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不做选择,这家企业同时布局SiC和GaN,撬动第三代半导体市场
2023-10-25 来源:贤集网
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关键词: 半导体 晶圆 电动汽车

近期,融和资产通过上海中电投融和新能源投资管理中心(有限合伙)及上海融和九智私募基金合伙企业(有限合伙)完成对南京芯干线科技有限公司(简称“芯干线”)的战略投资,布局新能源产业链上游电力电子元器件领域。

融和资产消息称,本次融资后,融和资产将与芯干线开展户用和工商储能、充电桩、新能源汽车等多领域合作,助力第三代半导体智能功率模块产线的建设。

芯干线是一家专注于第三代半导体功率器件及模块设计研发的企业。自成立以来,该公司深耕第三代半导体碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等功率器件及智能功率模块(IPM)产品等研发设计与销售,建成三大芯片研发中心(南京、苏州、深圳)及测试中心(南京)。



融和资产消息显示,芯干线是国内少数同时布局碳化硅和氮化镓功率器件的企业,形成丰富的产品线,包括GaN HEMT、GaN模块、SiC SBD、SiC MOS、SiC模块等。芯干线已申请芯片及模块各类专利40余件,并为下游新能源领域客户批量稳定供货。


从事功率半导体研发生产20年,浙大人归国创业

傅博本科毕业于浙江大学电子工程系,硕士及博士毕业于美国中佛罗里达大学电子工程专业,而后在美国、加拿大工作多年。

作为一家国产功率器件公司的创始人,傅博的个人轨迹与很多海归创业者具有一定的相似性。博士毕业后,傅博一直从事第三代功率半导体的研发生产工作,先后在美国飞思卡尔半导体、加拿大科光量子半导体公司任研发经理及副总裁;2015年联合创立加拿大GaNPower公司并出任总经理,于2020年底退出。

光辉的半导体从业履历说明了其经验和实力,而傅博与第三代半导体的缘分,却早早在大学就结下了。

20年前从浙大毕业后,傅博获得的第一份工作是在台达电子的上海研发中心担任研发工程师。机缘巧合下,他第一次接触到碳化硅,就被这种材料器件的“高性能”所吸引。要知道,在20多年前,碳化硅、氮化镓是很多电子工程师闻所未闻、见所未见的材料,更不要说实验和应用了。

“当时我们只是用碳化硅的肖特基二极管取代了原有的硅的二极管,但整个系统的效率就得到了明显的提升。”傅博向36氪描述当时设计方案时的情况,细节历历在目。

尽管后来因为碳化硅的价格昂贵,方案成本过高没有被采纳,但这种材料的优势以及后续市场的应用潜力给傅博留下了极其深刻的印象。用他的话来说,是“完全改变了他的职业规划”。“如果说我们优化控制和拓扑结构对电力电子系统而言是量变,那么似乎功率半导体材料的升级换代对于电力电子系统而言,更是一个质的飞跃。”

基于这个想法,傅博下定决心“往上游走”,去学更多功率半导体方面的知识,借由一次全额奖学金的机会,他决定去美国进修。硕士、博士毕业后,傅博加入美国头部半导体公司飞思卡尔(Freescale Semiconductor),在那里和后来所在的加拿大科光量子半导体公司,沉淀了日后创立芯干线所需的大部分经验。

时至今日,第三代半导体材料不再是彼时昂贵又难以接近的“新贵”,而是可以走入工业场景乃至寻常百姓家的材料,随着技术的发展,应用限制解除了大半。回看当时傅博的个人选择,他算是“押中”了功率半导体的飞跃上升期,这段时间,全球增量市场高速增长。

与大部分创业者和专注科研的科学家都不同的是,傅博目前仍在国际顶尖的IEEE学术会议上担任要职,尤其是2022-2023连续两年担任IEEE ISPSD的高压器件(HV Track)技术委员会主席。他没有完全放下与学术的交集。

“我是希望能够跟学术界或者整个行业同步,能够得到第一手的(动态)技术信息,从而不被落下。所以还是会继续活跃在全球的行业界、学术界。”由此带来了很多好处,一方面,傅博和团队始终接轨最新的业界趋势;一方面,行业资源也会自然而然地辐射到他所带领的芯干线科技。



成立2年半,芯干线科技成为拥有40+专利的第三代功率半导体新星

回溯时间线,2018年,傅博从加拿大回到国内,2021年3月,芯干线科技正式启动运作。

谈及这次归国创业的契机,傅博表示,是多个因素在综合起作用。“在功率半导体这个行业,中国有着全球最大、最广泛的应用市场,整个半导体行业在中国的活跃度都非常高。所以我希望结合过去20年的从业经验,为自己所热爱的功率半导体行业添砖加瓦。”

就这样,傅博跳出原有熟悉的环境,回到国内,从头开始做一个半导体创业者。

芯干线总部位于江苏南京——国内较大的功率半导体产业集聚区。众所周知,Fabless(无晶圆厂)模式公司最重人才储备。长三角人才集聚,有芯干线适合的水土。

芯干线从无到有的成长经历,在傅博口中和其他创业公司“大同小异”。“如果一定要找到不同点,那可能是我们更专注于SiC与GaN第三代半导体材料在客户端的应用,我们的产品定义来源于客户。通过与多个战略客户交流合作,从战略市场的应用需求出发来设计我们的产品,更好地满足市场的需求。因此我们设计了多颗电力电子市场上的‘第一颗’SiC与GaN功率器件产品。”

不仅如此,2年半时间里,傅博的芯干线默默实现了很多公司发展多年才能达到的成果。

首先就是技术。傅博投入近30人研发团队做日常科研,不断用“微创新”积累技术数量和质量。“有的时候创新不是说一定要做出诺贝尔奖级别的成果。如果现有技术上有一些微创新——你不要小看这种微创新,正是这种微创新才推动我们的技术不断进步。”傅博进一步解释。

比如在户用储能行业,芯干线的SiC MSOFET在2021年就已经完成了产品布局,并于2022年在国内头标大型户用储能客户实现量产。同样的,在E-MODE工艺GaN HEMT充电器功率段上,芯干线早在2021年就已经突破300W,去年突破了500W,并且在2023年率先实现了2KW GaN充电器的量产。

对此,傅博表示:“我们所做的事情首先一定是基于市场,并且略微地超前于市场。”3000W以下的氮化镓的系统应用,芯干线已经实现了手机充电、笔记本充电、PC电源、服务器电源、电动工具、自行车、电动摩托等市场方向的批量应用。目前,芯干线研发团队以40余项专利做底,根据客户需求,去匹配相应的技术和产品。

同时,和市面上大多采用的IDM、Fabless、Fabless+模式都不尽相同,芯干线采用“Fabless++”模式进行生产。所谓芯干线“Fabless++”模式,是指在宽禁带半导体无晶圆设计公司的基础上,自建宽禁带半导体智慧测试分选产线、宽禁带功率模块封装与测试产线,目前前者已经建成,后者还在建设中。“这个模式其实更加类似于中下游的IDM。”傅博向36氪介绍道。

在近些年Fabless纷纷自建测试工厂的风向下,芯干线在江苏盐城、南京提前布局了以上产线,以降低成本、提升竞争优势。

市场侧,芯干线跑步进场速度不减。从一开始进入的消费级快充领域,到去年转战的工业储能,芯干线借势行业东风,今年开始全面进入工业电力电源与新能源汽车市场。值得一提的是,芯干线科技于今年8月底刚刚完成的战略融资中,背后就是其中一个大客户——国家电投。

2023年,芯干线重点业务逐渐在动态变化中倾向储能、数据中心等市场。相比其他行业,这些产业风向以国家基金为主导,地方产业发展基金为辅助,芯干线科技市场布局也更加紧跟国家政策的步伐。复盘36氪此前对话过的新能源企业,国家基金是他们口中无法绕开的关键词。

因此,进入国家电投的产业链就意味着着相对稳定的订单保障以及机构背书,被“国家队”盖章认证的含金量不言自明。

在储能、发电领域,今年以来可谓是“卷”字当头,行业在增量中起伏。在傅博看来,尽管业务受到行业些许影响,但“整个平均下来还是朝好的一个方向走”。“不管是考虑到未来碳中和,还是考虑到我们国家工业这么快的发展速度,未来用电只靠化石能源发电很有可能就跟不上了。所以我们看到整个新能源的产业增长一定会都是比较快的。”他和芯干线对新能源产业的未来发展始终保持着积极的态度。



新能源车加速SiC上车 2026年SiC和GaN功率器件市场规模将达366亿

特斯拉Model3/ModelY车型采用了意法半导体的SiC MOSFET模块,显著提升车辆续航里程和性能。2020年,比亚迪高端车型“汉”搭载了SiC器件,预计2023年,比亚迪将在旗下的电动车中,实现SiC器件对硅级IGBT器件的全面替代,将整车性能在现有基础上提升10%。SiC 已逐渐在电动车主驱逆变器中扮演要角,未来随着电气架构将往800V迈进,而耐高压SiC 功率元件预料将成为主驱逆变器标配。

赵静表示,2022年受到疫情影响,半导体进入下行周期。但是在新能源汽车、光伏、储能应用的需求增长下,第三代半导体的市场增长超预期。据CASA Research统计,2022年国内SiC、GaN功率器件的市场规模达到105.5亿,较上年同比增长48.4%。综合不同的数据来源,2022年中国SiC、GaN功率器件整体渗透率约在6%左右。

国内第三代半导体进入产业成长期,技术不断提升,产能不断释放,生产体系逐步完善,自主可控能力不断增强,企业发展迅速。

据CASA Research预测,到2026年,中国SiC、GaN功率器件的市场规模将达到366亿元,年复合增长率达到36.5%。其中新能源汽车(含充电设施)是最大的应用场景。2022年新能源汽车市场爆发带动车用SiC、GaN突破68.5亿元,预计到2026年将增长至245亿元,年复合增长率达到37.5%。2022年国内新能源汽车市场需求量25万片6英寸,预计2026年接近100万片。800V高压平台将在2022年至2023年快速上量,加速SiC在车用领域的渗透。

根据中国光伏行业协会数据,2022年中国光伏新增装机量87.4GW,较上年同比增长59.3%。CASA Research预计,在光伏领域SiC、GaN功率电子市场规模约2.8亿。按照2026年渗透率达到15%-23%左右,预计2026年SiC、GaN功率器件的市场规模接近7亿元,未来年均增长约25.5%。

微波射频也是重要的第三代半导体应用市场。据CASA Research统计,2022年国内GaN微波射频器件市场规模为88.6亿元,较上年同比增长20.9%。2022年中国新建5G基站88.7万个,加上海外出口,带动无线基础设施领域的GaN微波射频市场达50亿元。未来随着毫米波频段使用许可的发放,中国有望成为全球最大的毫米波市场,GaN微波射频产品会迎来新的增长点。

赵静指出,在电动汽车的快速发展带动下,国产SiC模块加速应用。以国家电网为例,雄安新区全SiC的电力电子柔性变电站,采用的国网全国产6500V/400A的SiC MOSFET模块;比亚迪半导体的1200V/1040A SiC模块在不改变原有模块封装尺寸的基础上将模块功率大幅度提升了近30%。广汽埃安自研的“四合一”电驱正式生产下线,采用了SiC逆变器,兼容高低压平台;南方电网提出了第四代充电桩产品,采用SiC技术,其充电桩充电峰值效率达96%,充电场站能耗下降11%。国星光电最新推出的SiC功率模块产品包括NS34m、NS62m等,覆盖1200V电压级,20A-80A的电流范围。



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