历史进程中的功率半导体

原创 杨健楷 远川科技评论

2001年，中国头号芯片自主化工程的执行者，华虹半导体，撞上了一堵高墙。

在1990年代末期，摩尔定律加速，全球范围内的芯片产业角逐激烈，韩国的三星与海力士后来居上，击败日本和美国，在DRAM存储芯片的竞争中拔得头筹，成为半导体牌桌上的重磅玩家。

受到韩国超车成功的启发，中央也投数十亿元成立华虹，试图用一个国家工程加上和日本的合作，一起打一个漂亮仗让中国回到半导体的主牌桌。

不赶巧的是，等到华虹投产两年后，DRAM存储芯片忽然行情急转直下，单价跌了足足九成，本来包销相当产能的日本合资方自顾不暇，刚投好的产线，立刻就产生了了十四亿元的巨额亏损。

出师不利，该怎么办？

华虹的核心问题，在于追赶力有不逮，需求青黄不接。华虹与日方在1997年签订合同，引进的是130nm工艺制程的芯片产线，放到四五年后，已经严重落后于主流。在日方DRAM订单萎靡之际，为填满产能的巨大鸿沟，官方先后安排了关涉国计民生的身份证与SIM卡芯片。可除了政府规划圈定的产品，要真正提振华虹的竞争力，还需要一些高度市场化的产品。

此时，功率半导体进入了华虹的视线。

功率半导体，又称为电力电子器件，泛指处理电力的芯片。其主要功能，是将繁杂不一的电力，处理为终端产品所需的规格，比如电流从电动车的电池输出后，通过不同的功率芯片处理，既可以驱动电机，又可以驱动空调和音响。

正如一位厨艺得当的师傅，将食材呈现为不同地域风味，以迎合不同食客的需求。

自从1956年贝尔实验室发明晶闸管，功率半导体沿着一条清晰的脉络往下发展，格局较为稳固。

常见功率半导体，来源：东兴证券

在技术趋势上，能够承受和控制的电力逐级复杂，品类从BJT、GTO发展到MOSFET、IGBT，电路结构的连续性强。

在工艺制程上，发展没有数字芯片那样的跳跃性，进步较为缓慢，微米级别的设备也可胜任。

在市场结构上，竞争的着力点主要在人的工艺经验（know-how）与设备的有机结合，也就是“人机结合”。因此，德、日、美等老牌厂商牢固的占据着市场的大部分份额。

总而言之，这是一个能够“滚雪球”的赛道，只要持续精进，便可占据一席之地。

对华虹来说，功率半导体是摆脱指数级投入和亏损的一个绝佳选择：只需维持当前的工艺制程，先期引入日美合资方的经验，即可沿着阶梯状的技术路线渐进发展。

于是，在2002年，华虹做出了进军功率半导体的决定。

这个选择是正确的。过去的二十年，受华虹转型的影响，功率半导体产业在长三角生根发芽，从上游到下游无不受益：

首先是代工厂华虹，连续四十个季度盈利，在无锡新建的12英寸晶圆厂产能加速爬升，加紧对于国际大厂的追逐。

其次是那些背靠华虹发展起来的设计厂商，自科创板设立以来，主营IGBT的斯达半导、主营MOSFET的新洁能，在功率半导体品类上扩张凶猛。

最后是下游的工控与新能源厂商，在各类芯片短缺的当下，华虹和国内设计厂商合力推进国产化替代，提供了更为经济实用的选择。

更为重要的是，功率半导体产业的发展，为中国芯片在当下直道加速，提供了一个选择：第三代半导体。有关媒体报道的那则办公室主任领衔“芯片对抗”计划的新闻，道出了国家工程之间的历史巧合与命运相连。

那么，长三角的功率半导体是如何发展起来的？本文尝试将其拆分为三个阶段：

2002～2011年，地利：功率半导体的市场与技术双循环；

2011～2019年，人和：“908派”、海归派与华虹的分工搭档；

2019年～，天时：资本、市场与分工的连锁反应。

华虹在2002年选择功率半导体赛道，恰巧站在了一个历史性的转折点：

需求猛增：中国加入世贸组织，导致江浙沪对于功率半导体的需求大为增加。作为改革开放后最先发展起来的工业化地区，江浙沪最先享受了出口迅猛增加的贸易红利。只要有工厂的地方，就存在对于电机的需求，也就存在对于功率半导体的需求。

产业集聚：来自美、日、欧的电机与功率半导体企业，受各地工业园区的政策吸引纷纷落地，由此在长三角形成一个联络紧密的产业集群。英飞凌、仙童等外商纷纷在上海、无锡等地设立研发中心，功率半导体的下游应用和研发环节紧密结合，行业know-how在区域间加速流转。

人才基础：908、909前后两大国家工程，为长三角的芯片产业培养了大量人才，其中很多人被派遣或主动出国学习，在学习了先进的技术理论经验后又回到长三角。世纪之交的新加坡特许半导体，是当时中国芯片人才的培训地和聚集地。新加坡政府为吸引优秀的青年，专门在苏州工业园等地设点招聘，并给予人均1500～2000美元左右的安家费。

三个条件作用之下，华虹成为全球第一个8英寸功率半导体代工厂，并在十年间逐渐建立起了工艺平台。沿着功率半导体的产品路线图，先是推出中低压MOSFET，然后是中高压IGBT，芯片耐压升高，电路结构复杂化，良率也逐渐增加，日臻成熟。

2011年，华虹基本奠定了功率半导体代工的优势地位。当年，功率半导体中的分立器件出货累计超过200万片8英寸晶圆，居全球首位。同时，华虹的1200V高压IGBT产品成功量产。在两类应用范围最广的功率半导体，华虹建立起完整、成熟、优质的代工产能。

2011年是华虹发展历史上的一个关键节点

接下来，围绕功率半导体的国产化替代，两派人马先后与华虹的产能结合，形成了今天长三角的产业格局。

长三角的功率半导体人才，基本可分为两派：

一派是以华润微为代表的“908派”。早在1989年，中央设立华晶公司承担芯片攻关任务，当时专门从永川24所引进人才，开始着手研究功率半导体中的MOSFET[1]。后来华晶因承接“908”工程背上沉重的负债，继而转为华润微。不同于专注于功率半导体代工的华虹，华润微主营设计制造封测一体的IDM。

长时间的经营中，华润微培养了大量人才。承接国家工程是一个高强度技术学习的过程，众多年轻的工程师被派到国外学习功率半导体的设计和制造。受民间经济的吸引，许多人才下海创业。

新洁能的创始人朱袁正，便是其中的一个典型。他早在1988年进入华晶，然后被分配到新成立的MOS厂，其后留学新加坡、在外商工作、又回到华润微研发IGBT，在吸收了国外和本土的充足经验后，于2009年下海创业，在江苏封测巨头长电的支持下成立了新洁能。

另一派是海归派。这一派大多为曾在海外功率半导体大厂工作的人才，如德国的英飞凌、美国的国际整流器公司、日本的瑞萨等。他们在国外工作多年后，掌握了功率半导体的核心知识和经验，回到长三角创业。

斯达半导的创始人沈华是这一派的典型。他博士毕业后，先后工作于英飞凌和国际整流器公司，2005年回国创立斯达，瞄准彼时尚属空白的IGBT功率半导体市场。

无论是本土的“908派”，还是海归派，当他们积累了充足的技术经验下海创业，在功率半导体产业的首选，都是先做一个纯设计厂商。功率半导体的设计对于先进的EDA工具和IP依赖没有数字芯片那样严重，主要依靠“老师傅”的经验，因而纯设计正好可充分发挥创业者的优势。

在没有功率半导体代工厂之前，拥有设计能力的人只能依附于IDM。华虹形成的代工能力，恰当其时为这些创业者提供了一个很好的选择。因其有三点优势：

分工深化：华虹形成了数个通用的工艺平台，如此，设计厂得以在设计环节精进，专注于对于下游市场的研究，而华虹的工艺平台经过多个设计厂的历练，可靠性也逐渐增强。

供应链配合紧密：华虹四个厂分处于上海和无锡，与江浙沪的设计厂空间距离很近，供应链协调便利，出了什么问题，可以很快处理，地处无锡的新洁能，与华虹12英寸厂只有三个红绿灯的距离。

联合研发：也因为距离很近，设计厂与代工厂之间联合研发，较容易同步思路。

2010年后，在制造业经营困难，力求降低成本的大背景下，关键元件的国产化替代悄然展开。凭借上述的三个优势，华虹与“908派”和海归派合兵一处，功率半导体领域的国产化率逐渐提高。同时，华虹从中赚取到足够的利润，得以有能力在2018年开建12英寸晶圆制造厂，在完成功率半导体的品类覆盖后，开始了工艺制程的追逐。

到2019年科创板设立，长三角的功率半导体产业又迎来一轮新的发展机遇。资本开始大规模涌入芯片产业，为那些实力较弱的功率半导体设计厂进入新市场提供了充足的弹药。

同一时间，中国迅猛发展的新能源汽车产业，也为本土的功率半导体厂商提供了充足的下游需求：

认证时间缩短：汽车芯片大短缺，让本土车商意识到了供应链安全的问题，以往的认证流程大幅缩短了不必要的等待时间，国产功率半导体厂商获得了更多更快的认证机会。

单车功率半导体品类增加：汽车由内燃机驱动转为电驱动，装载的功率半导体数量、品类和价值大幅增加，占总的半导体成本比例由20%升至超过一半，车载充电器、车载空调、充电桩和电机控制器对于功率密度和产品规格的要求逐渐提升，为厂商提供不同层次的机会。

功率半导体在新能源汽车中的应用，来源：国金证券

车型升级带动价值上升：随着中国的造车新势力在高档位电动车据有一席之地，车型升级带来了车内功率半导体的“消费升级”，比亚迪的汉EV和蔚来的ET 7都用上了性能强劲的碳化硅功率模块，为的是追平、甚至赶上特斯拉的百公里加速体验，本土车商在产品规格上的积极尝试，将为厂商提供提供更多想象空间。

毫不夸张的说，功率半导体对于新能源汽车的意义，不亚于电池，也正是因为其重要性，在全球晶圆制造产能紧缺的市况下，功率半导体的供应链安全，正在成为设计厂严肃思考的问题。

为保证产能供应，设计厂采取了三个措施：

一是加强与华虹的合作，斯达与华虹在12英寸上的IGBT达成了战略合作；

二是在华虹之外再找供应商，新洁能对于华虹的代工采购比例逐年降低，增加海外厂商作为二供，以减少供应链风险；

三是直接建工厂，斯达是设计厂中转型最为激进的，于今年初募资20亿元购买光刻、显影、蚀刻等设备盖厂，设计产能36万片功率半导体，用于高压特色工艺和碳化硅。

这标志着，长三角功率半导体的新生代羽翼渐丰，开始运用资本市场的力量，从纯设计厂变为IDM，以打群架的方式向全球功率半导体巨头发起冲击。同时，提携了众多设计厂的华虹面临挑战，被逼着往上提升，做更多的差异化布局。

当下，芯片产业的国产化替代早已是深植在人们心中的一个信念，也是一个不争的正在发生的事实。

可以说，发展到今天，中国芯片产业中的“投降派”，或者说“造不如买”的拿来主义，已经失去了根据地。分布在电子产业上中下游的群众力量，在中美摩擦下早已认清了残酷的现实，认清了方向。

但是，现在又有一派很危险的论调，主张“速胜论”，国产化替代似乎指日可待，到处放卫星，这是极不可取的。

从华虹的案例，我们可以总结出一个规律，中国芯片产业的发展，搞依靠式的发展是没有自主性的，也自然没有希望。但要自主发展起来，就必然是一场“持久战”。要搞赢持久战，就要根植于中国的市场土壤，把朋友搞得多多的，最终以群众路线取得战略性优势，也就有能力与海外厂商分庭抗礼。

同时，华虹的案例也告诉我们，产业的发展节奏与人才的成长周期是相互配合的，不管产业发展的怎么样，人才不能断档。虽然“908”、“909”国家工程一度经营惨淡，先后从先进制程的追逐赛中退下，但两者为长三角地区培育了功率半导体的人才和舞台，在大国角逐的当下，为中国芯片产业的直道加速提供了又一个选项。

因此，国产化的进程，更多的在于观察人才和平台的培育和发展，而不是工艺的日程表。

毕竟，存地失人，人地皆失，存人失地，人地皆存。

[1] 特别说明：在《“廉颇”华润微》一文发出后，曾为中国芯片产业做出重要贡献的朱贻玮前辈，专门指出了文中的错误之处，说明了永川24所与华晶MOSFET产品线的关系，在此表现感谢，特此在本文更正。

全文完。感谢您的耐心阅读。

原标题：《历史进程中的功率半导体》

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