據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)觀察3月21日報道，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)說隊伍目前已有數(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，國際大廠已經(jīng)將產(chǎn)業(yè)未來聚焦到了第三代化合物半導(dǎo)體身上?？梢哉f第三代半導(dǎo)體就是未來功率器件的發(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)第一的市場份額。

據(jù)了解，華為也在研發(fā)SiC。這兩年車廠陸續(xù)開始導(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、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，這時候就需要功率半導(dǎo)體來對電能進行處理，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)體是個寬泛的概念，主要作用是實現(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，用以對電路中電壓、電流、頻率進行管理。 不同的功率器件，都有自己的高效區(qū)間。場景、成本、效率共同決定了該使用什么樣的功率器件。

資料來源：Yole，中銀證券 其中，在電動汽車中，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。簡單來說，IGBT可以理解為“非通即斷”的開關(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，目前我國車用IGBT產(chǎn)品大部分都是依賴國外進口，也就是說百億級IGBT市場基本由英飛凌、三菱、西門子等國外巨頭把控，其中單是英飛凌就占了近6成的市場份額。 但在經(jīng)過貿(mào)易戰(zhàn)的洗禮后，越來越多的下游廠商主動開始嘗試接受國產(chǎn)IGBT，這就給了國產(chǎn)IGBT更多的試錯機會，從而促進了國產(chǎn)IGBT的技術(shù)迭代，讓國產(chǎn)IGBT進入了一個良性的迭代循環(huán)的過程。IGBT的國產(chǎn)替代已經(jīng)進入了高速增長期，越來越多的中小型客戶已經(jīng)完成了高比例的國產(chǎn)化。

NO.2

為什么是功率半導(dǎo)體領(lǐng)域會率先產(chǎn)生突破呢？

與快速發(fā)展的處理器、存儲器等芯片不同，功率半導(dǎo)體是個緩慢且封閉的行業(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。 集成電路強調(diào)的是控制，集成電路是個表面器件，制造時需在硅片的表面很薄的一層，大概幾微米的厚度上，像搭建一個城市一樣，進行復(fù)雜的線路設(shè)計。這種對制程先進性要求較高，不斷在追求納米級的極致線寬。 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)品強調(diào)的是運算速度與成本比。 而功率器件，電流從正面（或背面）進去，從背面（或正面）出來，電流是穿透芯片的。IGBT等功率器件，本質(zhì)上是個開關(guān)，一般只需畫三條線，對線寬沒這么大的要求，再加上需要處理高電壓、大電流，微米級（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力。軍備競賽、先進設(shè)備的發(fā)展使得晶圓加工的投資規(guī)模持續(xù)增大。 對先進制程的追求，也誕生了臺積電這種巨無霸，一方面順應(yīng)趨勢，延續(xù)了摩爾定律；另一方面，通過分工，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模式進行功率器件的生產(chǎn)，即芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測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)計環(huán)節(jié)，將晶圓交由臺積電等代工廠生產(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)品開始，一直占據(jù)IGBT行業(yè)的鰲頭。

IGBT從80年代出現(xiàn)以來，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)計和加工工藝展開。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)。 出于對可靠性的追求，經(jīng)過時間積累的工藝know-how，是英飛凌、安森美、瑞薩、東芝等歐美日廠商的最大屏障。 在這樣一個相對緩慢的行業(yè)，中國的功率器件廠商們，如果在終端擁有豐富的應(yīng)用場景，也就是搞定客戶資源，是非常有希望追上國際巨頭們的。

NO.3

IGBT和SiC，雙管齊下

關(guān)于IGBT和SiC，業(yè)界一直有個隱憂，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在未來電動車的新挑戰(zhàn)者。但據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析到，“SiC就像一個聰明而又個性極強的少年，優(yōu)點突出，缺點同樣突出。IGBT更像一個持重而成熟的青年，可以扛起功率器件的重?fù)?dān)?！彼澡b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?，俗稱電力電子裝置的“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獨有的優(yōu)良特性，車廠陸續(xù)開始導(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、開關(guān)電源、直流電機驅(qū)動、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材料科技有限公司，持股 10%，而山東天岳是我國第三代半導(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，對于消費市場來說，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?？斐涞囊笫枪β拭芏群托?。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)時就有傳言說是華為自研，但實際情況還有待考究。不過熟悉華為的供應(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，華為宣布將在英國建立光電子研發(fā)與制造基地。一期項目將聚焦光器件和光模塊的研發(fā)、制造。通過集研發(fā)制造功能一體，以加速產(chǎn)品研發(fā)和商業(yè)化進程，更高效地將產(chǎn)品推向市場。光電子技術(shù)是光纖通信系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)，華為在英國的這項重大投資旨在推動相關(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?；贕aN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，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，GaN具有越來越大的潛力，因為在高頻下，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越多，GaN的作用也越來越凸顯。2020年8月11日，在第十二屆汽車藍皮書論壇上，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)激光雷達技術(shù)。而GaN晶體管的進步已被證明是開發(fā)高精密激光雷達系統(tǒng)不可或缺的一部分。 總體來看，在目前形勢下，新興的汽車業(yè)務(wù)成為了華為尋求增長的一個突破口，進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現(xiàn)技術(shù)追趕的良機。如華為這樣有能力的企業(yè)就該一馬當(dāng)先，引領(lǐng)國內(nèi)半導(dǎo)體崛起！

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