SiC 具有大禁帶寬度、高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、高飽和漂移速度等優(yōu)良特性，目前已經(jīng)成為半導(dǎo)體領(lǐng)域最火熱、最具前景的材料之一。
最近，芯八哥“走進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈”欄目記者采訪了國(guó)內(nèi)碳化硅IDM的新銳企業(yè)杰平方半導(dǎo)體副總經(jīng)理黃宏留，探討在碳化硅爆發(fā)式發(fā)展的大背景下，杰平方半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)的突破之道。
專注高壁壘市場(chǎng)，產(chǎn)品已經(jīng)在汽車、光伏等領(lǐng)域批量出貨
據(jù)了解，杰平方半導(dǎo)體成立于2021年，是一家聚焦車規(guī)芯片和第三代半導(dǎo)體的IDM廠商；诤诵膱F(tuán)隊(duì)逾三十年豐富的業(yè)界經(jīng)驗(yàn)，杰平方已向市場(chǎng)推出了多個(gè)系列的高性能碳化硅（SiC）、模擬信號(hào)鏈等前沿產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于光伏、儲(chǔ)能、新能源汽車等領(lǐng)域。
在新能源汽車領(lǐng)域，碳化硅主要用于主驅(qū)逆變器、車載充電系統(tǒng)(OBC)、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(車載DC/DC)和非車載充電樁等領(lǐng)域。根據(jù)Wolfspeed公司的預(yù)測(cè)，到2026年汽車中逆變器所占據(jù)的碳化硅價(jià)值量約為83%，是電動(dòng)汽車中價(jià)值量最大的部分。其次為OBC，價(jià)值量占比約為15%；而DC-DC轉(zhuǎn)換器中SiC價(jià)值量占比在2%左右。此外，電動(dòng)汽車充電樁也是SiC器件的一大應(yīng)用領(lǐng)域。
從上車情況來(lái)看，隨著近年來(lái)800V高壓平臺(tái)布局的加速，目前除特斯拉Model Y/Model 3外，行業(yè)內(nèi)包括比亞迪漢EV/唐EV、蔚來(lái)ES7/ET7/ET5、小鵬G9、理想L9、小米SU7、保時(shí)捷Tayan等車型也已經(jīng)在電驅(qū)中采用了碳化硅器件。在國(guó)內(nèi)外車企紛紛布局 800V 高壓平臺(tái)的趨勢(shì)下，碳化硅在汽車領(lǐng)域未來(lái)有望獲得更大規(guī)模的增長(zhǎng)。
杰平方副總經(jīng)理黃宏留表示：隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)變革的加速，全球新能源汽車迎來(lái)了快速發(fā)展，尤其在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，目前比亞迪等廠商已經(jīng)成為全球新能源汽車行業(yè)的引領(lǐng)者。在主機(jī)廠碳化硅相關(guān)車型出貨量的不斷帶動(dòng)下，800V碳化硅在主驅(qū)的整個(gè)滲透率也在不斷提高。根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，到2029年國(guó)內(nèi)新能源汽車800V的滲透率可達(dá)到66%，相關(guān)銷售額將上升為70億美金，整個(gè)市場(chǎng)將會(huì)迎來(lái)巨大的發(fā)展機(jī)會(huì)。
基于對(duì)市場(chǎng)需求的深刻認(rèn)知，杰平方針對(duì)主驅(qū)逆變器、OBC、DC/DC和充電樁等快速增長(zhǎng)的細(xì)分市場(chǎng)目前都已經(jīng)研發(fā)了相關(guān)系列的產(chǎn)品。其中，在主驅(qū)逆變領(lǐng)域，公司研發(fā)了JPM120008、JPM120012等系列產(chǎn)品；在OBC及DC/DC領(lǐng)域，公司也推出了JPM120020B4、JPM120040B4、JPM120040B4、JPM120080B4、JPM1700650B3等系列產(chǎn)品；而在充電樁領(lǐng)域，公司的JPM120020B4、JPM120040B4、JPM1700650B3等系列產(chǎn)品可滿足下游客戶的多樣化需求。
具體來(lái)看，JPM120008是杰平方推出的主要為新能源汽車電驅(qū)方面而開發(fā)的一款1200V/8 mΩ的主力產(chǎn)品，它擁有更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，在技術(shù)參數(shù)上全面對(duì)標(biāo)國(guó)際一流廠商水準(zhǔn)，能夠讓主機(jī)廠在很大程度上降低整個(gè)系統(tǒng)的成本；而JPM120040是杰平方推出的一款N-溝道增強(qiáng)型SiC MOS產(chǎn)品，電壓為1200V，導(dǎo)通電阻為30mΩ，和業(yè)內(nèi)競(jìng)品相比下降了30%。此外，該產(chǎn)品還具有高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度、容易驅(qū)動(dòng)與并聯(lián)、高雪崩耐量等特點(diǎn)，可以為車載 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、車載充電器 (OBC)等領(lǐng)域降低冷卻要求及系統(tǒng)成本的同時(shí)，提高其系統(tǒng)效率與功率密度。
雖然公司是21年才成立，但發(fā)展至今，整個(gè)發(fā)展進(jìn)程已經(jīng)超越絕大部分初創(chuàng)公司。在汽車方面，現(xiàn)在我們已經(jīng)在OBC領(lǐng)域批量出貨，合作廠商主要包括長(zhǎng)安、一汽紅旗等。而汽車主驅(qū)產(chǎn)品由于技術(shù)壁壘較高，因此整個(gè)研發(fā)及周期會(huì)比較長(zhǎng)，我們?cè)谶@上面整個(gè)研發(fā)已經(jīng)差不多兩年，目前已在加速推進(jìn)當(dāng)中，預(yù)計(jì)2024年二季度左右會(huì)ready，第三季度左右會(huì)發(fā)布，驗(yàn)證完成后就會(huì)上車。當(dāng)然除了主機(jī)廠外，我們也和均勝電子等頂級(jí)的Tier1廠商合作，通過(guò)定制車規(guī)模擬芯片，探索全球供應(yīng)鏈之外的補(bǔ)充機(jī)制，以打造新的芯片可替代方案。
黃宏留說(shuō)。
資料來(lái)源：杰平方半導(dǎo)體
而在光儲(chǔ)領(lǐng)域，碳化硅器件可以讓發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率從硅基的96%提升至SiC MOSFET的99%以上，能量損耗降低50%，設(shè)備循環(huán)壽命最大可提升50倍，這使得光儲(chǔ)逆變器擁有更大替換碳化硅的動(dòng)力。
針對(duì)光儲(chǔ)微型逆變器、組串式逆變器等廣大的光儲(chǔ)新能源市場(chǎng)，杰平方目前也已經(jīng)推出了JPS120002E201、JPS120005E201、JPM120020B4、JPM120040B4、JPS120020B301、JPS120030B30、JPM1700650B3等多個(gè)系列的產(chǎn)品。
以JPM120020B為例，該產(chǎn)品是杰平方自主研發(fā)的1200VSiC MOSFET功率器件，支持耐壓值1200V，導(dǎo)通阻抗20mΩ，耐高溫特性，穩(wěn)定工作溫度高達(dá)175℃；在工藝上，該產(chǎn)品采用先進(jìn)的減薄工藝，具有優(yōu)異的低阻抗特性，能夠減小器件的能量損耗；此外，該產(chǎn)品還具有開關(guān)速度快，損耗低，易于并聯(lián)的特點(diǎn)，非常適合導(dǎo)通電流更大、阻抗更低的光伏逆變等應(yīng)用。
黃宏留指出：目前，在微型逆變器業(yè)務(wù)領(lǐng)域，我們主要以碳化硅的二極管產(chǎn)品為主，通過(guò)用碳化硅二極管替代傳統(tǒng)硅二極管產(chǎn)品，讓輸出二極管的功率損耗下降50%以上，可以幫下游客戶最大程度較低生產(chǎn)成本；而組串式逆變器主要采用碳化硅二極管+碳化硅 MOS的組合方案，不僅能夠承載的功率更高，而且也能讓逆變器體積做的更小。從出貨來(lái)看，碳化硅二極管由于技術(shù)門檻相對(duì)比較低，現(xiàn)在我們?cè)谏钲谝约敖阋粠е髁鞯墓鈨?chǔ)客戶上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量出貨，而組串式逆變器產(chǎn)品目前我們也已經(jīng)在快速導(dǎo)入之中，也是公司現(xiàn)在主要的一個(gè)出貨方向。
產(chǎn)能達(dá)24萬(wàn)片/年！小米產(chǎn)投加持助力其加速發(fā)展
近年來(lái)，隨著碳化硅器件產(chǎn)能及良品率的不斷提升，其成本得到了顯著下降，這不僅進(jìn)一步加速了碳化硅在各大行業(yè)商業(yè)化的進(jìn)程，也讓碳化硅行業(yè)迎來(lái)了產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的甜蜜點(diǎn)。
市場(chǎng)規(guī)模方面，根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2022年全球碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模為17.94億美元，預(yù)計(jì)未來(lái)6年將保持31%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，到2028年其市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到89.06億美元。
值得注意的是，目前碳化硅市場(chǎng)仍然以汽車應(yīng)用為主導(dǎo)，在2022年以12.56億美元的規(guī)模占整體市場(chǎng)的比例達(dá)70%。在新能源汽車爆發(fā)式增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，市場(chǎng)對(duì)SiC器件的需求空前高漲，尤其是隨著主驅(qū)逆變器采用碳化硅的車型越來(lái)越多，將消耗掉全球大部分SiC襯底產(chǎn)能，全球襯底產(chǎn)能將持續(xù)緊缺。
在這種大背景下，產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)約訂單的形式開始不斷出現(xiàn)。下游主機(jī)廠通過(guò)和芯片供應(yīng)商、Tier1簽訂長(zhǎng)約，不僅可以提前鎖定未來(lái)3-5年的產(chǎn)能，避免芯片短缺的情況出現(xiàn)，而且還可以把批量采購(gòu)價(jià)可降至硅基IGBT的2.0-2.5倍，讓碳化硅大規(guī)模上車從理論成為現(xiàn)實(shí)？梢钥吹，目前包括特斯拉、奔馳、寶馬、比亞迪、Stellantis等國(guó)際大型車企都在爭(zhēng)相與Wolfspeed、英飛凌、意法半導(dǎo)體等芯片廠商建立長(zhǎng)期的碳化硅芯片供應(yīng)協(xié)議，行業(yè)內(nèi)各種10億美元以上的大訂單已經(jīng)屢見不鮮。
業(yè)內(nèi)周知，功率SiC IDM 仍是其主流商業(yè)模式，而6英寸是龍頭廠商的主流SiC晶圓尺寸。在供不用求的刺激下，行業(yè)內(nèi)已有多家公司基于這一成熟平臺(tái)有多種產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃。目前，Wolfspeed 是全球唯一一家在 8 英寸平臺(tái)上進(jìn)行部分生產(chǎn)的廠商，盡管多家廠商已宣布打算遵循這一戰(zhàn)略決策，但從規(guī)劃到最終落地仍有眾多難關(guān)需要攻克。
作為碳化硅的新銳企業(yè)，杰平方也以IDM作為其商業(yè)模式，并且計(jì)劃總投資額約港幣69億元，在香港元朗興建年產(chǎn)量24萬(wàn)片的8英寸碳化硅晶圓廠。值得一提的是，該項(xiàng)目是香港歷史上設(shè)立的第一家具有大規(guī)模量產(chǎn)能力的半導(dǎo)體晶圓廠，反映出本屆特區(qū)政府對(duì)前沿科技的重視以及對(duì)杰平方企業(yè)實(shí)力的認(rèn)可。
黃宏留表示：我們公司的創(chuàng)始人俎永熙博士，是中國(guó)第一批從美國(guó)回來(lái)的半導(dǎo)體核心人員之一，也是中芯國(guó)際的聯(lián)合創(chuàng)始人之一，為中國(guó)半導(dǎo)體從0到1的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。作為一個(gè)在晶圓制造方面擁有多年經(jīng)驗(yàn)的老兵，他認(rèn)為在碳化硅這個(gè)行業(yè)一定要有自己的工廠，才能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中脫穎而出。因此，基于公司創(chuàng)始人本身在行業(yè)的資源，目前杰平方也在積極興建自己的碳化硅工廠。我們的工廠是8英寸的，設(shè)備的要求以及工廠自動(dòng)化程度要比6英寸要更高。當(dāng)前晶圓廠的各項(xiàng)工作已經(jīng)在按計(jì)劃在推進(jìn)當(dāng)中，預(yù)計(jì)到2025年年底左右就能夠?qū)崿F(xiàn)初步量產(chǎn)。一期的產(chǎn)能約為24萬(wàn)片/年，基本上可以支持到200萬(wàn)輛新能源汽車的需求。
基于碳化硅未來(lái)良好的市場(chǎng)發(fā)展前景，目前除了意法半導(dǎo)體、英飛凌、安森美等傳統(tǒng)功率器件大廠紛紛在碳化硅領(lǐng)域發(fā)力外，行業(yè)內(nèi)各細(xì)分市場(chǎng)的初創(chuàng)企業(yè)也層出不窮。
在談及公司的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)時(shí)，黃宏留指出：杰平方的一個(gè)核心的優(yōu)勢(shì)就是有自己的工廠，這也就意味著公司擁有很強(qiáng)大的一個(gè)工藝能力。我們不是一個(gè)純粹的設(shè)計(jì)公司，我們有自己的工藝團(tuán)隊(duì)，所以公司是會(huì)設(shè)計(jì)跟工藝聯(lián)結(jié)合起來(lái)，達(dá)到一個(gè)良率及產(chǎn)品性能上的最優(yōu)化。如果在量產(chǎn)的過(guò)程中出現(xiàn)任何問(wèn)題，我們都能得到快速及時(shí)的解決，而這是其他公司很少能具備的能力；第二個(gè)就是我們的團(tuán)隊(duì)在建廠方面是非常有經(jīng)驗(yàn)的，我們現(xiàn)有的團(tuán)隊(duì)里面，總共在全球建了13座晶圓廠，這里面基本上都是以先進(jìn)工藝為主，因此我們?cè)谶@一塊有很深的積累，能夠按照半導(dǎo)體發(fā)展的規(guī)律來(lái)推進(jìn)公司的各項(xiàng)工作，盡管在我們也會(huì)在推進(jìn)進(jìn)程中面臨各種各樣的挑戰(zhàn)，但是你有過(guò)成功經(jīng)驗(yàn)，就知道如何去規(guī)避及解決實(shí)際運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題；第三個(gè)在應(yīng)用方面，我們不僅非常了解下游客戶的需求，而且也能根據(jù)市場(chǎng)的技術(shù)演進(jìn)，前瞻性的做一些降本增效的技術(shù)升級(jí)與創(chuàng)新，這將加速公司產(chǎn)品在市場(chǎng)端的落地進(jìn)程。
為了加速發(fā)展的步伐，杰平方也已經(jīng)完成了多輪融資，主要投資人包括小米產(chǎn)投、中芯聚源、臨芯投資、啟迪金控等。值得強(qiáng)調(diào)的是，小米第一款新能源車SU7也已經(jīng)采用800V碳化硅的電機(jī)方案，杰平方作為其生態(tài)鏈投資公司，未來(lái)或許會(huì)受益于小米汽車的爆發(fā)。
展望未來(lái)，黃宏留表示：杰平方的規(guī)劃是要成為全球車規(guī)IDM的主流廠家。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，一方面我們會(huì)圍繞著新能源汽車，推出更豐富的產(chǎn)品矩陣。在技術(shù)路線上，除了當(dāng)前的平面SiC外，我們也會(huì)積極推進(jìn)溝槽SiC產(chǎn)品的研發(fā)工作，以進(jìn)一步增強(qiáng)公司整體的技術(shù)及產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力；另外一方面，在產(chǎn)能上，我們也是規(guī)劃了兩個(gè)晶圓廠，整個(gè)產(chǎn)能在業(yè)內(nèi)都處于領(lǐng)先地位。公司有個(gè)“杰平方定律”，即對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)預(yù)期來(lái)說(shuō)，隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，在性能提升的前提下，碳化硅每?jī)赡瓿杀究梢越狄话。通過(guò)技術(shù)演進(jìn)帶來(lái)的成本下降，未來(lái)持續(xù)圍繞光儲(chǔ)以及新能源汽車兩大核心市場(chǎng)，支持整個(gè)新能源行業(yè)的發(fā)展。
