国产芯片破局之路：重视技术创新，聚焦差异化策略
2024-05-21
13:31:00
来源: 李晨光
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近年来，随着5G通信、物联网、新能源汽车以及光伏储能等行业的快速发展和渗透率不断提升，这些应用场景引领的需求增长为半导体产业的快速发展提供了核心驱动力，给包括射频和功率器件等在内的细分市场带来较大机遇，市场需求广阔。
· 超结IGBT率先落地
一方面，无线通信市场的快速发展，以及在新技术、新需求、新场景的共同作用下，全方位促进射频芯片市场规模高速增长。另一方面，近年来光伏、储能产业的崛起，新能源汽车的持续渗透为功率电子市场注入了持续动力。
据Yole Development数据显示，预计2025年全球射频前端市场规模将增长至258亿美元，2018年至2025年年复合增速约为8%；全球功率器件市场将从2023年的约230亿美元快速增长到2028年的333亿美元，市场潜力巨大。
在此趋势下，苏州华太电子技术股份有限公司（下文简称：华太电子）作为国产半导体行业的佼佼者，率先在此展开多元化布局，聚焦射频、功率、专用模拟芯片、工控SoC芯片、高端散热材料等多产品线的研发、生产与销售，并提供大功率封测业务，产品广泛应用于通信基站、光伏发电与储能、制造装备、新能源汽车、工业控制等场景。
面对广阔的市场前景和激烈的行业竞争态势，华太电子依托多年积累的产品和技术优势，以差异化竞争为创新策略，充分挖掘市场与客户需求，并融合全产业链布局理念，旨在引领国产芯片产业的新突破。
国产芯片厂商的破局秘钥
· 超结IGBT率先落地
从华太电子的布局中不难看到，其拥有着半导体产业链多环节底层核心技术、多领域布局协同发展的全面布局优势。
其中，超结IGBT作为功率业务的核心，就是华太电子向市场出击的一把“利刃”。
众所周知，功率半导体是半导体领域的重要组成部分，是电力电子应用装备的基础和核心器件，尤其是在大功率、大电流、高频高速、低噪声等应用领域起着无法替代的关键作用。
近年来，随着新能源产业的兴起和功率半导体技术不断升级，作为核心器件之一的IGBT应用领域不断拓展，广泛应用于光伏发电、储能、新能源汽车、充电桩和工业控制等领域。
自IGBT问世以来，通过不断的技术创新，产品已经历了7代的迭代发展，器件的可靠性、应用频率和功率损耗等均有了很大提升。
但是，随着科技不断进步，传统的IGBT结构和技术越来越接近其理论极限，沿着现有IGBT路径，进一步提升器件性能变得困难。因此，IGBT行业开始不断涌现出新的技术，旨在提升器件的性能和可靠性。
被誉为“功率MOS里程碑”的超结技术，近年来逐渐被引入IGBT领域，超结IGBT结合了场FS-IGBT和超结结构的优点，可在更短漂移区长度下实现高耐压和低损耗，为IGBT性能的进一步提升提供了新的思路。
在这一创新技术路径下，华太电子走在了超结IGBT技术和产品规模化量产的前列。
据了解，早在2018年华太电子就开始在此展开技术研发，至今已经走过了近6年的时间，其超结IGBT产品已实现规模化量产和性能迭代。
华太电子IGBT相关负责人向笔者表示，超结IGBT是一种通过改变IGBT芯片结构来提高IGBT性能的技术方向，通过在IGBT芯片漂移区中引入交替排列的P型和N型半导体区域，引入“超结”的结构。这种结构能够有效地改善芯片内部的电场分布，使得芯片的承压能力进一步加强。同时，超结技术还能够降低IGBT芯片的导通压降，提高其导电效率，从而减少了能量损耗和发热量。
相较与传统FS IGBT，超结IGBT可完美实现高耐压、低通态压降的电学特性，优势明显：
低导通压降：在同样的反向承压能力下，超结IGBT具有更薄的漂移区，可有效降低芯片导通压降；
低开关损耗：漂移区的超结结构能够加速空间电场建立速度，有效提升器件开关速度，进而降低开关损耗；
高转换效率：一代产品与英飞凌H5系列IGBT相比，静态导通损耗降低10%，动态开关损耗降低15%，效率更高。二代产品相较于英飞凌H7，静态导通损耗降低1.4%，动态关断损耗降低64%，综合性能提升59%，其优异的开关性能可满足更高频率的应用需求（>100kHz）。
产品和技术的优势其真正的价值在于给客户带来多少收益。据了解，超结IGBT具备高频工作能力，促使电力变换系统具有更小的被动器件尺寸、更优化的散热方案、更简单的拓扑和更轻量、更低的成本等，通过差异化技术路线为客户带来实际价值。
在诸多优势加持下，华太电子量产的650V超结IGBT产品目前已在光伏、储能、电池充电等领域取得较快应用进展。
据悉，在华太电子二代超结IGBT量产后，凭借在高频性能方面的突出优势，正在进行技术方向的探索，瞄准原来用超结MOS器件的应用场景，例如光伏逆变、充电模块、不间断电源、工业驱动、OBC等领域，目前在客户端已经取得初步成效。
谈到未来产品规划时，华太电子表示，前期产品开发主要以650V电压段为主。但由于整个电力电子应用涉及更多的电压平台，后续将向两个方向发展：一是围绕全系列做开发，由最开始的650V，向750V、950V、1200V等电压等级拓展；第二个方向是侧重在电流等级方面，开发更多不同电流等级的产品。除此之外，由单管IGBT向模组产品演进，以适配大功率模组的应用需求。
综合来看，作为国内首家推出超结IGBT的企业，华太电子率先成功的商业化应用为IGBT的发展创新提供了很好的指引，在诸多新兴产业的需求牵引下，进一步推动功率电子市场不断向前迈进。
除此之外，华太电子还具备业界领先的FS IGBT、IGBT和SiC模组研发能力，配合先进的全自动化模块封测基地，致力于打造优异的IGBT和SiC模块产品。
· 射频器件“大本营”
超结IGBT这个“杀手锏”之外，射频产品才是华太电子最早起家的“大本营”。
回顾其发展历程能发现，自2010年成立之初，华太电子就聚焦在射频PA领域，开发RF LDMOS工艺器件。
2015年，量产国内首创GSM基站的大功率射频功率芯片；
2017年，量产国内首创4G LTE基站的射频功率芯片；
2018年，RF LDMOS年出货量超过2000万颗；
2021年，LDMOS芯片出货量突破1亿颗；
2022年，在自己封测工厂瑶华封测ACS射频大功率产品，量产100w颗；
2023年，RF大功率ACS封装 (GaN& LDMOS)出货量超420万只，射频PA器件发货超1.7亿颗...
能看到，多年来的每一步进展都宣告着，华太电子在射频业务上取得的“里程碑”。
作为无线通讯的技术关键，射频技术的创新成为推动为万物互联行业发展的核心引擎。伴随着5G网络商用、物联网和宽带专用网络的迅速发展，高速、低延迟的通信需求推动了先进的射频芯片研发和生产，成为推动行业快速增长的重要动力。
其中，射频功率放大器（PA）作为射频前端中的重要器件，其性能直接影响了信号的强弱、稳定性、功耗等重要因素，决定着用户体验和节能降耗。PA核心参数包括增益、带宽、效率、线性度、最大输出功率等，众多平衡的性能指标非常考验设计能力。
随着技术和市场需求的不断迭代，对射频PA的技术性能需求再次拉升，需要PA有更高的工作频率、更高的功率、更大的带宽，同时模组化的到来也需要PA设计满足高集成度模组化的需求。
在市场需求和技术要求的双重驱动下，包括PA在内的射频芯片逐渐发展为成长最快的方向之一。Yole此前曾预测2025年PA市场规模将达到104亿美元，市场空间广阔。
然而，现阶段全球射频芯片市场主要被美日大厂占据，形成了寡头垄断格局。国内射频芯片厂商起步较晚，但今年在政策支持和市场需求的推动下，射频器件各细分赛道涌现出许多新创公司，国产射频器件取得较快发展，在某些领域已经可以替代国际厂商同类产品。
以射频芯片起家的华太电子，便是其中的佼佼者。
据华太电子射频产品线负责人介绍，华太电子自2010年开始就致力于LDMOS工艺的研究，针对不同场景开发产品方案，主要分为MIMIC、分立器件、宽带专网三个产品部。前两者用于运营商客户的公网通信；宽带专网则针对对讲机、射频解冻加热、医疗设备/制造装备射频源等专网领域。
同时，华太电子也在对GaN产品加大研发投入，通过整合这多种互补技术并采用创新架构，能够为移动通信小型基站、mMIMO基站和移动通信宏站市场提供解决方案。
华太电子的射频芯片基于完全自主知识产权的LDMOS工艺平台，已经实现了规模化量产。其中，基于高性能低成本的LDMOS MMIC工艺，华太电子设计了高性能射频功率放大器芯片，实现了高效率、宽带和完备的50欧姆输入输出匹配功能。这一努力也使产品实现技术领先，已经在通信小基站领域量产发货超过600万颗！
在面向mMIMO和Macro RRU宏站等公网通信场景的LDMOS分立器件和GaN分立器件部分，华太电子开发的60W、80W的Sub-1G产品，过去两三年发货量超过百万颗，销售额达几亿规模。
尤为值得关注的是，在宽带专网领域，华太电子为此推出了拳头产品2K0，满足行业客户需求。
据了解，2K0是基于华太电子的65V LDMOS平台开发出的射频PA，单芯片支持2000W以上的功率输出、提供30dB增益，峰值效率高达88%，能够给客户带来成本、效率和供应链安全等诸多优势，更好地满足医疗设备、制造设备射频源等应用需求。据悉，该方案在行业内很受欢迎，供不应求。
综合来看，华太电子十多年来持续深耕射频市场，拥有了诸多核心专利，2015年就开始在头部客户开始出货。随着时间迭代，从28V到50V再到65V LDMOS平台，工艺平台越做越成熟，2019年小站和Sub-1G宏站产品在国内头部客户取得重大突破，出货量大幅提升。
而华太电子之所以能取得技术和市场上的双重进展，取决于多方面优势因素：
虚拟IDM模式：与国内大部分友商的Fabless模式相比，华太电子是虚拟IDM公司，即很早就与FAB厂展开紧密合作，打造28V/50V/65V LDMOS工艺平台的核心专利，以及在材料、封测业务方面的布局。形成了从芯片设计到晶圆制造，从封装测试到量产发货，每个环节都有核心的战略布局和竞争力，能够做到全流程的自主可控和国产化，为客户提供安全的供应链条。
团队&产品优势：华太拥有业界领先的模型团队、芯片设计团队和技术支持团队，综合起来打造了华太的产品优势和技术竞争力。
客户认可：通过长期以来积累声誉和信用，促进了头部客户对华太电子的认可和支持，推动出货量提升。进而通过产业链上下游企业的紧密合作，提高整个行业的竞争力。
国际环境：同样借助国际大环境的推动，带动国产厂商的技术和市场演进。
这些既是华太电子射频产品线的一大特色，也是其功率产品的优势所在。华太电子凭借自有核心工艺平台、产品性能、可靠性、全产业链布局等方面的差异化优势，帮助客户赢得市场。
针对接下来的产品规划，华太电子表示，未来将围绕技术演进和市场需求双轮驱动来做选择，继续聚焦射频PA产品，在芯片体积、功率密度、可靠性和易用性等方面进行不断优化迭代，给市场和客户带来价值，持续提升自身市场份额。
纵观当前行业现状，在射频领域参与竞争的国内芯片企业数量日益增加。然而，在一个本应该很好的国产替代良机下，却更多呈现出“替代国产”之势，国内射频芯片同质化现象严重，国内PA产品大多停留在中低端应用，布局高端应用的厂商不多。
对此，企业需要具备强大的技术实力和供应链整合能力，还需要关注市场需求的变化，加强产品差异化研发，提高自身的竞争力才能在市场中立足并取得成功。
正是如此，华太电子在射频领域的全流程布局和差异化优势，或将提高国内厂商布局高端PA的信心，在射频PA领域实现国际领先。
选择与聚焦，是一家企业的智慧
然而除了在射频和功率业务上的布局外，华太电子还相继拓展出了模拟芯片、专用SoC、高端散热材料等产品业务，形成多产品线协同发展之势，突出其全面布局能力和竞争优势。
华太电子模拟产品线负责人对此表示，在做射频和功率器件过程中，光伏逆变和储能行业的诸多客户对模拟芯片和主控芯片也提出了使用需求，在此情形下，华太电子以客户需求为牵引，在已有的两大拳头产品线的基础上，相继开拓出对应的产品方案为行业客户赋能，进一步满足客户的差异化需求。
· 模拟芯片，迎来快速输出期
在模拟芯片领域，华太电子延伸出了HAD驱动保护类、HAB电池管理类和HAP电源类等三大模拟产品线，产品包括PA控制器、电源芯片、功率驱动与保护和BMS AFE等芯片。
据悉，目前多个产品线已有产品批量出货或即将迎来发布销售，经过几年的技术和核心IP的积累，2024年华太电子在模拟产品领域将迎来产品快速输出期。
华太电子强调，当前随着国产模拟芯片技术提升及进口替代需求，该市场正在快速增长。但模拟产品种类繁多，华太电子聚焦在大客户和已有市场去做针对性拓展，不会轻易跳到新的陌生领域。
也正是基于这样的公司战略，随着技术和市场的不断变化和演进，华太电子在深入了解市场痛点和洞悉客户需求过程中，看到了发展模拟芯片的契机，以此来进一步满足客户需求，帮助其打造差异化优势。
例如在国产进程较慢的数模混合和高压系列产品方面，华太电子模拟团队凭借多年来的技术积累，工艺方面的know how和对于数模混合能力的掌控，借助于市场变化和团队实力，形成了华太电子在模拟芯片领域产品规划的路径。
未来，华太电子的模拟产品将主要围绕上述三个方向继续深耕，加强产品系列化过程，向更高电压、高集成等方向发展，同时结合客户需求不断迭代，打造差异化产品，丰富产品组合。
· 主控MCU，打破国际垄断
伴随物联网、通信技术不断演进，产业链日趋成熟背景下，MCU芯片作为终端控制节点和嵌入式应用的核心器件，变得愈发重要。
与此同时，在工业与新能源领域，主控芯片MCU市场长期以来被TI垄断，单一供应链存在较大风险。
在此情形下，客户的更多需求让华太电子看到了新的机会点。
2020年，华太电子开始在此展开动作，组建完善的SoC团队进军实时控制处理器市场，经过两三年的历练和磨合，2023年华太MCU芯片已完成流片回测，2024年上半年产品进入量产。
据华太电子SoC产品线负责人描述，目前国内MCU友商大部分对标的是ST的通用型MCU，而华太电子推出的MCU则类似于TI的专用MCU，聚焦工业变频、新能源行业应用等特定市场，在外设，加速器等方面进行针对性优化。并且能够与华太电子自身的射频、功率产品搭配形成战略协同，在细分领域形成整合方案为客户更好赋能。
“针对工业和新能源领域的MCU市场，华太电子虽然起步晚但也有后发优势”，华太电子表示，作为后来者，公司可以根据现有的市场需求和应用痛点进行优化和提升，比如在ADC精度差不多的情况下，华太电子MCU采样速率可以做到2倍以上；通过提高主频来提升环路性能，在客户测试、性能验证过程中，展现出华太电子MCU产品的优势和竞争力；以及外设使用上的便利性和灵活性进行调整，更好地满足客户需求。
据悉，目前华太电子正在规划中高端MCU芯片，通过开发系列产品，丰富MCU矩阵。同时在AI浪潮下，华太也计划在MCU端提升边缘计算的能力，为客户提供更好的平台，拉开与竞争对手的差距，建立自己的护城河。
回顾华太电子发展历程能看到，在万物互联的需求指引下，射频作为其大本营，体现了对器件工艺的know how，基于底层技术的相通性，从射频向功率器件的拓展是工艺技术的横向牵引，进而将应用场景从万物互联拓展至新能源和工控行业。
多年来，华太电子围绕这两大领域继续深耕，根据客户需求和市场形势，逐渐发现了比如模拟芯片和实时控制MCU等在内的更多新的机会点，由此延伸出了模拟芯片和专用SoC芯片等产品线，旨在特定领域打造产品矩阵和差异化竞争力。
同时，华太电子也在大力布局高端材料市场，聚焦大功率半导体器件散热及封装材料的研发和制造，其高端热沉材料具有国内领先优势，应用于射频、功率半导体封装领域；还拥有领先的ACS管壳，打破国外垄断；铜复合材料、氮化硅陶瓷、封装胶水等核心封装材料，保证客户供应安全，提高高端散热材料的国产化能力。
整体来看，华太电子围绕底层核心技术、产品线布局、公司战略和客户痛点需求等多方面协同配合，每个环节的核心价值点都有自身的核心技术优势，最终形成了客户-产品-底层技术的良性循环。通过深入发掘市场痛点、了解客户需求、多产品线协同布局，以此来提升产品性能和效率，帮助客户解决痛点问题，提升产品竞争优势。
结语
当前，半导体行业正在经历新一轮的周期波动，随着终端市场出现结构性回暖，整体产业目前正迎来复苏势头，半导体行业释放出暖意。与此同时，近年来随着国际贸易关系的持续波动，国产半导体也在波折中迸发出新生机。
在行业与市场的挑战下，5G、AI、新能源等新技术应用增强了产业链的需求和韧性，同时结合当前芯片国产化趋势的浪潮，国产厂商迎来新的发展机遇。
华太电子跻身其中，在万物互联和新能源市场的时代浪潮中，致力于通过长期的技术积累与创新，构建起完善的射频、功率、SoC、模拟产品线布局及材料、封测等全流程业务体系，为客户提供高性能、高可靠性的差异化产品及解决方案。
纵观行业现状，对国内厂商来说，老将新兵正争相涌入。在市场、技术、产品都已“整装待发”的大环境下，除了需要不断提高自身核心竞争力外，还要沉下心来，一步步持续演进和迭代，坚持下去才有机会实现新的突破。
环顾当下，华太电子率先吹响了大举进攻市场新蓝海的号角。
责任编辑：Ace
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