SiC 具有大禁带宽度、高击穿电场强度、高饱和漂移速度等优良特性，目前已经成为半导体领域最火热、最具前景的材料之一。
最近，芯八哥“走进产业链”栏目记者采访了国内碳化硅IDM的新锐企业杰平方半导体副总经理黄宏留，探讨在碳化硅爆发式发展的大背景下，杰平方半导体实现快速增长的突破之道。
专注高壁垒市场，产品已经在汽车、光伏等领域批量出货
据了解，杰平方半导体成立于2021年，是一家聚焦车规芯片和第三代半导体的IDM厂商。基于核心团队逾三十年丰富的业界经验，杰平方已向市场推出了多个系列的高性能碳化硅（SiC）、模拟信号链等前沿产品，可广泛应用于光伏、储能、新能源汽车等领域。 在新能源汽车领域，碳化硅主要用于主驱逆变器、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载DC/DC)和非车载充电桩等领域。根据Wolfspeed公司的预测，到2026年汽车中逆变器所占据的碳化硅价值量约为83%，是电动汽车中价值量最大的部分。其次为OBC，价值量占比约为15%；而DC-DC转换器中SiC价值量占比在2%左右。此外，电动汽车充电桩也是SiC器件的一大应用领域。 从上车情况来看，随着近年来800V高压平台布局的加速，目前除特斯拉Model Y/Model 3外，行业内包括比亚迪汉EV/唐EV、蔚来ES7/ET7/ET5、小鹏G9、理想L9、小米SU7、保时捷Tayan等车型也已经在电驱中采用了碳化硅器件。在国内外车企纷纷布局 800V 高压平台的趋势下，碳化硅在汽车领域未来有望获得更大规模的增长。
资料来源：杰平方半导体
杰平方副总经理黄宏留表示：随着新能源汽车产业变革的加速，全球新能源汽车迎来了快速发展，尤其在国内市场上，目前比亚迪等厂商已经成为全球新能源汽车行业的引领者。在主机厂碳化硅相关车型出货量的不断带动下，800V碳化硅在主驱的整个渗透率也在不断提高。根据我们的预测，到2029年国内新能源汽车800V的渗透率可达到66%，相关销售额将上升为70亿美金，整个市场将会迎来巨大的发展机会。
基于对市场需求的深刻认知，杰平方针对主驱逆变器、OBC、DC/DC和充电桩等快速增长的细分市场目前都已经研发了相关系列的产品。其中，在主驱逆变领域，公司研发了JPM120008、JPM120012等系列产品；在OBC及DC/DC领域，公司也推出了JPM120020B4、JPM120040B4、JPM120040B4、JPM120080B4、JPM1700650B3等系列产品；而在充电桩领域，公司的JPM120020B4、JPM120040B4、JPM1700650B3等系列产品可满足下游客户的多样化需求。
资料来源：杰平方半导体
具体来看，JPM120008是杰平方推出的主要为新能源汽车电驱方面而开发的一款1200V/8 mΩ的主力产品，它拥有更简单的设计，在技术参数上全面对标国际一流厂商水准，能够让主机厂在很大程度上降低整个系统的成本；而JPM120040是杰平方推出的一款N-沟道增强型SiC MOS产品，电压为1200V，导通电阻为30mΩ，和业内竞品相比下降了30%。此外，该产品还具有高击穿电压、低导通电阻、高开关速度、容易驱动与并联、高雪崩耐量等特点，可以为车载 DC/DC 转换器、车载充电器 (OBC)等领域降低冷却要求及系统成本的同时，提高其系统效率与功率密度。 虽然公司是21年才成立，但发展至今，整个发展进程已经超越绝大部分初创公司。在汽车方面，现在我们已经在OBC领域批量出货，合作厂商主要包括长安、一汽红旗等。而汽车主驱产品由于技术壁垒较高，因此整个研发及周期会比较长，我们在这上面整个研发已经差不多两年，目前已在加速推进当中，预计2024年二季度左右会ready，第三季度左右会发布，验证完成后就会上车。当然除了主机厂外，我们也和均胜电子等顶级的Tier1厂商合作，通过定制车规模拟芯片，探索全球供应链之外的补充机制，以打造新的芯片可替代方案。 黄宏留说。
资料来源：杰平方半导体
而在光储领域，碳化硅器件可以让发电的转换效率从硅基的96%提升至SiC MOSFET的99%以上，能量损耗降低50%，设备循环寿命最大可提升50倍，这使得光储逆变器拥有更大替换碳化硅的动力。 针对光储微型逆变器、组串式逆变器等广大的光储新能源市场，杰平方目前也已经推出了JPS120002E201、JPS120005E201、JPM120020B4、JPM120040B4、JPS120020B301、JPS120030B30、JPM1700650B3等多个系列的产品。
资料来源：杰平方半导体
以JPM120020B为例，该产品是杰平方自主研发的1200VSiC MOSFET功率器件，支持耐压值1200V，导通阻抗20mΩ，耐高温特性，稳定工作温度高达175℃；在工艺上，该产品采用先进的减薄工艺，具有优异的低阻抗特性，能够减小器件的能量损耗；此外，该产品还具有开关速度快，损耗低，易于并联的特点，非常适合导通电流更大、阻抗更低的光伏逆变等应用。
资料来源：杰平方半导体
黄宏留指出：目前，在微型逆变器业务领域，我们主要以碳化硅的二极管产品为主，通过用碳化硅二极管替代传统硅二极管产品，让输出二极管的功率损耗下降50%以上，可以帮下游客户最大程度较低生产成本；而组串式逆变器主要采用碳化硅二极管+碳化硅 MOS的组合方案，不仅能够承载的功率更高，而且也能让逆变器体积做的更小。从出货来看，碳化硅二极管由于技术门槛相对比较低，现在我们在深圳以及江浙一带主流的光储客户上已经实现批量出货，而组串式逆变器产品目前我们也已经在快速导入之中，也是公司现在主要的一个出货方向。 产能达24万片/年！小米产投加持助力其加速发展
近年来，随着碳化硅器件产能及良品率的不断提升，其成本得到了显著下降，这不仅进一步加速了碳化硅在各大行业商业化的进程，也让碳化硅行业迎来了产业爆发的甜蜜点。 市场规模方面，根据Yole的数据，2022年全球碳化硅功率器件市场规模为17.94亿美元，预计未来6年将保持31%的年均复合增长率快速增长，到2028年其市场规模将达到89.06亿美元。 资料来源：YOLE 值得注意的是，目前碳化硅市场仍然以汽车应用为主导，在2022年以12.56亿美元的规模占整体市场的比例达70%。在新能源汽车爆发式增长的带动下，市场对SiC器件的需求空前高涨，尤其是随着主驱逆变器采用碳化硅的车型越来越多，将消耗掉全球大部分SiC衬底产能，全球衬底产能将持续紧缺。 在这种大背景下，产业链长约订单的形式开始不断出现。下游主机厂通过和芯片供应商、Tier1签订长约，不仅可以提前锁定未来3-5年的产能，避免芯片短缺的情况出现，而且还可以把批量采购价可降至硅基IGBT的2.0-2.5倍，让碳化硅大规模上车从理论成为现实。可以看到，目前包括特斯拉、奔驰、宝马、比亚迪、Stellantis等国际大型车企都在争相与Wolfspeed、英飞凌、意法半导体等芯片厂商建立长期的碳化硅芯片供应协议，行业内各种10亿美元以上的大订单已经屡见不鲜。 业内周知，功率SiC IDM 仍是其主流商业模式，而6英寸是龙头厂商的主流SiC晶圆尺寸。在供不用求的刺激下，行业内已有多家公司基于这一成熟平台有多种产能扩张计划。目前，Wolfspeed 是全球唯一一家在 8 英寸平台上进行部分生产的厂商，尽管多家厂商已宣布打算遵循这一战略决策，但从规划到最终落地仍有众多难关需要攻克。 作为碳化硅的新锐企业，杰平方也以IDM作为其商业模式，并且计划总投资额约港币69亿元，在香港元朗兴建年产量24万片的8英寸碳化硅晶圆厂。值得一提的是，该项目是香港历史上设立的第一家具有大规模量产能力的半导体晶圆厂，反映出本届特区政府对前沿科技的重视以及对杰平方企业实力的认可。 资料来源：杰平方半导体
黄宏留表示：我们公司的创始人俎永熙博士，是中国第一批从美国回来的半导体核心人员之一，也是中芯国际的联合创始人之一，为中国半导体从0到1的发展做出了巨大的贡献。作为一个在晶圆制造方面拥有多年经验的老兵，他认为在碳化硅这个行业一定要有自己的工厂，才能在竞争激烈的市场中脱颖而出。因此，基于公司创始人本身在行业的资源，目前杰平方也在积极兴建自己的碳化硅工厂。我们的工厂是8英寸的，设备的要求以及工厂自动化程度要比6英寸要更高。当前晶圆厂的各项工作已经在按计划在推进当中，预计到2025年年底左右就能够实现初步量产。一期的产能约为24万片/年，基本上可以支持到200万辆新能源汽车的需求。
基于碳化硅未来良好的市场发展前景，目前除了意法半导体、英飞凌、安森美等传统功率器件大厂纷纷在碳化硅领域发力外，行业内各细分市场的初创企业也层出不穷。 在谈及公司的竞争优势时，黄宏留指出：杰平方的一个核心的优势就是有自己的工厂，这也就意味着公司拥有很强大的一个工艺能力。我们不是一个纯粹的设计公司，我们有自己的工艺团队，所以公司是会设计跟工艺联结合起来，达到一个良率及产品性能上的最优化。如果在量产的过程中出现任何问题，我们都能得到快速及时的解决，而这是其他公司很少能具备的能力；第二个就是我们的团队在建厂方面是非常有经验的，我们现有的团队里面，总共在全球建了13座晶圆厂，这里面基本上都是以先进工艺为主，因此我们在这一块有很深的积累，能够按照半导体发展的规律来推进公司的各项工作，尽管在我们也会在推进进程中面临各种各样的挑战，但是你有过成功经验，就知道如何去规避及解决实际运营中出现的各种问题；第三个在应用方面，我们不仅非常了解下游客户的需求，而且也能根据市场的技术演进，前瞻性的做一些降本增效的技术升级与创新，这将加速公司产品在市场端的落地进程。
为了加速发展的步伐，杰平方也已经完成了多轮融资，主要投资人包括小米产投、中芯聚源、临芯投资、启迪金控等。值得强调的是，小米第一款新能源车SU7也已经采用800V碳化硅的电机方案，杰平方作为其生态链投资公司，未来或许会受益于小米汽车的爆发。 展望未来，黄宏留表示：杰平方的规划是要成为全球车规IDM的主流厂家。为了达到这个目标，一方面我们会围绕着新能源汽车，推出更丰富的产品矩阵。在技术路线上，除了当前的平面SiC外，我们也会积极推进沟槽SiC产品的研发工作，以进一步增强公司整体的技术及产品竞争力；另外一方面，在产能上，我们也是规划了两个晶圆厂，整个产能在业内都处于领先地位。公司有个“杰平方定律”，即对整个产业预期来说，随着技术的不断演进，在性能提升的前提下，碳化硅每两年成本可以降一半。通过技术演进带来的成本下降，未来持续围绕光储以及新能源汽车两大核心市场，支持整个新能源行业的发展。
