撰文/周信
随着国内外企业加快碳化硅功率器件量产，国内企业面临8英寸晶圆量产的技术挑战，全球碳化硅市场预计到2029年将达到近100亿美元。
随着新能源汽车800V高压快充蔚然成风，车规级碳化硅（SiC）站上了“风口”。碳化硅功率器件以其耐高压、耐高频、耐高温特点，可以显著提高电池充电速度和整车运行效率，因此国内碳化硅半导体企业加快发展步伐，以抢占碳化硅市场的蛋糕。
近日，吉利参与投资的广东芯粤能半导体有限公司（下称“芯粤能”）发生工商变更，新增国投（广东）科技成果转化创业投资基金合伙企业（有限合伙）等为股东，注册资本由4亿元增至约4.55亿元。此前不久，芯粤能宣布完成了约十亿元的A轮融资，以加速产能提升。
“我们主要生产和研发碳化硅晶圆，也自研了开放式碳化硅芯片加工平台，可以生产6英寸晶圆，可以为其他企业进行代工。”芯粤能相关负责人向经济观察报表示。
定位于晶圆代工厂的芯粤能受到资本关注，是碳化硅功率器件受热捧的一个缩影。当前，整个碳化硅产业链企业都在加快功率器件量产。但在晶圆做大的趋势下，国内企业还没能迈过8英寸晶圆的量产门槛。
碳化硅器件受热捧
更快的充电速度是解决电动车“里程焦虑”的一个重要方式。自2019年来，包括保时捷、小鹏汽车、理想汽车、极氪汽车、阿维塔、问界等整车品牌，都已经推出了800V高压系统，而其中的关键就是碳化硅功率器件。
在传统硅基材料功率器件性能受限的前提下，具备更好性能的碳化硅功率器件成了实现高压快充必备的一环。搭载碳化硅功率器件的高压系统，普遍可以实现十多分钟即可将电池电量从10%充至80%。
在此背景下，碳化硅功率器件厂商受到了很多的关注。在10月18日的广州南沙首届全球招商引智大会上，芯粤能宣布与8家投资方代表签约。芯粤能本轮融资由广东省集成电路基金二期与国投创业基金联合领投，社保湾区科创基金、深创投、广州产投、科金控股集团、大众聚鼎、博原资本等联合参与，其中多个投资方为广东国资背景。
芯粤能成立于2021年，由其母公司广东芯聚能半导体有限公司（下称“芯聚能”）与威睿电动汽车技术（宁波）有限公司（下称“威睿”）合资成立，总部位于广州市南沙自贸区，主要生产车规级和工控领域碳化硅 SBD/JBS、MOSFET、IGBT等功率器件。
芯聚能的碳化硅功率模块于2022年应用在奔驰和吉利合资的 smart精灵#1 （ 参数 丨 图片 ），以及极氪009、001等车型上，成为国内第一家由第三方提供、进入量产乘用车的碳化硅主驱模块。
芯粤能的碳化硅产品之所以能率先“上车”，主要归功于其与吉利汽车之间的关系深厚。芯聚能创始人肖国伟早在2018年就与吉利汽车合作，当时芯聚能投资9亿元在南沙建设晶圆碳化硅衬底生产基地，2019年正式投产，2023年产值达3.99亿元。
不光是吉利在加快碳化硅功率器件的投资和扩产，大多数整车企业都扩大了对于碳化硅功率器件的投入。东风集团旗下的智新半导体碳化硅模块已于去年搭载于相关车型上。比亚迪也透露在开发碳化硅功率器件。10月22日，一汽红旗宣布，由研发总院新能源开发院功率电子开发部自主设计的碳化硅功率芯片完成首次流片。
此外，斯达半导、中国中车、三安光电、华润微电子、派恩杰、芯聚能等企业也在布局车规级碳化硅产品。
国内产业链较分散
碳化硅功率器件的市场前景非常可观。据MEMS和半导体领域专业机构Yole预计，到2029年，SiC器件市场价值将达到近100亿美元，2023年至 2029年的复合年增长率为24%。
过去，中国的车载功率器件几乎都是硅基IGBT。2018年，特斯拉在其Model3车型上，将主逆变器由传统的硅基IGBT替换为意法半导体（ST）公司生产的SiCMOSFET功率模块，带动中国车企纷纷效仿，也由此拉开了中国的碳化硅半导体产业高速发展的序幕。
碳化硅产业链主要分为衬底、外延、器件和应用四大环节，衬底材料是产业链的基础，外延材料是器件制造的关键，器件是产业链的核心，应用是产业发展的动力。其中，衬底和外延共占产业链成本60%，是产业链主要价值所在。
当前，国外碳化硅半导体产业链主要以纵向多环节整合为主，国内产业链相对较为分散，除三安光电以及中电科下属研究所采用产业链全覆盖模式之外，绝大多数厂商专注于产业链中某个特定环节。
在2022年以前，SiC晶圆供应商的供应非常有限，英飞凌、博世等公司和各种代工厂商主要靠从外部采购SiC晶圆。作为晶圆代工厂的芯粤能从中找到了机会。
芯粤能CEO徐伟曾表示，“市场对功率器件需求巨大，但硅基平台产能不足凸显，产业需要对国内碳化硅芯片加工平台这一相对短板进行补足，芯粤能目前正好踩在市场发展的节奏上。”
“我们不做碳化硅芯片的封装与测试，这些由下游做，我们的母公司芯聚能也可以负责做。”上述芯粤能相关负责人表示。
芯粤能将总投资75亿元人民币，建设年产24万片6英寸和24万片8英寸碳化硅晶圆芯片生产线。根据规划，2024年12月底，芯粤能一期产线投产，2025年开始二期产能建设，2026年实现一期、二期产能达产。目前，芯粤能车规级碳化硅芯片产线已经进入量产阶段。
8英寸的门槛
从碳化硅功率器件厂商的生产规模看，意法半导体、英飞凌、Wolfspeed、罗姆、安森美等国外厂商的排名靠前，但在晶圆尺寸越做越大的趋势下，一场新的技术竞赛已来临。“全球也就Wolfspeed一家在生产8寸晶圆。”一位半导体行业分析人士向经济观察报说。
据了解，晶圆尺寸越大，边缘浪费就越小，能切出的芯片越多。以5mmx5mm尺寸的芯片为例，一张8英寸晶圆实际能切出1080颗芯片，而一张6英寸晶圆只能做576颗。“与6英寸相比，8英寸碳化硅的优势主要体现在潜在成本、性能和参数均匀性等方面。”深圳基本半导体有限公司总经理和巍巍表示。
根据天科蓝数据，碳化硅晶圆从4英寸升级到6英寸，单位成本可降低50%，从6英寸升级到8英寸，可进一步降低35%。此外，当前6英寸碳化硅工艺设备主要基于6英寸硅工艺设备改造而来，受限于设备结构设计，诸多方面的性能与8英寸工艺设备存在较大差距。
根据《2024碳化硅（SiC）产业调研白皮书》统计，截至2024年6月，全球已有30家企业正在或计划推进8英寸SiC晶圆产线建设，其中中国企业有13家。国际龙头Wolfspeed、II-VI以及国内龙头天岳先进等都已成功研发8英寸衬底产品。
6英寸碳化硅晶圆还是当下企业的主流选择，北京半导体协会预计这种情况将持续到2029年。从需求方面，6英寸晶圆正在商品化，价格大幅下降；供应方面，大多数设备制造商又均继续扩大其6英寸晶圆的产能。
“目前在8英寸碳化硅衬底市场，还存在良率、翘曲控制等难题。因为尺寸变大后，技术难度会更大。”上述半导体行业分析人士表示，从6英寸到8英寸，不同的工艺路线、设备及耗材都需要重新设计及磨合，此外还面临抑制晶体生长等挑战。国内针对8英寸碳化硅衬底尚未进入量产验证阶段，要迈过这一门槛需要整个产业链的协同合作和技术创新。
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