华为大肆招兵买马、大举进攻功率器件意欲何为？

发表于： 2021年6月13日 2021年6月13日
分类：未分类

“是说芯语”已陪伴您803天

据半导体行业观察3月21日报道，近日，据知情人士透露，华为正在为公司的功率器件研发大肆招兵买马，其中包括IGBT、MOSFET、SiC、GaN等主流的功率器件，据说队伍目前已有数百人。

功率器件是半导体重要一环。尤其是随着功率半导体器件逐渐往高压、高频方向发展，国际大厂已经将产业未来聚焦到了第三代化合物半导体身上。可以说第三代半导体就是未来功率器件的发展方向。

华为最早传出要做的功率器件是IGBT。IGBT俗称电力电子装置的“CPU”，而IGBT是华为UPS电源的核心部件，华为UPS电源在全球数据中心占据第一的市场份额。

据了解，华为也在研发SiC。这两年车厂陆续开始导入SiC器件。华为不造车，致力于成为面向智能网联汽车的增量部件供应商。研发IGBT和SiC也是华为做好汽车部件供应商的方向。

在投资领域，华为哈勃去年投资了我国第三代半导体材料碳化硅龙头企业山东天岳，持股10%。2020年7月，华为还投资了东微半导体。在GaN领域，熟悉华为的供应链人士指出，华为在GaN领域已经布局颇深。

NO.1

什么是功率半导体呢？

与手机、电脑上使用的数字集成电路不同，功率半导体并不是一个大众熟知的概念。数字集成电路主要处理的是信息，而不能直接使用220V的交流电，这时候就需要功率半导体来对电能进行处理，使其适合传感器、摄像头等具体的终端器件使用。

具体到分类上，功率半导体是个宽泛的概念，主要作用是实现电能转换，包括二极管、晶闸管、功率MOSFET、IGBT等。

这些功率器件与电容、电阻、电感、互感线圈等一起组成了各类电能转换设备，用以对电路中电压、电流、频率进行管理。

不同的功率器件，都有自己的高效区间。场景、成本、效率共同决定了该使用什么样的功率器件。

资料来源：Yole，中银证券

其中，在电动汽车中，IGBT模块是电控的重要组成部分。

什么是IGBT呢？IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor 的缩写，即绝缘栅双极型晶体管。简单来说，IGBT可以理解为“非通即断”的开关，它可以将直流电压逆变成频率可调的交流电，主要用于变频逆变和其他逆变电路，被称为是电力电子装置的“CPU”。

在新能源汽车中，IGBT 模块占是除电池之外成本第二高的元件，目前我国车用IGBT产品大部分都是依赖国外进口，也就是说百亿级IGBT市场基本由英飞凌、三菱、西门子等国外巨头把控，其中单是英飞凌就占了近6成的市场份额。

但在经过贸易战的洗礼后，越来越多的下游厂商主动开始尝试接受国产IGBT，这就给了国产IGBT更多的试错机会，从而促进了国产IGBT的技术迭代，让国产IGBT进入了一个良性的迭代循环的过程。IGBT的国产替代已经进入了高速增长期，越来越多的中小型客户已经完成了高比例的国产化。

NO.2

为什么是功率半导体领域会率先产生突破呢？

与快速发展的处理器、存储器等芯片不同，功率半导体是个缓慢且封闭的行业。虽然同属于硅基芯片行业，摩尔定律在这里却是失灵的。

集成电路强调的是控制，集成电路是个表面器件，制造时需在硅片的表面很薄的一层，大概几微米的厚度上，像搭建一个城市一样，进行复杂的线路设计。这种对制程先进性要求较高，不断在追求纳米级的极致线宽。

数字芯片主要为CMOS工艺，沿着摩尔定律发展，追逐高端制程，产品强调的是运算速度与成本比。

而功率器件，电流从正面（或背面）进去，从背面（或正面）出来，电流是穿透芯片的。

IGBT等功率器件，本质上是个开关，一般只需画三条线，对线宽没这么大的要求，再加上需要处理高电压、大电流，微米级（注：1微米=1000纳米）的线宽即可。

功率器件追求的是低损耗、高可靠性。背面工艺和减薄工艺对IGBT尤为重要，例如英飞凌目前已经将IGBT的厚度减薄到40微米。而衬底背面工艺中的减薄极易使硅片破碎、翘曲，所以对加工工艺要求很高。

在产业结构上，两者也有较大差异。在集成电路领域，晶圆代工（Foundry）模式，已经成了摩尔定律的核心推动力。军备竞赛、先进设备的发展使得晶圆加工的投资规模持续增大。

对先进制程的追求，也诞生了台积电这种巨无霸，一方面顺应趋势，延续了摩尔定律；另一方面，通过分工，提高了行业的发展效率。

在功率半导体领域，全球功率半导体主要厂商大部分采用IDM模式进行功率器件的生产，即芯片设计、晶圆制造、封装测试全流程均自主生产。这与集成电路的厂商主要掌握芯片设计环节，将晶圆交由台积电等代工厂生产有很大不同。

英飞凌靠着领先的减薄技术，从第三代产品开始，一直占据IGBT行业的鳌头。

IGBT从80年代出现以来，已经发展到了第7代产品。其更新换代主要围绕着一些结构设计和加工工艺展开。不同代际之间的产品虽有性能上的差别，却不像集成电路有非常明显的区隔。目前，IGBT第四代产品目前仍是应用最广泛的技术。

出于对可靠性的追求，经过时间积累的工艺know-how，是英飞凌、安森美、瑞萨、东芝等欧美日厂商的最大屏障。

在这样一个相对缓慢的行业，中国的功率器件厂商们，如果在终端拥有丰富的应用场景，也就是搞定客户资源，是非常有希望追上国际巨头们的。

NO.3

IGBT和SiC，双管齐下

关于IGBT和SiC，业界一直有个隐忧，随着IGBT渐逼硅材料的性能极限，第三代半导体材料 SiC 被看作是IGBT在未来电动车的新挑战者。但据业内人士分析到，“SiC就像一个聪明而又个性极强的少年，优点突出，缺点同样突出。IGBT更像一个持重而成熟的青年，可以扛起功率器件的重担。”所以鉴于两者的分工不同，华为在IGBT和SiC上双管齐下也是明智的选择。

华为最早传出要做的功率器件是IGBT。IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，而华为作为UPS电源的龙头企业，在全球数据中心占据第一的市场份额，所以IGBT是华为UPS电源的核心部件。

除了IGBT之外，据了解，华为也在研发SiC。这两年，由于SiC独有的优良特性，车厂陆续开始导入SiC器件。而关于华为在汽车上的布局早已路人皆知，华为不造车，聚焦ICT技术，帮助车企造好车。华为致力于成为面向智能网联汽车的增量部件供应商。研发IGBT和SiC也是华为做好汽车部件供应商的一个方向。

为了发展功率半导体，2020年7月，华为还投资了东微半导体，主要有高压GreenMOS系列、中低压SGTMOS系列、IGBT系列三大系列产品，广泛应用于快速充电器、充电桩应用、开关电源、直流电机驱动、光伏逆变器。

2020年8月，华为旗下的哈勃科技投资有限公司投资了山东天岳先进材料科技有限公司，持股 10%，而山东天岳是我国第三代半导体材料碳化硅龙头企业。

NO.4

华为布局 GaN

氮化镓（GaN）被称为第三代半导体材料。相比硅，它的性能成倍提升，而且比硅更适合做大功率器件、体积更小、功率密度更大。氮化镓芯片频率远高于硅，有效降低内部变压器等原件体积，同时优秀的散热性能也使内部原件排布可以更加精密，最终完美解决了充电速率和便携性的矛盾。

GaN功率器件主要销售给电子市场，对于消费市场来说，比较典型的就是快充，快充头产品中主要包括两块核心部件，一是电源管理IC芯片，另一块是功率分立器件。快充的要求是功率密度和效率。所以企业就必须以这种外形尺寸真正压缩系统并降低每功率价格。

2020年4月8日，在华为2020春季新品发布上，华为发布了一款充电器单品——65W GaN（氮化镓）双口充电器。当时就有传言说是华为自研，但实际情况还有待考究。不过熟悉华为的供应链相关人士指出，华为在GaN领域已经布局颇深。

除了消费电子领域的快充，基于GaN的分立器件，也更适合于高功率应用，例如数据中心或基站电源。2020年6月，华为宣布将在英国建立光电子研发与制造基地。一期项目将聚焦光器件和光模块的研发、制造。通过集研发制造功能一体，以加速产品研发和商业化进程，更高效地将产品推向市场。光电子技术是光纤通信系统的一项关键技术，华为在英国的这项重大投资旨在推动相关技术应用于全球数据中心和网络基础设施。

说到光电子领域，GaN低功耗、高发光效率为LED及紫外激光器助力。基于GaN半导体的深紫外发光二极管（LED）是紫外消毒光源的主流发展方向，其光源体积小、效率高、寿命长，仅仅是拇指盖大小的芯片模组，就可以发出比汞灯还要强的紫外光。

在射频GaN领域，早在几年前，华为就已经在其4G LTE基站中采用了氮化镓功率放大器。然后，随着5G的到来，GaN具有越来越大的潜力，因为在高频下，与LDMOS相比，GaN的功率密度仍然非常出色，并且功率附加效率也随之提高。

在汽车领域，随着汽车采用的元器件越来越多，GaN的作用也越来越凸显。2020年8月11日，在第十二届汽车蓝皮书论坛上，华为智能汽车解决方案BU总裁王军透露，华为目前正在研发激光雷达技术。而GaN晶体管的进步已被证明是开发高精密激光雷达系统不可或缺的一部分。

总体来看，在目前形势下，新兴的汽车业务成为了华为寻求增长的一个突破口，进军做功率器件是为其汽车零部件供应商的身份盖楼。第三代半导体领域，或许可以成为我们实现技术追赶的良机。如华为这样有能力的企业就该一马当先，引领国内半导体崛起！

来源：本文综合自半导体行业观察、邮电设计技术、建约车评等，谢谢

———————– END———————–