SiC 具有大禁帶寬度、高擊穿電場強度、高飽和漂移速度等優良特性，目前已經成為半導體領域最火熱、最具前景的材料之一。
最近，芯八哥“走進產業鏈”欄目記者采訪了國內碳化硅IDM的新銳企業杰平方半導體副總經理黃宏留，探討在碳化硅爆發式發展的大背景下，杰平方半導體實現快速增長的突破之道。
專注高壁壘市場，產品已經在汽車、光伏等領域批量出貨
據了解，杰平方半導體成立于2021年，是一家聚焦車規芯片和第三代半導體的IDM廠商。基于核心團隊逾三十年豐富的業界經驗，杰平方已向市場推出了多個系列的高性能碳化硅（SiC）、模擬信號鏈等前沿產品，可廣泛應用于光伏、儲能、新能源汽車等領域。
在新能源汽車領域，碳化硅主要用于主驅逆變器、車載充電系統(OBC)、電源轉換系統(車載DC/DC)和非車載充電樁等領域。根據Wolfspeed公司的預測，到2026年汽車中逆變器所占據的碳化硅價值量約為83%，是電動汽車中價值量最大的部分。其次為OBC，價值量占比約為15%；而DC-DC轉換器中SiC價值量占比在2%左右。此外，電動汽車充電樁也是SiC器件的一大應用領域。
從上車情況來看，隨著近年來800V高壓平臺布局的加速，目前除特斯拉Model Y/Model 3外，行業內包括比亞迪漢EV/唐EV、蔚來ES7/ET7/ET5、小鵬G9、理想L9、小米SU7、保時捷Tayan等車型也已經在電驅中采用了碳化硅器件。在國內外車企紛紛布局 800V 高壓平臺的趨勢下，碳化硅在汽車領域未來有望獲得更大規模的增長。
杰平方副總經理黃宏留表示：隨著新能源汽車產業變革的加速，全球新能源汽車迎來了快速發展，尤其在國內市場上，目前比亞迪等廠商已經成為全球新能源汽車行業的引領者。在主機廠碳化硅相關車型出貨量的不斷帶動下，800V碳化硅在主驅的整個滲透率也在不斷提高。根據我們的預測，到2029年國內新能源汽車800V的滲透率可達到66%，相關銷售額將上升為70億美金，整個市場將會迎來巨大的發展機會。
基于對市場需求的深刻認知，杰平方針對主驅逆變器、OBC、DC/DC和充電樁等快速增長的細分市場目前都已經研發了相關系列的產品。其中，在主驅逆變領域，公司研發了JPM120008、JPM120012等系列產品；在OBC及DC/DC領域，公司也推出了JPM120020B4、JPM120040B4、JPM120040B4、JPM120080B4、JPM1700650B3等系列產品；而在充電樁領域，公司的JPM120020B4、JPM120040B4、JPM1700650B3等系列產品可滿足下游客戶的多樣化需求。
具體來看，JPM120008是杰平方推出的主要為新能源汽車電驅方面而開發的一款1200V/8 mΩ的主力產品，它擁有更簡單的設計，在技術參數上全面對標國際一流廠商水準，能夠讓主機廠在很大程度上降低整個系統的成本；而JPM120040是杰平方推出的一款N-溝道增強型SiC MOS產品，電壓為1200V，導通電阻為30mΩ，和業內競品相比下降了30%。此外，該產品還具有高擊穿電壓、低導通電阻、高開關速度、容易驅動與并聯、高雪崩耐量等特點，可以為車載 DC/DC 轉換器、車載充電器 (OBC)等領域降低冷卻要求及系統成本的同時，提高其系統效率與功率密度。
雖然公司是21年才成立，但發展至今，整個發展進程已經超越絕大部分初創公司。在汽車方面，現在我們已經在OBC領域批量出貨，合作廠商主要包括長安、一汽紅旗等。而汽車主驅產品由于技術壁壘較高，因此整個研發及周期會比較長，我們在這上面整個研發已經差不多兩年，目前已在加速推進當中，預計2024年二季度左右會ready，第三季度左右會發布，驗證完成后就會上車。當然除了主機廠外，我們也和均勝電子等頂級的Tier1廠商合作，通過定制車規模擬芯片，探索全球供應鏈之外的補充機制，以打造新的芯片可替代方案。
黃宏留說。
資料來源：杰平方半導體
而在光儲領域，碳化硅器件可以讓發電的轉換效率從硅基的96%提升至SiC MOSFET的99%以上，能量損耗降低50%，設備循環壽命最大可提升50倍，這使得光儲逆變器擁有更大替換碳化硅的動力。
針對光儲微型逆變器、組串式逆變器等廣大的光儲新能源市場，杰平方目前也已經推出了JPS120002E201、JPS120005E201、JPM120020B4、JPM120040B4、JPS120020B301、JPS120030B30、JPM1700650B3等多個系列的產品。
以JPM120020B為例，該產品是杰平方自主研發的1200VSiC MOSFET功率器件，支持耐壓值1200V，導通阻抗20mΩ，耐高溫特性，穩定工作溫度高達175℃；在工藝上，該產品采用先進的減薄工藝，具有優異的低阻抗特性，能夠減小器件的能量損耗；此外，該產品還具有開關速度快，損耗低，易于并聯的特點，非常適合導通電流更大、阻抗更低的光伏逆變等應用。
黃宏留指出：目前，在微型逆變器業務領域，我們主要以碳化硅的二極管產品為主，通過用碳化硅二極管替代傳統硅二極管產品，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。從出貨來看，碳化硅二極管由于技術門檻相對比較低，現在我們在深圳以及江浙一帶主流的光儲客戶上已經實現批量出貨，而組串式逆變器產品目前我們也已經在快速導入之中，也是公司現在主要的一個出貨方向。
產能達24萬片/年！小米產投加持助力其加速發展
近年來，隨著碳化硅器件產能及良品率的不斷提升，其成本得到了顯著下降，這不僅進一步加速了碳化硅在各大行業商業化的進程，也讓碳化硅行業迎來了產業爆發的甜蜜點。
市場規模方面，根據Yole的數據，2022年全球碳化硅功率器件市場規模為17.94億美元，預計未來6年將保持31%的年均復合增長率快速增長，到2028年其市場規模將達到89.06億美元。
值得注意的是，目前碳化硅市場仍然以汽車應用為主導，在2022年以12.56億美元的規模占整體市場的比例達70%。在新能源汽車爆發式增長的帶動下，市場對SiC器件的需求空前高漲，尤其是隨著主驅逆變器采用碳化硅的車型越來越多，將消耗掉全球大部分SiC襯底產能，全球襯底產能將持續緊缺。
在這種大背景下，產業鏈長約訂單的形式開始不斷出現。下游主機廠通過和芯片供應商、Tier1簽訂長約，不僅可以提前鎖定未來3-5年的產能，避免芯片短缺的情況出現，而且還可以把批量采購價可降至硅基IGBT的2.0-2.5倍，讓碳化硅大規模上車從理論成為現實?？梢钥吹剑壳鞍ㄌ厮估?、奔馳、寶馬、比亞迪、Stellantis等國際大型車企都在爭相與Wolfspeed、英飛凌、意法半導體等芯片廠商建立長期的碳化硅芯片供應協議，行業內各種10億美元以上的大訂單已經屢見不鮮。
業內周知，功率SiC IDM 仍是其主流商業模式，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，行業內已有多家公司基于這一成熟平臺有多種產能擴張計劃。目前，Wolfspeed 是全球唯一一家在 8 英寸平臺上進行部分生產的廠商，盡管多家廠商已宣布打算遵循這一戰略決策，但從規劃到最終落地仍有眾多難關需要攻克。
作為碳化硅的新銳企業，杰平方也以IDM作為其商業模式，并且計劃總投資額約港幣69億元，在香港元朗興建年產量24萬片的8英寸碳化硅晶圓廠。值得一提的是，該項目是香港歷史上設立的第一家具有大規模量產能力的半導體晶圓廠，反映出本屆特區政府對前沿科技的重視以及對杰平方企業實力的認可。
黃宏留表示：我們公司的創始人俎永熙博士，是中國第一批從美國回來的半導體核心人員之一，也是中芯國際的聯合創始人之一，為中國半導體從0到1的發展做出了巨大的貢獻。作為一個在晶圓制造方面擁有多年經驗的老兵，他認為在碳化硅這個行業一定要有自己的工廠，才能在競爭激烈的市場中脫穎而出。因此，基于公司創始人本身在行業的資源，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，設備的要求以及工廠自動化程度要比6英寸要更高。當前晶圓廠的各項工作已經在按計劃在推進當中，預計到2025年年底左右就能夠實現初步量產。一期的產能約為24萬片/年，基本上可以支持到200萬輛新能源汽車的需求。
基于碳化硅未來良好的市場發展前景，目前除了意法半導體、英飛凌、安森美等傳統功率器件大廠紛紛在碳化硅領域發力外，行業內各細分市場的初創企業也層出不窮。
在談及公司的競爭優勢時，黃宏留指出：杰平方的一個核心的優勢就是有自己的工廠，這也就意味著公司擁有很強大的一個工藝能力。我們不是一個純粹的設計公司，我們有自己的工藝團隊，所以公司是會設計跟工藝聯結合起來，達到一個良率及產品性能上的最優化。如果在量產的過程中出現任何問題，我們都能得到快速及時的解決，而這是其他公司很少能具備的能力；第二個就是我們的團隊在建廠方面是非常有經驗的，我們現有的團隊里面，總共在全球建了13座晶圓廠，這里面基本上都是以先進工藝為主，因此我們在這一塊有很深的積累，能夠按照半導體發展的規律來推進公司的各項工作，盡管在我們也會在推進進程中面臨各種各樣的挑戰，但是你有過成功經驗，就知道如何去規避及解決實際運營中出現的各種問題；第三個在應用方面，我們不僅非常了解下游客戶的需求，而且也能根據市場的技術演進，前瞻性的做一些降本增效的技術升級與創新，這將加速公司產品在市場端的落地進程。
為了加速發展的步伐，杰平方也已經完成了多輪融資，主要投資人包括小米產投、中芯聚源、臨芯投資、啟迪金控等。值得強調的是，小米第一款新能源車SU7也已經采用800V碳化硅的電機方案，杰平方作為其生態鏈投資公司，未來或許會受益于小米汽車的爆發。
展望未來，黃宏留表示：杰平方的規劃是要成為全球車規IDM的主流廠家。為了達到這個目標，一方面我們會圍繞著新能源汽車，推出更豐富的產品矩陣。在技術路線上，除了當前的平面SiC外，我們也會積極推進溝槽SiC產品的研發工作，以進一步增強公司整體的技術及產品競爭力；另外一方面，在產能上，我們也是規劃了兩個晶圓廠，整個產能在業內都處于領先地位。公司有個“杰平方定律”，即對整個產業預期來說，隨著技術的不斷演進，在性能提升的前提下，碳化硅每兩年成本可以降一半。通過技術演進帶來的成本下降，未來持續圍繞光儲以及新能源汽車兩大核心市場，支持整個新能源行業的發展。
