經(jīng)濟(jì)觀察報(bào) 周信/文 隨著新能源汽車800V高壓快充蔚然成風(fēng)，車規(guī)級(jí)碳化硅（SiC）站上了“風(fēng)口”。碳化硅功率器件以其耐高壓、耐高頻、耐高溫特點(diǎn)，可以顯著提高電池充電速度和整車運(yùn)行效率，因此國(guó)內(nèi)碳化硅半導(dǎo)體企業(yè)加快發(fā)展步伐，以搶占碳化硅市場(chǎng)的蛋糕。

近日，吉利參與投資的廣東芯粵能半導(dǎo)體有限公司（下稱“芯粵能”）發(fā)生工商變更，新增國(guó)投（廣東）科技成果轉(zhuǎn)化創(chuàng)業(yè)投資基金合伙企業(yè)（有限合伙）等為股東，注冊(cè)資本由4億元增至約4.55億元。此前不久，芯粵能宣布完成了約十億元的A輪融資，以加速產(chǎn)能提升。

“我們主要生產(chǎn)和研發(fā)碳化硅晶圓，也自研了開放式碳化硅芯片加工平臺(tái)，可以生產(chǎn)6英寸晶圓，可以為其他企業(yè)進(jìn)行代工。”芯粵能相關(guān)負(fù)責(zé)人向經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)表示。

定位于晶圓代工廠的芯粵能受到資本關(guān)注，是碳化硅功率器件受熱捧的一個(gè)縮影。當(dāng)前，整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)都在加快功率器件量產(chǎn)。但在晶圓做大的趨勢(shì)下，國(guó)內(nèi)企業(yè)還沒(méi)能邁過(guò)8英寸晶圓的量產(chǎn)門檻。

碳化硅器件受熱捧

更快的充電速度是解決電動(dòng)車“里程焦慮”的一個(gè)重要方式。自2019年來(lái)，包括保時(shí)捷、小鵬汽車、理想汽車、極氪汽車、阿維塔、問(wèn)界等整車品牌，都已經(jīng)推出了800V高壓系統(tǒng)，而其中的關(guān)鍵就是碳化硅功率器件。

在傳統(tǒng)硅基材料功率器件性能受限的前提下，具備更好性能的碳化硅功率器件成了實(shí)現(xiàn)高壓快充必備的一環(huán)。搭載碳化硅功率器件的高壓系統(tǒng)，普遍可以實(shí)現(xiàn)十多分鐘即可將電池電量從10%充至80%。

在此背景下，碳化硅功率器件廠商受到了很多的關(guān)注。在10月18日的廣州南沙首屆全球招商引智大會(huì)上，芯粵能宣布與8家投資方代表簽約。芯粵能本輪融資由廣東省集成電路基金二期與國(guó)投創(chuàng)業(yè)基金聯(lián)合領(lǐng)投，社保灣區(qū)科創(chuàng)基金、深創(chuàng)投、廣州產(chǎn)投、科金控股集團(tuán)、大眾聚鼎、博原資本等聯(lián)合參與，其中多個(gè)投資方為廣東國(guó)資背景。

芯粵能成立于2021年，由其母公司廣東芯聚能半導(dǎo)體有限公司（下稱“芯聚能”）與威睿電動(dòng)汽車技術(shù)（寧波）有限公司（下稱“威睿”）合資成立，總部位于廣州市南沙自貿(mào)區(qū)，主要生產(chǎn)車規(guī)級(jí)和工控領(lǐng)域碳化硅 SBD/JBS、MOSFET、IGBT等功率器件。

芯聚能的碳化硅功率模塊于2022年應(yīng)用在奔馳和吉利合資的smart精靈#1，以及極氪009、001等車型上，成為國(guó)內(nèi)第一家由第三方提供、進(jìn)入量產(chǎn)乘用車的碳化硅主驅(qū)模塊。

芯粵能的碳化硅產(chǎn)品之所以能率先“上車”，主要?dú)w功于其與吉利汽車之間的關(guān)系深厚。芯聚能創(chuàng)始人肖國(guó)偉早在2018年就與吉利汽車合作，當(dāng)時(shí)芯聚能投資9億元在南沙建設(shè)晶圓碳化硅襯底生產(chǎn)基地，2019年正式投產(chǎn)，2023年產(chǎn)值達(dá)3.99億元。

不光是吉利在加快碳化硅功率器件的投資和擴(kuò)產(chǎn)，大多數(shù)整車企業(yè)都擴(kuò)大了對(duì)于碳化硅功率器件的投入。東風(fēng)集團(tuán)旗下的智新半導(dǎo)體碳化硅模塊已于去年搭載于相關(guān)車型上。比亞迪也透露在開發(fā)碳化硅功率器件。10月22日，一汽紅旗宣布，由研發(fā)總院新能源開發(fā)院功率電子開發(fā)部自主設(shè)計(jì)的碳化硅功率芯片完成首次流片。

此外，斯達(dá)半導(dǎo)、中國(guó)中車、三安光電、華潤(rùn)微電子、派恩杰、芯聚能等企業(yè)也在布局車規(guī)級(jí)碳化硅產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈較分散

碳化硅功率器件的市場(chǎng)前景非常可觀。據(jù)MEMS和半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)I(yè)機(jī)構(gòu)Yole預(yù)計(jì)，到2029年，SiC器件市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到近100億美元，2023年至 2029年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為24%。

過(guò)去，中國(guó)的車載功率器件幾乎都是硅基IGBT。2018年，特斯拉在其Model3車型上，將主逆變器由傳統(tǒng)的硅基IGBT替換為意法半導(dǎo)體（ST）公司生產(chǎn)的SiCMOSFET功率模塊，帶動(dòng)中國(guó)車企紛紛效仿，也由此拉開了中國(guó)的碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的序幕。

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要分為襯底、外延、器件和應(yīng)用四大環(huán)節(jié)，襯底材料是產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)，外延材料是器件制造的關(guān)鍵，器件是產(chǎn)業(yè)鏈的核心，應(yīng)用是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。其中，襯底和外延共占產(chǎn)業(yè)鏈成本60%，是產(chǎn)業(yè)鏈主要價(jià)值所在。

當(dāng)前，國(guó)外碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈主要以縱向多環(huán)節(jié)整合為主，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)較為分散，除三安光電以及中電科下屬研究所采用產(chǎn)業(yè)鏈全覆蓋模式之外，絕大多數(shù)廠商專注于產(chǎn)業(yè)鏈中某個(gè)特定環(huán)節(jié)。

在2022年以前，SiC晶圓供應(yīng)商的供應(yīng)非常有限，英飛凌、博世等公司和各種代工廠商主要并從外部采購(gòu)SiC晶圓。作為晶圓代工廠的芯粵能從中找到了機(jī)會(huì)。

芯粵能CEO徐偉曾表示，“市場(chǎng)對(duì)功率器件需求巨大，但硅基平臺(tái)產(chǎn)能不足凸顯，產(chǎn)業(yè)需要對(duì)國(guó)內(nèi)碳化硅芯片加工平臺(tái)這一相對(duì)短板進(jìn)行補(bǔ)足，芯粵能目前正好踩在市場(chǎng)發(fā)展的節(jié)奏上。”

“我們不做碳化硅芯片的封裝與測(cè)試，這些由下游做，我們的母公司芯聚能也可以負(fù)責(zé)做。”上述芯粵能相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。

芯粵能將總投資75億元人民幣，建設(shè)年產(chǎn)24萬(wàn)片6英寸和24萬(wàn)片8英寸碳化硅晶圓芯片生產(chǎn)線。根據(jù)規(guī)劃，2024年12月底，芯粵能一期產(chǎn)線投產(chǎn)，2025年開始二期產(chǎn)能建設(shè)，2026年實(shí)現(xiàn)一期、二期產(chǎn)能達(dá)產(chǎn)。目前，芯粵能車規(guī)級(jí)碳化硅芯片產(chǎn)線已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段。

8英寸的門檻

從碳化硅功率器件廠商的生產(chǎn)規(guī)模看，意法半導(dǎo)體、英飛凌、Wolfspeed、羅姆、安森美等國(guó)外廠商的排名靠前，但在晶圓尺寸越做越大的趨勢(shì)下，一場(chǎng)新的技術(shù)競(jìng)賽已來(lái)臨。“全球也就Wolfspeed一家在生產(chǎn)8寸晶圓。”一位半導(dǎo)體行業(yè)分析人士向經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)說(shuō)。

據(jù)了解，晶圓尺寸越大，邊緣浪費(fèi)就越小，能切出的芯片越多。以5mmx5mm尺寸的芯片為例，一張8英寸晶圓實(shí)際能切出1080顆芯片，而一張6英寸晶圓只能做576顆。“與6英寸相比，8英寸碳化硅的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在潛在成本、性能和參數(shù)均勻性等方面。”深圳基本半導(dǎo)體有限公司總經(jīng)理和巍巍表示。

根據(jù)天科藍(lán)數(shù)據(jù)，碳化硅晶圓從4英寸升級(jí)到6英寸，單位成本可降低50%，從6英寸升級(jí)到8英寸，可進(jìn)一步降低35%。此外，當(dāng)前6英寸碳化硅工藝設(shè)備主要基于6英寸硅工藝設(shè)備改造而來(lái)，受限于設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，諸多方面的性能與8英寸工藝設(shè)備存在較大差距。

根據(jù)《2024碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》統(tǒng)計(jì)，截至2024年6月，全球已有30家企業(yè)正在或計(jì)劃推進(jìn)8英寸SiC晶圓產(chǎn)線建設(shè)，其中中國(guó)企業(yè)有13家。國(guó)際龍頭Wolfspeed、II-VI以及國(guó)內(nèi)龍頭天岳先進(jìn)等都已成功研發(fā)8英寸襯底產(chǎn)品。

6英寸碳化硅晶圓還是當(dāng)下企業(yè)的主流選擇，北京半導(dǎo)體協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)這種情況將持續(xù)到2029年。從需求方面，6英寸晶圓正在商品化，價(jià)格大幅下降；供應(yīng)方面，大多數(shù)設(shè)備制造商又均繼續(xù)擴(kuò)大其6英寸晶圓的產(chǎn)能。

“目前在8英寸碳化硅襯底市場(chǎng)，還存在良率、翹曲控制等難題。因?yàn)槌叽缱兇蠛螅夹g(shù)難度會(huì)更大。”上述半導(dǎo)體行業(yè)分析人士表示，從6英寸到8英寸，不同的工藝路線、設(shè)備及耗材都需要重新設(shè)計(jì)及磨合，此外還面臨抑制晶體生長(zhǎng)等挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)針對(duì)8英寸碳化硅襯底尚未進(jìn)入量產(chǎn)驗(yàn)證階段，要邁過(guò)這一門檻需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同合作和技術(shù)創(chuàng)新。