关于华虹宏力功率器件市场的影响和投入分析

功率半导体作为开关电源、马达驱动、LED驱动、新能源汽车和智能电网等电源系统的核心器件，是降低功耗的关键。随着绿色生活、绿色发展成为主旋律，功率器件需求必将大幅提升。尤其是，新能源、轨道交通等新兴产业越来越发展成为“利基”市场，电源IC、MOSFET、IGBT等器件和模块在其中的作用将显示出更为重要的地位。

环保需求点燃IGBT市场

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管） 组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，作为能源变换与传输的核心器件，广泛应用在变频器的逆变电路中，具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点，能以更低的损耗率实现更快的开关速度，被誉为电力电子装置的“CPU”。

自商业化应用以来，小到家电大到船舶、高铁，都常见IGBT的身影，其在1～100kHz的频率、电压为400V～6500V和电流为1A～3600A的应用范围内占据重要地位。根据Yole Development咨询公司的测算，IGBT市场规模预计将由2014年的44亿美元增长到2018年的60亿美元。

中国已成为全球第一大新能源汽车市场，而IGBT功率器件约占新能源汽车整车价值量的10%。其主要表现：一是纯电动车的核心模块离不开IGBT，尤其是性能更佳的场截止型IGBT（FS, FieldStop）；二是马达逆变器无疑也将驱动IGBT模块飞速发展；三是充电难为目前混合动力车/ 电动车主最头疼的问题，作为发展新能源汽车产业的基础性保障，新能源汽车充电桩的建设刻不容缓，而充电设施的建设也对IGBT功率器件模块有大量需求。

另一方面，风力发电机和太阳能发电站利用自然风和太阳的热辐射能进行发电，是当前最为普及的绿色发电方法，对环境无害，在全球范围内发展前景广阔。大容量转换电路的IGBT模块帮助AC/DC转换器将风力发电机的输出电力转换为直流电，再通过变频器将直流电转换为商用频率的交流电。太阳能面板所产生的直流电转换成交流电的功率调节器同样有赖于IGBT模块。同时，随着直流电机特别是无刷直流电机的应用越来越广泛，各种电压等级的MOSFET等功率半导体需求也将顺势而上。

IGBT产品制造过程中的难点攻克

IGBT正面制程和与Trench MOSFET类似，但背面加工的要求极高。华虹宏力在产能规模上是全球领先的功率分立器件200mm代工厂，在功率器件产品稳定量产上拥有15年的经验，是目前国内唯一拥有IGBT全套背面加工工艺的晶圆代工企业，在场截止型IGBT的背面晶圆加工能力上尤为突出。

所谓场截止型，是为了让截止电场到沟道前提前降下来以降低drift厚度，其结构是在P- injection和N-drift间引入N场截止层，最终降低Ron、Vce，达到高功率的要求。

其中，对600V-1200V场截止型IGBT产品需要将晶圆减薄到60～120um，华虹宏力通过设备升级、改造，完善了生产工艺体系：① 成功配置了一整套IGBT 超薄片（最薄60 微米）背面工艺/ 测试生产线，并实现量产；② 通过引进TBDB设备，提高了背面注入能力，使华虹宏力开发的IGBT产品背面器件结可以更深，性能更加优化；③ 配合先进的激光退火工艺用于背面注入杂质激活，背面注入杂质的激活率显著提高；④ 通过背面溅射金属工艺的引入，使得芯片的正向导通损耗再次降低10%，大幅提升了IGBT芯片的工作效率。

另外，场截止型IGBT采用区熔硅单晶作为衬底。区熔硅单晶的机械强度不如直拉单晶硅，在沟槽栅器件制备过程中容易产生翘曲和缺陷。尤其是IGBT生产由6英寸晶圆升级到8英寸晶圆后，由于晶圆尺寸变大，晶圆翘曲情况变得更加严重。华虹宏力在开发IGBT产品时采用了独特的应力控制技术，8英寸晶圆的翘曲问题基本得到解决，为IGBT产品顺利量产铺平了道路。通过对各种钝化膜层结构应力与电性参数的研究，华虹宏力研发出了独特的钝化层结构，有效改善了IGBT晶圆的应力问题，使600V-1200V场截止型IGBT的高温可靠性达到同类产品的领先水平。

华虹宏力还成功开发了稳定、高性能的IGBT深沟槽刻蚀及填充特色工艺，进一步提升沟槽密度、减小芯片面积，增强了客户产品的市场竞争力。IGBT关断时，由于在漂移区内存在大量的空穴，导致IGBT有拖尾电流等问题存在，因此IGBT器件关断时间更长，关断损耗更高。华虹宏力可为客户提供先进的少子寿命控制技术，通过精确控制来降低少子寿命，降低关断时间，提高IGBT器件的开关性能。

加速研发进击中高端市场

依托在MOSFET和Super Junction方面十余载来累积的丰富经验，华虹宏力在基于沟槽结构的600V-1200V非穿通型和场截止型的量产上大获成功。2016年荣列国内企业发明专利授权量前十，其中在Super Junction/Cool-MOS领域专利全球排名第1 。

目前，华虹宏力核心的制造工艺已具备包括深沟槽栅工艺技术，超薄片工艺技术以及基于超薄片的场截止型工艺技术等。基此华虹宏力正在加速研发新能源车用IGBT技术，包括Smart IGBT和SFM IGBT技术，此外，RC-IGBT/Cool-IGBT/SGT-IGBT等新技术也正在开发中。预计明年起逐步推向市场。运用这些技术的产品非常适合用于新能源汽车、白色家电、电磁炉、马达驱动、UPS、焊机、机车拖动、智能电网以及包括风电和太阳能等新能源高端市场应用。

华虹宏力代工生产的600-1200V场截止型IGBT，无论是导通压降、关断损耗，还是工作安全区、可靠性等均达到了国际同类产品最先进水平。诸如：先进深沟槽或精细沟槽刻蚀工艺，不仅实现了低导通压降和高电流密度，还保证了足够的短路能力和关断能力；最低60um的超薄片加工能力结合适当的背面注入，能自如地在导通压降和关断损耗之间进行性能折中；先进的激光退火工艺进一步加强了IGBT性能的工艺控制能力；低应力的钝化工艺降低了高温漏电，从而保证了高温可靠性。

除了拥有出色的FS IGBT全套背面加工能力外，华虹宏力还在汽车电子方面有着丰富的经验，建立了零缺陷管理模式，并通过ISO/TS16949认证和多家客户的VDA 6.3 （德国汽车质量流程审计标准）标准审计，公司客户的MOSFET和SJNFET（超级结MOSFET）产品也都成功应用到汽车电子中，在晶圆代工领域具有绝对优势。面对新能源汽车市场，华虹宏力的布局不可谓不充分。

“十三五”期间，华虹宏力将励志服务于《中国制造2025》等国家战略，致力于驱动车用IGBT国产化市场产业链的发展，以技术创新和突破为核心，以工艺平台为基础，带动相关产品的研制和产业化，有效地服务于新能源技术及新能源汽车产业，实现车用IGBT产品的产业化，并推动其下游产业的发展，欲再攀高峰。