電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）日前，英飛凌宣布推出全球最薄硅功率晶圓，成為首家掌握20μm超薄功率半導(dǎo)體晶圓處理和加工技術(shù)的公司。晶圓直徑為300mm，厚度20μm僅為頭發(fā)絲的四分之一，是目前最先進(jìn)的40-60μm晶圓厚度的一半。

英飛凌科技首席執(zhí)行官Jochen Hanebeck表示，“這款全球最薄的硅晶圓展現(xiàn)了我們致力于通過推動(dòng)功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，為客戶創(chuàng)造非凡的價(jià)值。英飛凌在超薄晶圓技術(shù)方面的突破標(biāo)志著我們?cè)诠?jié)能功率解決方案領(lǐng)域邁出了重要一步，并且有助于我們充分發(fā)揮全球低碳化和數(shù)字化趨勢(shì)的潛力。憑借這項(xiàng)技術(shù)突破，英飛凌掌握了Si、SiC和GaN這三種半導(dǎo)體材料，鞏固了我們?cè)谛袠I(yè)創(chuàng)新方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。”

值得注意的是，英飛凌一直以來都是全球功率半導(dǎo)體的龍頭企業(yè)。隨著20μm超薄功率半導(dǎo)體晶圓進(jìn)入市場(chǎng)，英飛凌有望再次擴(kuò)大在這一領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。不過，技術(shù)升級(jí)之后，國產(chǎn)功率半導(dǎo)體廠商面臨的競(jìng)爭加劇。

20μm超薄功率半導(dǎo)體晶圓的優(yōu)勢(shì)

晶圓是制造半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料，其厚度對(duì)于器件的性能和制造過程至關(guān)重要，通常在幾十到幾百微米之間。目前，?40-60μm?是這一范圍內(nèi)的常見值，也是英飛凌20μm超薄功率半導(dǎo)體晶圓發(fā)布之前的最高水平，適用于多種不同的半導(dǎo)體器件制造需求。

將晶圓厚度從?40-60μm降低到20μm，具有非常多的好處。首先是能夠改變功率器件的散熱表現(xiàn)，基于更薄晶圓的功率器件可以減少芯片在工作時(shí)的熱量積累，提高散熱性能，從而保持芯片的穩(wěn)定運(yùn)行。?

其次，更薄的晶圓可以提升器件的性能表現(xiàn)，減少芯片在工作時(shí)的熱量積累，提高散熱性能，從而保持芯片的穩(wěn)定運(yùn)行。?另外，英飛凌指出，與基于傳統(tǒng)硅晶圓的解決方案相比，晶圓厚度減半可將基板電阻降低50%，從而使功率系統(tǒng)中的功率損耗減少15%以上。對(duì)于高端AI服務(wù)器應(yīng)用來說，電流增大會(huì)推動(dòng)能源需求上升，因此，將電壓從230V降低到1.8V以下的處理器電壓，對(duì)于功率轉(zhuǎn)換來說尤為重要。超薄晶圓技術(shù)大大促進(jìn)了基于垂直溝槽MOSFET技術(shù)的垂直功率傳輸設(shè)計(jì)。

此外，更薄的晶圓可以適應(yīng)輕薄短小的封裝方式，減小芯片的體積和重量，增強(qiáng)器件的功率密度。

不過，從?40-60μm降低到20μm，使用更薄的晶圓進(jìn)行生產(chǎn)制造，要需要面臨一些新的技術(shù)挑戰(zhàn)。比如，傳統(tǒng)晶圓減薄的工藝并不能夠適用于20μm，為此英飛凌研發(fā)出了一種創(chuàng)新而獨(dú)特的晶圓研磨方法；還有翹曲的問題，更薄的晶圓會(huì)遇到更大的翹曲問題，翹曲會(huì)降低工藝的精度，減低器件的可靠性，甚至是導(dǎo)致失效，英飛凌采取一系列的專利技術(shù)以應(yīng)對(duì)這個(gè)難題。

英飛凌方面透露，20μm超薄功率半導(dǎo)體晶圓技術(shù)已獲得認(rèn)可，并被應(yīng)用于英飛凌的集成智能功率級(jí)（直流-直流轉(zhuǎn)換器）中，且已交付給首批客戶。

全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)格局生變？

文章開篇已經(jīng)提到，英飛凌目前是全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的龍頭企業(yè)，是技術(shù)發(fā)展的引領(lǐng)者。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2023年英飛凌在全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的份額占比為22.8%??，安森美和意法半導(dǎo)體分列第二和第三名，市場(chǎng)占比分別為11.2%和9%。因此，目前英飛凌在全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)仍較為明顯。

根據(jù)官網(wǎng)信息，英飛凌擁有全面的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，包括IGBT、功率MOSFET、氮化鎵增強(qiáng)型HEMT、功率分立式元件、保護(hù)開關(guān)、硅驅(qū)動(dòng)器、氮化鎵驅(qū)動(dòng)器、IGBT模塊、智能功率模塊（IPM）、線性調(diào)節(jié)器、電機(jī)控制解決方案、LED驅(qū)動(dòng)器以及各種交流-直流、直流-交流和數(shù)字功率轉(zhuǎn)換等，涵蓋了所有功率技術(shù)——硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）。

隨著基于20μm超薄功率半導(dǎo)體晶圓技術(shù)的功率半導(dǎo)體進(jìn)入市場(chǎng)并持續(xù)獲得客戶方面認(rèn)可，英飛凌有望繼續(xù)擴(kuò)大其在全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。過往很多年，英飛凌一直都在引領(lǐng)全球功率半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，以近期的事件來說，在公布20μm超薄功率半導(dǎo)體晶圓技術(shù)之前，該公司于9月12日開發(fā)出全球首項(xiàng)300 mm氮化鎵功率半導(dǎo)體技術(shù)，相較于200 mm晶圓，300 mm晶圓芯片生產(chǎn)不僅在技術(shù)上更先進(jìn)，也因?yàn)榫A直徑的擴(kuò)大，每片晶圓上的芯片數(shù)量增加了2.3 倍，效率也顯著提高，這項(xiàng)突破將極大地推動(dòng)GaN功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的發(fā)展。

此外，還包括英飛凌位于馬來西亞的晶圓廠一期項(xiàng)目正式啟動(dòng)運(yùn)營，這標(biāo)志著世界上最大的200毫米碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體晶圓廠的誕生。目前，在全球碳化硅（SiC）市場(chǎng)，意法半導(dǎo)體以32.6%市占率位居第一，安森美、英飛凌、Wolfspeed、羅姆半導(dǎo)體分列2-5名，市場(chǎng)份額分別為23.6%、16.5%、11.1%和8%。英飛凌新產(chǎn)能釋放之后，有望改變這一市場(chǎng)格局。

得益于在各項(xiàng)功率半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，英飛凌有望引領(lǐng)全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)進(jìn)入新的技術(shù)發(fā)展階段，這或許會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)以英飛凌為首的國際廠商的市場(chǎng)影響力，比如意法半導(dǎo)體、安森美、三菱、德州儀器等，這些公司都具有深厚的技術(shù)底蘊(yùn)，對(duì)硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù)有著更深層的理解，在研發(fā)新技術(shù)方面更有優(yōu)勢(shì)。

那么，當(dāng)英飛凌將硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù)全部帶入新階段之后，國產(chǎn)功率半導(dǎo)體廠商會(huì)受到哪些影響呢？

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國是全球最大的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，貢獻(xiàn)了約40%的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)。近些年，國產(chǎn)功率半導(dǎo)體技術(shù)也取得了顯著的進(jìn)步，誕生了比亞迪半導(dǎo)體、時(shí)代電氣、芯聯(lián)集成、斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、宏微和揚(yáng)杰科技等眾多有代表性的廠商。尤其是在功率模塊方面，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2023年1-8 月我國新能源乘用車功率模塊國產(chǎn)供應(yīng)占比超過59%。

不過，在核心功率IC和分立器件方面，目前國產(chǎn)廠商在硅（Si）功率IC方面基本還處在中低端競(jìng)爭的水平，隨著前沿技術(shù)迭代，國產(chǎn)廠商掌握的技術(shù)將被定義為更低端的產(chǎn)品，對(duì)產(chǎn)品凈利潤獲取是一大挑戰(zhàn)。在碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù)方面，國產(chǎn)廠商存在起步晚的問題，天岳先進(jìn)、瀚天天成、派恩杰等在碳化硅襯底和外延生長方面取得了重要突破，但隨著技術(shù)升級(jí)，原本的產(chǎn)業(yè)鏈布局需要加快，企業(yè)的技術(shù)研發(fā)也需要進(jìn)一步升級(jí)。

結(jié)語

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2022年全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)481億美元，預(yù)計(jì)至2024年將增長至522億美元，年復(fù)合增長率約為5.46%。目前，全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)增長較為平緩，不過市場(chǎng)競(jìng)爭卻暗流涌動(dòng)，其中市場(chǎng)龍頭英飛凌是最主要的競(jìng)爭發(fā)起者，將對(duì)市場(chǎng)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。對(duì)于國產(chǎn)功率半導(dǎo)體企業(yè)而言，隨著新技術(shù)和新產(chǎn)能的到來，這些廠商的追趕腳步要加快了，否則難免陷入更惡劣的競(jìng)爭中。