一、家電用SOI功率芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
（一）產(chǎn)業(yè)公司及其產(chǎn)品
憑借耐高溫、抗電磁干擾、低功耗、高集成等優(yōu)越性能，SOI功率芯片適合用于空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等家電的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片中。目前市面上只有Toshiba和Infineon兩家公司能夠提供基于SOI技術(shù)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片解決方案。
Toshiba利用SOI技術(shù)研制的500V/1A第一代智能功率芯片（IPD）產(chǎn)品TPD4142K于2005年開始批量生產(chǎn)。2017年，Toshiba又推出了兩款第二代IPD產(chǎn)品TPD4204F和TPD4206F。新一代產(chǎn)品的額定電流提高到2.5A，芯片面積減小了一半。Toshiba的IPD產(chǎn)品主要用于空調(diào)（圖1）、空氣凈化器等家電的風(fēng)扇電機(jī)中。
圖1 Toshiba的IPD產(chǎn)品可用于家用空調(diào)室內(nèi)和室外機(jī)的風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)中（紅框）
Toshiba的IPD產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了逆變器在SOI襯底上的單片集成，集成度較高，其第二代IPD采用“SOP30”封裝后的面積僅為20.0mm x 14.2mm。但是，集成在SOI上LIGBT是橫向器件，其輸出電流較小，因此不能滿足大電流或者高功率的應(yīng)用需求。
與Toshiba相比，Infineon推出的CIPOSTM智能功率模塊（IPM）采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片解決方案在集成度和功率容量方面做了平衡（表1）。Infineon的逆變器中三相逆變結(jié)構(gòu)體硅IGBT和SOI柵極驅(qū)動(dòng)芯片（EiceDRIVER?）是獨(dú)立芯片，通過后道封裝工藝集成在一起（圖2）。
這種電路結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮SOI抗干擾能力和體硅IGBT大功率的優(yōu)勢，大大提升了該電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片在更大電流、更高功率的應(yīng)用能力，例如在家用空調(diào)中，Infineon的EiceDRIVER?除了可以用于風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，也可以用于輸出電流更大（＞4A）的壓縮機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。當(dāng)前，Infineon依托2ED和6ED兩個(gè)EiceDRIVER?柵極驅(qū)動(dòng)芯片系列產(chǎn)品，開發(fā)出超過500種解決方案，能夠滿足空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)、風(fēng)扇、吸塵器等家電電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的需求。
表1 Toshiba和Infineon的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片解決方案比較
圖2 Infineon的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部電路圖，其中SOI柵極驅(qū)動(dòng)電路（紅框）和三相逆變結(jié)構(gòu)（綠框）是獨(dú)立的芯片。
（二）工藝加工平臺
制備SOI功率器件及集成電路通常采用SOI BCD工藝。目前，全球有十幾家公司具備SOI BCD工藝加工能力（表2）。由于以白色家電為代表的家電中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的耐壓能力要求在600V及以上，因此在眾多工藝平臺中，只有NXP、Toshiba和Infineon能夠滿足高壓器件加工需求，另外，這三家公司的SOI BCD工藝平臺的工藝節(jié)點(diǎn)最為先進(jìn)。其中NXP的EZ-HV工藝平臺主要用于生產(chǎn)一體化節(jié)能燈專用驅(qū)動(dòng)芯片，Toshiba和Infineon的SOI BCD平臺則擁有成熟的家電電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片的生產(chǎn)制造和設(shè)計(jì)服務(wù)能力。但就目前來看，Toshiba和Infineon在該領(lǐng)域并不對外提供代工服務(wù)，而是采用IDM的方式提供一整套電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片解決方案。
表2 全球知名廠商的SOI BCD工藝（技術(shù)平臺沒有單獨(dú)命名的統(tǒng)稱為SOI-BCD）
二、我國發(fā)展家電用SOI功率芯片面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)
（一）機(jī)遇：我國家電用SOI功率芯片市場規(guī)模巨大
目前我國大陸已是全球最大的白色家電生產(chǎn)基地，約占全球白色家電產(chǎn)能的60%—70%，其中空調(diào)約占全球80%的產(chǎn)能，冰箱和洗衣機(jī)約占50%左右。如圖3所示，從2013年起，我國白色家電的年產(chǎn)量突破3億臺。近幾年來，盡管白色家電剛需基本達(dá)到飽和，產(chǎn)量趨于穩(wěn)定，但是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有所轉(zhuǎn)化，由傳統(tǒng)的低端產(chǎn)品逐漸向中高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，白色家電行業(yè)消費(fèi)升級趨勢明顯。白色家電，尤其是智能白色家電低功耗化、靜音化和低震動(dòng)化的發(fā)展趨勢將帶動(dòng)SOI功率芯片和模塊的需求增長。本文以我國空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)為代表的白色家電的產(chǎn)量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以Infineon的EiceDRIVER? SOI柵極驅(qū)動(dòng)芯片芯片為代表產(chǎn)品，估算我國家電用SOI功率芯片的市場規(guī)模。假定一臺空調(diào)中需要3顆SOI柵極驅(qū)動(dòng)芯片，一臺冰箱和一臺洗衣機(jī)中各需要1顆SOI柵極驅(qū)動(dòng)芯片，推算出的SOI功率芯片需求量如圖4所示。粗略估計(jì)，2017年僅我國白色家電對SOI功率芯片的需求量就高達(dá)7億顆。如果再加上空氣凈化器、抽油煙機(jī)、吸塵器等多種家電，SOI功率芯片的需求量將突破10億顆。按照Infineon的定價(jià)，每顆SOI功率芯片的價(jià)格在1.24~3.24美元，推測SOI功率芯片的市場規(guī)模在10~30億美元之間。
圖3 2010-2107年我國冰空洗產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)（中商產(chǎn)業(yè)研究院）
圖4 2010-2017年我國家電用SOI功率芯片需求量估算
（二）挑戰(zhàn)：我國家電用SOI功率芯片生產(chǎn)制造能力薄弱
家電用SOI功率芯片是一種定制化的專用芯片，其電路設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜，常常依賴于技術(shù)研發(fā)工程師的經(jīng)驗(yàn)，因此技術(shù)門檻較高。家電用SOI功率芯片供應(yīng)商Toshiba和Infineon采用的是IDM經(jīng)營模式，它們依托自家的SOI BCD加工平臺開展研發(fā)和生產(chǎn)，成功地規(guī)避了專用芯片開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，形成了壟斷優(yōu)勢。對比來看，我國家電用SOI功率芯片生產(chǎn)制造能力十分薄弱，缺乏SOI BCD加工平臺。目前我國僅有華潤上華能夠提供200V SOI BCD代工服務(wù)，但華潤上華尚不具備家電用SOI功率芯片的制造能力。開發(fā)這種新型高壓專用芯片需要花費(fèi)大量的資源和時(shí)間，且開發(fā)出的產(chǎn)品市場前景存在不確定性，因此，以華潤上華為代表的代工廠研發(fā)定制化工藝的動(dòng)力不足。
分析可知，我國發(fā)展家電用SOI功率芯片的當(dāng)務(wù)之急是打造完整的產(chǎn)業(yè)鏈。就當(dāng)前我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，重新組建IDM公司可能性較低，一個(gè)較為可行的方案是SOI BCD代工廠（例如華潤上華）與大客戶（例如格力）共同合作研發(fā)定制化工藝。