中科汉韵:车规SiCMOS成功交付,致力成为一流IDM厂商

原创 第三代半导体风向 2024-01-22 18:13
回首2023,碳化硅和氮化镓行业取得了哪些进步?出现了哪些变化?2024将迎来哪些新机遇和新挑战?
为更好地解读产业格局,探索未来的前进方向,行家说三代半、行家极光奖联合策划了《行家瞭望——2024,火力全开》专题报道。
本期嘉宾是中科汉韵副总经理 陈刚。接下来还将有更多的领军企业参与《行家瞭望》,敬请期待。

车规SiC晶圆出货超1000片 

6大战略助力营业收入增长

家说三代半:过去一年,贵公司主要做了哪些关键性工作?

陈刚:公司专注于高可靠碳化硅器件设计、工艺研发、器件制造三方面协同研究,形成了全系列碳化硅 JBS、碳化硅 MOSFET 等功率器件及解决方案,已拥有完整的碳化硅功率器件4吋SiC量产产线,月综合产能500片/月

我们的产线制程能力优良、质量控制体系完善,突破了车规级电驱大电流 MOS 器件多项工艺制造技术难点,已面向新能源汽车、能源、家电等领域开展自研产品销售及代工服务,已成功交付车规级SiC MOSFET晶圆超1000片,营业收入增长2426%。中科汉韵已成为国内为数不多的从碳化硅器件研发、工艺、制造车规级MOSFET且通过用户车规级验证的闭环企业之一,为后续发展奠定坚实基础。

行家说三代半:2023年贵公司取得了哪些成绩?

陈刚:

技术水平不断提升,功率密度、效率、可靠性等性能持续改善。应用领域不断拓展,涵盖电驱逆变器、车载充电机、直流/直流变换器(DC-DC)等。

自研产

品研发方面,中科汉韵持续在高效的模拟仿真能力、独特的元胞架构设计、优势的门栅技术等领域开拓研究并取得突出进展。自研产品1200V 40mΩ碳化硅 MOSFET 开发项目芯片面积13.46mm2,有较强的市场竞争力。

根据测试结果,我们自研产品的耐压值及导通电阻等核心指标符合设计预期,比导通电阻3.66毫欧cm2,较有竞争力。1200V 17mΩ 碳化硅MOSFET正在研发改进推动良率提升过程中。1700V 40mΩ 碳化硅MOSFET正在设计中,预计2024年Q1完成。下一步,沟槽型碳化硅MOSFET产品正在预研中,并计划与相关设备厂商开展联合研发关键工艺。

器件制造能力方面,已成功交付车规碳化硅 MOSFET晶圆超1000片,包括1200V/17 、750V/13 等多种型号产品。该产品应用在电动汽车的主驱系统,已完成了近百天的极端气候条件测试,无任何不良反馈,持续获得客户追加订单,累计合同额达数千万元。中科汉韵已正式启动IATF 16949 :2016 汽车生产件及相关服务件组织体系认证,计划于2024年第一季度完成认证,以期正式进入汽车供应链。

人才团队方面,我们引进凝聚了一批具有国内外一流半导体产业经验人员,并引进多位具有丰富行业经验的高管,目前已建设形成了研发、制造、市场营销等130人的全建制团队。

行家说三代半:你们实现增长的战略是什么?

陈刚:

展望后期,公司实现增长战略主要有以下几个方面:

(1)继续扩大市场规模:随着新能源汽车市场的快速增长,碳化硅车规级芯片的市场需求将持续增长,公司加紧继续扩大产能,降低成本,满足市场需求。

(2)拓展应用领域:碳化硅车规级芯片在电驱逆变器领域已得到广泛应用,未来还可拓展到车载充电机、直流/直流变换器(DC-DC)等领域,并且,在电力系统、光伏储能、焊机、白色家电等领域,工业级的碳化硅芯片也有大量的应用需求和拓展空间。

(3)提升技术水平:碳化硅芯片的性能仍有进一步提升的空间,公司仍坚持本位思想,持续加强技术创新,提升芯片的功率密度、效率、可靠性等性能,优化工艺、原材料成本,降低芯片价格,满足未来多样的应用需求。

(4)加强与下游模块厂的合作:深度了解客户需求,开发针对性的碳化硅车规级芯片产品。

(5)积极参与国内及国际标准制定:积极参与国内与国际标准制定,推动碳化硅车规级芯片的产业化进程。

(6)加强国际交流合作:加强与国际先进企业的交流合作,提升技术水平。

总而言之,碳化硅车规级芯片具有广阔的市场前景,未来几年将迎来快速增长。公司通过科技创新、降本增效、凝结团队、产业链上下游紧密合作等多种方式,积极应对市场变化,采取有效措施,抢占市场先机

扩充SiC晶圆产能 

致力成为一流IDM厂商

家说三代半:2024年,贵司定下来了哪些规划和目标?

陈刚:我们公司主要有以下几个方面的规划:

(1)产能扩张全球碳化硅功率器件市场需求旺盛,预计2024年将达到20亿美元左右。目前我们公司已有需求与产线制造能力差距较大,为了满足市场需求,公司计划产线建设与成果产出并行,最终实现在5年内建设成为国内一流的碳化硅IDM企业。

(2)技术创新:碳化硅功率器件在性能、可靠性和成本等方面仍有待进一步提升。从下面3方面进行,①器件结构:开发新的器件结构,以提高器件的性能和可靠性;②工艺技术:开发新的工艺技术,进一步进行工艺集成设计,以降低器件的成本;③封装技术:与封测伙伴联合开发新的封装技术,以提高器件的散热性能和可靠性,保证后期开拓的多类市场型应用。

(3)应用拓展:公司目前碳化硅功率器件目前主要应用于新能源汽车、光伏储能等领域。2024年,将在更多领域推广应用,如工业电机、消费电子等。工业电机应用碳化硅功率器件可以提高工业电机的效率和功率密度,因此在工业电机领域具有广阔的应用前景。消费电子应用中,碳化硅功率器件可以提高消费电子产品的效率和续航能力,因此在消费电子领域也具有一定的应用前景。

总体而言,2024年是碳化硅功率器件行业的重要发展阶段。随着产能扩张、技术创新和应用拓展的不断推进,碳化硅功率器件将在更多领域得到应用,并在电力电子领域发挥更重要的作用。

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SiC市场稳步向好、技术持续进步 

中科汉韵4大策略促行业健康发展

行家说三代半:您认为2023年整个行业取得了哪些新的进步(包括市场、技术等)?

陈刚:

在市场方面,碳化硅产业链价值量倒挂,关键部分主要集中在上游端,其中衬底生产成本占总成本的47%,外延环节成本占23%,合计上游成本占到碳化硅生产链总成本的70%左右。其中衬底制造技术壁垒最高、价值量最大,既决定了上游原材料制备的方式及相关参数,同时也决定着下游器件的性能,是未来碳化硅大规模产业化推进的核心。

当前碳化硅下游市场需求依旧旺盛,特别是车用级碳化硅衬底产能仍偏紧,国产碳化硅正在从产业化向商业化加速迈进。与此同时,今年国内碳化硅成本将加速下降,中低端产品竞争激烈,尚需加速缩小与国际巨头的技术差距。

碳化硅受汽车电动化以及光伏产业拉动,行业依然持续升温。碳化硅下游应用领域不断拓展,尤其是新能源汽车领域的应用取得了突破性进展。碳化硅器件成本进一步降低,推动了其在更多领域的应用。

在SiC功率器件方面,国产厂商在2023年也迎来了车规产品大爆发,众多厂商宣布入局或推出车规级SiC MOSFET产品,SiC在新能源汽车领域上大放异彩,800V车型开始下沉到20万元市场,SiC模块的渗透率迎来大幅增长。这也使得市场上对车规SiC MOSFET需求量高速膨胀,同时以往海外巨头垄断的车规SiC MOSFET市场,也开始有越来越多的Tier 1和整车厂接受国产车规SiC MOSFET产品,给国产SiC器件厂商带来了新的机遇。

此外,碳化硅器件新型应用不断涌现,例如在海上光伏逆变器、高可靠轨道交通、智能电网输变电、舰船电力系统等领域的应用得到了积极探索。

在技术方面,碳化硅衬底技术取得了重大突破,6英寸和8英寸衬底的产能快速提升。碳化硅衬底制造工艺难度大,研发时间长,存在较高的技术门槛和人才门槛。目前,美国在全球碳化硅衬底产业格局中占龙头地位。

但近几年国内企业在大规模扩充碳化硅衬底产能,包括天岳先进、天科合达、露笑科技、三安光电、晶盛机电、东尼电子、科友半导体等众多企业,总规划产能的规模庞大,扩产速度快,但良率问题才是关键,目前这一点,国内外企业之间仍有较大差距,因此,国内企业距离真正意义上的碳化硅衬底环节突破还有一段时间要走。

碳化硅器件工艺不断优化,器件性能和可靠性持续提升。例如,国内企业飞锃半导体展出了车规级SiC MOSFET产品,其中包括1200V 35/70/160mΩ和650V 30/45/60mΩ;芯塔电子1200V/80mΩ SiC MOSFET在头部OBC企业通过测试,已进入批量导入阶段;杰平方半导体发布了自主研发的SiC MOSFET产品JPM120020B,该产品规格为1200V/20mΩ;中汽创智首批自主研发的1200V 20mΩ SiC MOSFET在积塔工厂正式下线;国联万众半导体电驱用1200V SiC MOSFET芯片已研发成功交客户上车验证中;南瑞半导体宣布其自主研发的1200V/40mΩ SiC MOSFET器件(NCM40S12T4K2)顺利通过AEC-Q101车规级可靠性认证;中科汉韵宣布车规级SiC MOSFET晶圆成功实现交付,该产品包括1200V/17mΩ、750V/13mΩ两种型号产品,并且将应用于电动汽车主驱系统中。

目前国产化应用的SiC MOSFET芯片都仍然采用平面栅型结构,一方面是技术可靠,量产稳定性有优势,另一方面,涉及知识产权保护限制可控。但是,为了提高功率密度和降低成本,自主设计的台面结构芯片的开发和量产应用也是必须进行的,目前国内都已经在开展相关工作。

行家说三代半:在降本增效方面,2023年最值得关注和重视的新变化是什么?

陈刚:

碳化硅芯片行业的低价和同质化竞争是行业发展的必然阶段,也是行业发展的挑战。

规模效应:随着碳化硅车规级芯片市场规模的扩大,模效应逐渐显现,进一步降低了成本。其中,衬底产能提升是降本增效的关键。衬底是碳化硅器件的基底,占据了碳化硅器件成本的大部分。随着衬底产能的提升,成本将进一步降低,有利于碳化硅车规级芯片的普及。

芯片制造方面:工艺优化和规模效应也为碳化硅车规级芯片的降本增效提供助力。工艺优化可以提高器件的良率和可靠性,减少返工次数,降低成本。规模效应可以摊薄固定成本,降低单位成本。

行家说三代半:本是把双刃剑,行业规模化发展需要接近硅器件的低成本,但也要防止被低价所反噬,您如何看待行业的低价和同质化竞争?贵公司有哪些好的做法和建议?

陈刚:

一方面,碳化硅芯片的成本优势是其市场竞争力的重要体现。随着碳化硅衬底产能和工艺的不断提升,碳化硅芯片的成本将逐步降低,接近甚至低于硅器件的成本。这将为碳化硅芯片的普及和推广创造有利条件。另一方面,低价竞争会导致行业利润下降,甚至恶性竞争。此外,同质化竞争会导致产品竞争力下降,不利于行业的长远发展。

公司应对行业的低价和同质化竞争的策略如下:

(1)聚焦差异化竞争:碳化硅芯片的优势在于其高功率密度、高耐热性、高开关频率等特性。因此,聚焦差异化竞争,在性能、可靠性、应用领域等方面进行差异化布局,避免同质化竞争。

(2)加强技术创新:技术创新是降低成本和提升竞争力的根本途径,是碳化硅芯片行业发展的核心动力。加强技术创新,不断提升产品性能、可靠性、良率,开发出具有差异化优势的产品,从而脱颖而出,为行业发展提供新动力。

(3)加强行业合作,完善产业链:碳化硅芯片行业是一个新兴行业,需要各方的共同努力才能发展壮大。碳化硅芯片企业应加强行业合作,共同制定行业标准,规范行业竞争。碳化硅芯片产业链的完善有助于降低成本和提升效率。碳化硅芯片企业应积极参与产业链建设,促进产业链的协同发展。

(4)积极参与研发与产业化项目:追踪政府出台的相关政策,通过项目、设备补贴等多种方式,技术创新,降低成本,促进碳化硅芯片行业健康发展。

总体而言,碳化硅芯片行业的低价和同质化竞争是行业发展的必然阶段,也是行业发展的挑战。碳化硅芯片企业应积极应对,采取有效措施,避免被低价所反噬,以促进行业的健康发展。

SiC市场前景广阔

多项措施开拓市场 

行家说三代半:经过前些年的铺垫,SiC / GaN技术目前在许多应用场景都很活跃,展望2024年,您认为行业最大的机会在哪里?贵公司将如何开拓这些市场?

陈刚:

2024年,行业最大的机会在新能源汽车及光伏储能领域。SiC 功率器件在新能源汽车领域具有广阔的应用前景,可显著提高电动汽车的续航里程、加速性能和效率。随着新能源汽车市场的快速增长,SiC 功率器件的市场需求将持续增长。SiC / GaN功率器件在光伏储能领域具有明显的优势,可提高逆变器的效率和可靠性。随着光伏发电市场的快速发展,SiC / GaN功率器件的市场需求也将不断增长。

我司开拓这些市场,从以下几个方面入手:

(1)加强技术创新:持续提高SiC功率器件的性能、可靠性、良率,降低成本,满足客户需求。

(2)完善产业链:加快产业链的协同和完善,提高上下游供应链的稳定性和可靠性。

(3)加强市场宣传:积极宣传SiC 功率器件的优势,提高客户认知度

总而言之,SiC 技术具有广阔的市场前景,未来几年将迎来快速增长。行业应积极应对市场变化,加强技术创新,完善产业链,加强市场宣传,抢占市场先机。

行家说三代半:未来几年,整个行业将面临的挑战有哪些?贵公司将如何面对并解决挑战?

陈刚:

未来几年,碳化硅功率器件行业面临的挑战主要有以下几个方面:

(1)成本:碳化硅功率器件目前的成本仍然较高,这主要是由于碳化硅材料和制造工艺的成本较高

(2)可靠性:碳化硅功率器件在可靠性方面需要进一步验证,尤其是在高温和高电压条件下的可靠性。

(3)标准:碳化硅功率器件还缺乏统一的标准,这会影响其在市场上的推广。

为了应对这些挑战,公司需要采取以下措施:

(1)降低成本:通过优化材料质量管控和器件加工工艺,降低碳化硅器件的制造成本。

(2)提高可靠性:通过开展大量的测试和验证,提高碳化硅功率器件的可靠性。

(3)制定标准:推动碳化硅功率器件行业的标准化,促进其在市场上的推广。

具体来说,在成本方面,可以通过以下措施来降低:

(1)完善碳化硅材料质量管控和器件加工工艺,提高良率和降低成本。

(2)采用先进的封装技术,减少器件尺寸和提高良率。

(3)通过规模化生产,降低单位成本。

可靠性方面,可以通过以下措施来提高:

(1)开展大量的测试和验证,包括高温、高电压、高频等条件下的测试。

(2)采用先进的材料和工艺,提高器件的耐热性、耐电压性和耐辐射性。

标准方面,可以通过以下措施来制定:

(1)由政府部门、行业组织和企业共同参与,制定统一的标准。

(2)加强标准的宣传和推广,提高行业的认知度。

总体而言,碳化硅功率器件行业具有广阔的市场前景,但也面临着一定的挑战。通过采取积极的措施,可以有效应对这些挑战,促进碳化硅功率器件行业的发展。


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