展效率。 在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，全球功率半導(dǎo)體主要廠商大部分采用IDM模式進(jìn)行功率器件的生產(chǎn)，即芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試全流程均自主生產(chǎn)。這與集成電路的廠商主要掌握芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，將晶圓交由臺(tái)積電等代工廠生產(chǎn)有很大不同。 英飛凌靠著領(lǐng)先的減薄技術(shù)，從第三代產(chǎn)品開(kāi)始，一直占據(jù)IGBT行業(yè)的鰲頭。

IGBT從80年代出現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)發(fā)展到了第7代產(chǎn)品。其更新?lián)Q代主要圍繞著一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝展開(kāi)。不同代際之間的產(chǎn)品雖有性能上的差別，卻不像集成電路有非常明顯的區(qū)隔。目前，IGBT第四代產(chǎn)品目前仍是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。 出于對(duì)可靠性的追求，經(jīng)過(guò)時(shí)間積累的工藝know-how，是英飛凌、安森美、瑞薩、東芝等歐美日廠商的最大屏障。 在這樣一個(gè)相對(duì)緩慢的行業(yè)，中國(guó)的功率器件廠商們，如果在終端擁有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，也就是搞定客戶資源，是非常有希望追上國(guó)際巨頭們的。

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IGBT和SiC，雙管齊下

關(guān)于IGBT和SiC，業(yè)界一直有個(gè)隱憂，隨著IGBT漸逼硅材料的性能極限，第三代半導(dǎo)體材料 SiC 被看作是IGBT在未來(lái)電動(dòng)車的新挑戰(zhàn)者。但據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析到，“SiC就像一個(gè)聰明而又個(gè)性極強(qiáng)的少年，優(yōu)點(diǎn)突出，缺點(diǎn)同樣突出。IGBT更像一個(gè)持重而成熟的青年，可以扛起功率器件的重?fù)?dān)。”所以鑒于兩者的分工不同，華為在IGBT和SiC上雙管齊下也是明智的選擇。 華為最早傳出要做的功率器件是IGBT。IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷追Q電力電子裝置的“CPU”，而華為作為UPS電源的龍頭企業(yè)，在全球數(shù)據(jù)中心占據(jù)第一的市場(chǎng)份額，所以IGBT是華為UPS電源的核心部件。 除了IGBT之外，據(jù)了解，華為也在研發(fā)SiC。這兩年，由于SiC獨(dú)有的優(yōu)良特性，車廠陸續(xù)開(kāi)始導(dǎo)入SiC器件。而關(guān)于華為在汽車上的布局早已路人皆知，華為不造車，聚焦ICT技術(shù)，幫助車企造好車。華為致力于成為面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的增量部件供應(yīng)商。研發(fā)IGBT和SiC也是華為做好汽車部件供應(yīng)商的一個(gè)方向。

為了發(fā)展功率半導(dǎo)體，2020年7月，華為還投資了東微半導(dǎo)體，主要有高壓GreenMOS系列、中低壓SGTMOS系列、IGBT系列三大系列產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于快速充電器、充電樁應(yīng)用、開(kāi)關(guān)電源、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、光伏逆變器。

2020年8月，華為旗下的哈勃科技投資有限公司投資了山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司，持股 10%，而山東天岳是我國(guó)第三代半導(dǎo)體材料碳化硅龍頭企業(yè)。

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華為布局GaN

氮化鎵（GaN）被稱為第三代半導(dǎo)體材料。相比硅，它的性能成倍提升，而且比硅更適合做大功率器件、體積更小、功率密度更大。氮化鎵芯片頻率遠(yuǎn)高于硅，有效降低內(nèi)部變壓器等原件體積，同時(shí)優(yōu)秀的散熱性能也使內(nèi)部原件排布可以更加精密，最終完美解決了充電速率和便攜性的矛盾。 GaN功率器件主要銷售給電子市場(chǎng)，對(duì)于消費(fèi)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，比較典型的就是快充，快充頭產(chǎn)品中主要包括兩塊核心部件，一是電源管理IC芯片，另一塊是功率分立器件。快充的要求是功率密度和效率。所以企業(yè)就必須以這種外形尺寸真正壓縮系統(tǒng)并降低每功率價(jià)格。 2020年4月8日，在華為2020春季新品發(fā)布上，華為發(fā)布了一款充電器單品——65W GaN（氮化鎵）雙口充電器。當(dāng)時(shí)就有傳言說(shuō)是華為自研，但實(shí)際情況還有待考究。不過(guò)熟悉華為的供應(yīng)鏈相關(guān)人士指出，華為在GaN領(lǐng)域已經(jīng)布局頗深。 除了消費(fèi)電子領(lǐng)域的快充，基于GaN的分立器件，也更適合于高功率應(yīng)用，例如數(shù)據(jù)中心或基站電源。2020年6月，華為宣布將在英國(guó)建立光電子研發(fā)與制造基地。一期項(xiàng)目將聚焦光器件和光模塊的研發(fā)、制造。通過(guò)集研發(fā)制造功能一體，以加速產(chǎn)品研發(fā)和商業(yè)化進(jìn)程，更高效地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。光電子技術(shù)是光纖通信系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，華為在英國(guó)的這項(xiàng)重大投資旨在推動(dòng)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于全球數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。 說(shuō)到光電子領(lǐng)域，GaN低功耗、高發(fā)光效率為LED及紫外激光器助力。基于GaN半導(dǎo)體的深紫外發(fā)光二極管（LED）是紫外消毒光源的主流發(fā)展方向，其光源體積小、效率高、壽命長(zhǎng)，僅僅是拇指蓋大小的芯片模組，就可以發(fā)出比汞燈還要強(qiáng)的紫外光。 在射頻GaN領(lǐng)域，早在幾年前，華為就已經(jīng)在其4G LTE基站中采用了氮化鎵功率放大器。然后，隨著5G的到來(lái)，GaN具有越來(lái)越大的潛力，因?yàn)樵诟哳l下，與LDMOS相比，GaN的功率密度仍然非常出色，并且功率附加效率也隨之提高。 在汽車領(lǐng)域，隨著汽車采用的元器件越來(lái)越多，GaN的作用也越來(lái)越凸顯。2020年8月11日，在第十二屆汽車藍(lán)皮書論壇上，華為智能汽車解決方案BU總裁王軍透露，華為目前正在研發(fā)激光雷達(dá)技術(shù)。而GaN晶體管的進(jìn)步已被證明是開(kāi)發(fā)高精密激光雷達(dá)系統(tǒng)不可或缺的一部分。 總體來(lái)看，在目前形勢(shì)下，新興的汽車業(yè)務(wù)成為了華為尋求增長(zhǎng)的一個(gè)突破口，進(jìn)軍做功率器件是為其汽車零部件供應(yīng)商的身份蓋樓。第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域，或許可以成為我們實(shí)現(xiàn)技術(shù)追趕的良機(jī)。如華為這樣有能力的企業(yè)就該一馬當(dāng)先，引領(lǐng)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體崛起！

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