英飞凌大学生智能车大赛 4 W: g- r# H( G; d$ I
日前，英飞凌宣布推出全球最薄硅功率晶圆，成为首家掌握20μm超薄功率半导体晶圆处理和加工技术的公司。晶圆直径为300mm，厚度20μm仅为头发丝的四分之一，是目前最先进的40-60μm晶圆厚度的一半。6 k7 A$ A+ I( n& B5 k- V) |
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英飞凌科技首席执行官Jochen Hanebeck表示，“这款全球最薄的硅晶圆展现了我们致力于通过推动功率半导体技术的发展，为客户创造非凡的价值。英飞凌在超薄晶圆技术方面的突破标志着我们在节能功率解决方案领域迈出了重要一步，并且有助于我们充分发挥全球低碳化和数字化趋势的潜力。凭借这项技术突破，英飞凌掌握了Si、SiC和GaN这三种半导体材料，巩固了我们在行业创新方面的领先优势。”
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值得注意的是，英飞凌一直以来都是全球功率半导体的龙头企业。随着20μm超薄功率半导体晶圆进入市场，英飞凌有望再次扩大在这一领域的领先优势。不过，技术升级之后，国产功率半导体厂商面临的竞争加剧。6 F, s1 @+ A1 ^2 V- v1 C5 s
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20μm超薄功率半导体晶圆的优势
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7 P8 ]8 z+ V/ e* P# M9 I% z1 r; i 晶圆是制造半导体器件的基础材料，其厚度对于器件的性能和制造过程至关重要，通常在几十到几百微米之间。目前，40-60μm是这一范围内的常见值，也是英飞凌20μm超薄功率半导体晶圆发布之前的最高水平，适用于多种不同的半导体器件制造需求。- E3 _4 R5 ~ ?$ e! U% R
% F) A9 |4 B" _& U* c. Y1 a 将晶圆厚度从40-60μm降低到20μm，具有非常多的好处。首先是能够改变功率器件的散热表现，基于更薄晶圆的功率器件可以减少芯片在工作时的热量积累，提高散热性能，从而保持芯片的稳定运行。
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7 b' z) _% E( _! ^3 l 其次，更薄的晶圆可以提升器件的性能表现，减少芯片在工作时的热量积累，提高散热性能，从而保持芯片的稳定运行。另外，英飞凌指出，与基于传统硅晶圆的解决方案相比，晶圆厚度减半可将基板电阻降低50%，从而使功率系统中的功率损耗减少15%以上。对于高端AI服务器应用来说，电流增大会推动能源需求上升，因此，将电压从230V降低到1.8V以下的处理器电压，对于功率转换来说尤为重要。超薄晶圆技术大大促进了基于垂直沟槽MOSFET技术的垂直功率传输设计。
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$ T9 c+ J7 L/ T. |0 G5 i- m 此外，更薄的晶圆可以适应轻薄短小的封装方式，减小芯片的体积和重量，增强器件的功率密度。8 j/ S7 @% R9 e# g* P' d, Y
+ |( l) R+ Y. ~ 不过，从40-60μm降低到20μm，使用更薄的晶圆进行生产制造，要需要面临一些新的技术挑战。比如，传统晶圆减薄的工艺并不能够适用于20μm，为此英飞凌研发出了一种创新而独特的晶圆研磨方法；还有翘曲的问题，更薄的晶圆会遇到更大的翘曲问题，翘曲会降低工艺的精度，减低器件的可靠性，甚至是导致失效，英飞凌采取一系列的专利技术以应对这个难题。
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英飞凌方面透露，20μm超薄功率半导体晶圆技术已获得认可，并被应用于英飞凌的集成智能功率级（直流-直流转换器）中，且已交付给首批客户。: o( B0 k/ J0 O
" I- {9 l3 m! G! H7 v7 E 全球功率半导体市场格局生变？; D2 Y4 Z @5 [+ @% C
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文章开篇已经提到，英飞凌目前是全球功率半导体市场的龙头企业，是技术发展的引领者。统计数据显示，2023年英飞凌在全球功率半导体市场的份额占比为22.8%，安森美和意法半导体分列第二和第三名，市场占比分别为11.2%和9%。因此，目前英飞凌在全球功率半导体市场的领先优势仍较为明显。1 ?; G* D, |) m% e$ R
# r, w* m* [: P( G' f 根据官网信息，英飞凌拥有全面的功率半导体产品，包括IGBT、功率MOSFET、氮化镓增强型HEMT、功率分立式元件、保护开关、硅驱动器、氮化镓驱动器、IGBT模块、智能功率模块（IPM）、线性调节器、电机控制解决方案、LED驱动器以及各种交流-直流、直流-交流和数字功率转换等，涵盖了所有功率技术——硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。
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随着基于20μm超薄功率半导体晶圆技术的功率半导体进入市场并持续获得客户方面认可，英飞凌有望继续扩大其在全球功率半导体市场的领先优势。过往很多年，英飞凌一直都在引领全球功率半导体技术发展，以近期的事件来说，在公布20μm超薄功率半导体晶圆技术之前，该公司于9月12日开发出全球首项300 mm氮化镓功率半导体技术，相较于200 mm晶圆，300 mm晶圆芯片生产不仅在技术上更先进，也因为晶圆直径的扩大，每片晶圆上的芯片数量增加了2.3 倍，效率也显著提高，这项突破将极大地推动GaN功率半导体市场的发展。
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* _5 S1 m) f; k% }* P 此外，还包括英飞凌位于马来西亚的晶圆厂一期项目正式启动运营，这标志着世界上最大的200毫米碳化硅（SiC）功率半导体晶圆厂的诞生。目前，在全球碳化硅（SiC）市场，意法半导体以32.6%市占率位居第一，安森美、英飞凌、Wolfspeed、罗姆半导体分列2-5名，市场份额分别为23.6%、16.5%、11.1%和8%。英飞凌新产能释放之后，有望改变这一市场格局。8 E0 S" f* [0 D4 \6 t; d$ U0 I
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得益于在各项功率半导体技术的进一步发展，英飞凌有望引领全球功率半导体市场进入新的技术发展阶段，这或许会进一步增强以英飞凌为首的国际厂商的市场影响力，比如意法半导体、安森美、三菱、德州仪器等，这些公司都具有深厚的技术底蕴，对硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）技术有着更深层的理解，在研发新技术方面更有优势。
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1 D3 o! \2 M3 j2 q5 G- i# m 那么，当英飞凌将硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）技术全部带入新阶段之后，国产功率半导体厂商会受到哪些影响呢？2 H& G7 q3 m T- N& X
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统计数据显示，中国是全球最大的功率半导体市场，贡献了约40%的功率半导体市场。近些年，国产功率半导体技术也取得了显著的进步，诞生了比亚迪半导体、时代电气、芯联集成、斯达半导、士兰微、宏微和扬杰科技等众多有代表性的厂商。尤其是在功率模块方面，统计数据显示，2023年1-8 月我国新能源乘用车功率模块国产供应占比超过59%。
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不过，在核心功率IC和分立器件方面，目前国产厂商在硅（Si）功率IC方面基本还处在中低端竞争的水平，随着前沿技术迭代，国产厂商掌握的技术将被定义为更低端的产品，对产品净利润获取是一大挑战。在碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）技术方面，国产厂商存在起步晚的问题，天岳先进、瀚天天成、派恩杰等在碳化硅衬底和外延生长方面取得了重要突破，但随着技术升级，原本的产业链布局需要加快，企业的技术研发也需要进一步升级。1 X0 A5 }- `( {2 d' r3 ]5 g
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