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全产业链国产化才是全自主可控,新一代车规功率半导体初探

一辆汽车有几百上千种半导体,考虑国产化替代,供应链安全,其实这些是一方面。企业要想生存发展,最重要还是商业模式,能不能盈利、能不能获得可持续发展。

11月23日,在上海浦东临港新片区,在由临港新片区管委会、上海市经济信息化委指导,由临港集团主办、临港科投与AspenCore承办的“2023中国临港国际半导体大会”,上海芯华睿半导体科技有限公司CEO王学合在作主题分享时感慨道:“我们在汽车行业做了20几年,汽车剩下唯一没有国产化的就剩半导体了,其他如发动机、变速箱,包括电极、电池,全部国产化了。只有半导体国产化了,那么汽车全产业链才相当于完全自主可控。”ATWesmc

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上海芯华睿半导体科技有限公司CEO王学合ATWesmc

可靠性,一致性,尤为关键

一辆汽车有几百上千种半导体,考虑国产化替代,供应链安全,其实这些是一方面。企业要想生存发展,最重要还是商业模式,能不能盈利、能不能获得可持续发展。ATWesmc

王学合表示:“汽车半导体不能说多难,技术上多领先,但是核心问题就是,对做半导体的企业或者对客户而言更重要是可靠性。”他指出,性能可能不是最好的,除了军工、航天对半导体的可靠性要求之外,汽车半导体还要解决大批量的可靠性问题。ATWesmc

为此,芯华睿半导体在临港集团支持,成立了汽车半导体检测中心。王学合指出,芯华睿半导体在此平台上开发车规半导体产品,然后按照国际上的AEC标准做可靠性试验,只有如此才能得到OEM的信任。不光是信任,另一方面,敢不敢卖产品也是一大关键,汽车有召回、索赔,一般来说都是按照1:3,卖一个东西给客户,如果出了问题,原本产品卖10块钱,实际可能要赔30块钱。ATWesmc

如何把产品质量,特别是可靠性,还有批量一致性做好,这是中国企业必须要做到的。如果做不到,走一步要退回来两步。ATWesmc

从芯华睿半导体的角度而言,该公司成立了两年,但没有一点销售,因为他们一直做试验、做开发、在做可靠性。“万一走不成,有可能机会就没有了,所以我也非常希望做车规半导体的同行一定要把自己的节奏和产品做好,将来出了问题带来的可能是所有的客户对整个做半导体国产化人的不信任。”王学合如此强调道。ATWesmc

为什么做功率半导体?

王学合感慨道:“我们在汽车行业做了20几年,汽车剩下唯一没有国产化的就剩半导体了,其他如发动机、变速箱,包括电极、电池,全部国产化了。只有半导体国产化了,汽车全产业链才相当于完全自主可控。”ATWesmc

为何要入局功率半导体,主要在于其有几个优势:ATWesmc

一是,新能源车出现后功率半导体价值大大提升。原来普通汽车中的半导体价值只有几千块钱,且这几千块钱的产品光试验费都要花费数百万元,同时还有非常多的小件很难做。功率半导体为什么是机会呢?因为电动车整个电驱,原来一个IDBT价值一千到两千,未来仅一个碳化硅主驱价值就提升至三至四千。从商业分析来说,这已具备了商业上的成功逻辑。ATWesmc

二是,功率半导体不会受制于先进制程,不像存储器件要几纳米,要非常领先的光刻设备。功率半导体是微米级的,可能是八寸、六寸,中国本土的整个产业链是安全的。目前,功率半导体本土基本实现全程国产化,做功率半导体公司也很多,并且从商业逻辑上至少能讲的通。ATWesmc

车上为什么要功率?ATWesmc

功率在车上的应用非常广,包括主驱、充电等,在车里的需求数量还是非常巨大的。从商业角度来说,市场场容量足够大。ATWesmc

当前,新能源车占比已超过30%,根据预测,到2030年新能源汽车替代率或将达到70%。这种情况下,电驱系统将需要应用大量的功率半导体。王学合指出,目前中国功率半导体普遍还是在8寸,碳化硅基本满足量产的大部分为6寸,而海外的英飞凌都是12寸。目前8寸、6寸、12寸的产品在成本上有差距,但是在用户端是没有太大的差别。除了新能源汽车外,包括光伏储能等,也是功率半导体应用的核心领域。ATWesmc

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据介绍,在功率半导体领域,英飞凌每一代都在进步,该公司的发展在某种意义上代表着在功率半导体的全球研发形式。目前,英飞凌占据了全球35%左右的功率半导体市场份额。ATWesmc

王学合表示:“从结构来看,相对其他半导体而言,功率半导体并不是太复杂。谁能把沟槽挖好,就能把功率半导体做好功。做功率半导体就是挖沟槽,英飞凌就把挖沟槽做到了极致。”ATWesmc

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这两年,在车上应用的比较多的就是,400V的碳化硅MOS管(SiC MOSFET),且其在未来三五年之内都是主力器件。ATWesmc

目前,华睿半导体在IGBT、SiC实现了全国产化,该公司用国内衬底材料设计自己的器件,包括版图、仿真,做出自己的750V和1200V的产品。王学合认为,做出这两种器件今天觉得不难,但是难的是两个器件可靠性、一致性,以及对成本的要求。ATWesmc

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他指出,在2017、2018年国内一些企业做工业、消费类功率半导体就想在车上推,但是这些厂商当初的理念,包括产线水平都不够,很难让客户信服。所以,必须要重新建线,重新做质量标准,重新做检测标准,重新制定验证方案。ATWesmc

不要认为原来做消费类的功率半导体自然而然就可以做车规级的,企业布局的很大基盘,仅仅只是对分摊可能有利,但是产品无法尽快满足客户的要求。在这一点上,对华睿半导体来说就比较简单,因为该公司开始就是做车规的,产品的测试方式和标准就这么定。只有方法对了,理念对了,公司才能取得事半功倍的效果。ATWesmc

据了解,目前芯华睿半导体对标英飞凌最先进的1.6pitch微沟槽工艺,这相当于第三批流片了。因为几次流片可能花费一年多两年的时间,且每次还要抛开看是不是达到设计指标,所以开发车规级半导体产品要花很多时间去不断迭代。ATWesmc

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车规功率半导体的封装

芯片产品前期的研发等可能占据70%的精力和时间,但芯片做出来以后还需要封装,而这部分工作则占据了30%。ATWesmc

一提封装,原来以为封装很简单,中国在该领域占据全球30%的市场,其实不然,因为一个能驱动两百千瓦甚至三百千瓦的模组并非那么简单,其内部有38个芯片,且又是高压,所以光封装就有很大难度或需要很大技术攻关,要保证每一个芯片完好,这有很大挑战,还要调试工艺参数和设备。ATWesmc

王学合指出,目前从碳化硅、硅测试封装,英飞凌做的比较好,在封装上已经相对来说是标准化了,这样对后进者也非常好。假如没有标准化对后进者很难,因为作为跟随者不知道目标是什么,就会跑错方向。封装技术方案是标准化,那跟随就会变的相对容易。ATWesmc

从硅到碳化硅整体封装没有大的变化,像HPD封装是英飞凌主推的。但在2016年、2017年还没有,有人做SSC、有人做塑封,彼时英飞凌就推灌胶的。有人说HPD落后,所以到碳化硅就不用了。对此,王学合认为这是错误的认识。用同样的芯片,然后分成HPD封装和塑封,做出来的性能差异基本可以忽略不计,所以千万不要说封装一定要塑封,因为有的企业走的是塑封路线,肯定说他的塑封最好。因为大家想让自己的方案成为主流。ATWesmc

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然而,企业在实际中更多要考虑的是产线投资,团队熟悉哪一种封装方式,更重要的是客户,因为企业没法改变客户,最多只能提出建议。ATWesmc

王学合认为,不管是HPD框架还是单面水冷塑封都是大的模组封装,可能有36个封装、38个封装,而特斯拉所采用TPAK的小封装,可能比较适合于碳化硅。ATWesmc

车规可靠性测试

向客户推产品,试验不能少,少一个试验都可能带来巨大的市场问题。ATWesmc

王学合表示:“主要试验持续下来,我认为没有一个人第一次就顺利做过,好的试验要反复做,这样做下来试验基本上几百万就花费掉了。”ATWesmc

最后,他总结道,在车规产品试验中,不仅仅把可靠性做好,还要根据客户的车的运行功耗,把功率半导体在车的生命周期里老化的模型还要做预测,车要跑30万公里、50万公里,没有这些测试怎么保证在全生命周期功率器件可靠?一提功率半导体大家一定提可靠性,其他的相对可靠性都是次要的。ATWesmc

责编:Zengde.Xia
夏曾德
夏曾德,《国际电子商情》副主分析师
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