| 車用碳化硅器件市場2025年將達500億元！國產廠商派恩杰蓄勢待發 |
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從第三代半導體的誕生起，就有著諸多爭議。碳化硅和氮化鎵器件究竟哪一個更好？更是成為了整個業界共同的議題。對此，派恩杰創始人、總裁黃興博士給了我們一個明確的答案。
“我可以很負責的告訴大家，我們認為碳化硅會是更好的選擇。”黃興博士表示，因為碳化硅器件在軍工、航天領域的應用歷史超過20年，特別是平面型技術，沒有可靠性風險。
黃興博士進一步指出，碳化硅在民品上使用的主要壁壘就是成本很高，但在2017年特斯拉導入碳化硅以后，每年碳化硅的成本降幅都非常可觀，隨著碳化硅產量規模不斷增加，其成本會越來越低。
目前，派恩杰的SiCMOSTDDB可靠性根據理論模型提取，在正常工作狀態下的使用壽命為1000~100,000年，失效率低于10個ppm。
國內SiCMOSFET產品目錄最全
黃興擁有美國北卡州立大學博士學位，在碳化硅與氮化鎵功率器件行業長達10余年經驗，擁有20余項專利發明，曾參與投資4000萬美元的美國自然科學基金委FREEDM項目，以及投資1.4億美元的美國能源部PowerAmerica項目。
2014-2017年，黃興博士在美國工作期間曾發布20余款SiC/GaN量產產品，包括全球首款6英寸碳化硅3300VMOSFET器件，發明首個可雙向耐壓碳化硅結終端結構。
事實上，博士畢業后，黃興本想回到中國工作，但當時碳化硅產業發展還處于早期階段，國內并沒有適合黃興的工作崗位，也是在這樣的契機下，黃興博士在杭州創立了派恩杰半導體，車用碳化硅器件市場2025年將達500億元！國產廠商派恩杰蓄勢待發。
“中國缺乏現代工業基礎，既然沒有這樣一家公司，我就給自己找一份工作，創造一家公司。”黃興表示，派恩杰取自PNJunction的音譯，PNJunction是功率器件的核心，不管是unipolar還是bipolar器件都一定要有PNJunction。我希望中國有一家像英飛凌、羅姆、CREE這樣的半導體公司，可以支撐我們國家電子信息產業發展。
黃興認為，中國是半導體的消費大國，每年進口半導體芯片金額都超過石油，既然有這么強大的應用能力，我們就應該把半導體產業鏈建立完整，形成自主可控的能力，以保障國家產業鏈的安全。
資料顯示，派恩杰半導體（杭州）有限公司成立于2018年9月，是第三代半導體功率器件的Fabless廠商，專注于碳化硅和氮化鎵功率器件設計研發與產品銷售，其產品包括SiCSBD，SiCMOS以及GaNHEMT等，廣泛應用于服務器及數據中心電源、新能源汽車、智能電網、5G物聯網、工業電機、逆變器等場景和領域。
據黃興博士介紹，公司目前已經量產650V/1200V/1700V三個電壓平臺的SiCSBD與SiCMOSFET器件，產品性能指標HDFM全球領先，同時SiCMOSFET產品目錄也是國內最全。
為保證產能，派恩杰已經與全球第一家提供150mmSiC工藝的碳化硅晶圓代工廠達成了戰略合作，工廠具有30年車規芯片供應經驗，因此，派恩杰的芯片也是一個完全符合車規標準的生產線制造出來的，SiCMOSFET的年產能可達100KK。
同時，派恩杰非常重視知識產權保護，已獲授權專利21項。其中包含軟著1項，集成電路布圖3項，實用新型17項。
汽車是碳化硅最大的應用市場
由于碳化硅材料具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率、抗輻射等優異特性，其應用范圍也從軍用市場逐步向民用市場拓展，并在5G基站、新能源汽車、特高壓、數據中心等場景都得到了廣泛應用。
那么，究竟哪個領域會是碳化硅最大的應用市場？
黃興博士認為，目前電動汽車是碳化硅MOSFET最大的應用市場，且未來汽車一定會上800V的電壓平臺。800V電壓平臺的優勢在于重量更輕、體積更小、效率更高，無論是電池的充放電還是電機驅動，都需要用到這樣的設備。
據介紹，在當前的市場上，包括特斯拉model3在內的車企目前均處于400V的電壓平臺。未來如果升級到800V的電壓平臺，其充電速度就能大大提高，從以前的1分鐘充9公里變成1分鐘充27公里，充滿300公里僅需要十來分鐘。
同時，電壓升級至800V以后，電流就可以減小，而所需線材的成本也將減少，銅線的截面積可以從95平方毫米降低至35平方毫米，使得后續在拐彎、布局布線更靈活。
從功率器件使用成本方面來看，800V電壓平臺的功率器件一般使用1200V的功率器件，而相比600V或者700V、400V的功率器件，800V電壓平臺的功率器件每千瓦數的成本要更便宜一些。
碳中和驅動碳化硅器件需求增長
隨著“碳中和”、“碳達峰”的提出，綠色用電、高效用電顯得至關重要。
國務院在新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）中明確表示，到2025年純電動乘用車新車平均電耗降至12.0千瓦時/百公里，新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右。
這也意味著，要實現12.0千瓦時/百公里能耗目標就一定要使用更高效率、更大功率密度的三電系統才能滿足要求。
黃興博士指出，從市場容量來看，中國2020年汽車銷量2500萬輛，2025年電動汽車占比要達到20%，所以電動汽車至少是年產500萬輛，預計對碳化硅6英寸晶圓的產能年需求達100萬片，僅車用碳化硅器件市場約500億元。
通過對比1200V的IGBT和1200V的碳化硅可知，在10kHz工作頻率，SiC能降低38%的損耗，在長期正常行駛過程當中，可以綜合提高5%-10%的效率。
此外，電機小型化以及靜音是當前的市場趨勢，以特斯拉為例，它的發動機轉速是18000轉，在高速運行下，可以通過提高頻率使用更小的電機來達到更高的功率密度，這就需要把開關頻率提升到30kHz以上，而在30kHz工作頻率，SiC能降低約60%的損耗。
從成本上來講，同樣功率等級的碳化硅的成本大概是IGBT模塊的2.5倍，單看成本碳化硅確實比IGBT高出不少，但是在同樣的續航里程下，由于碳化硅能提高5-10%的效率，就可以減少電池的裝配容量，使得電池成本大幅下降。
“對車企來說，以目前的價格成本來說，用碳化硅已經更劃算了。”黃興博士表示，碳化硅大概每年有20%左右的價格降幅，預計2025年成本降低一半，而IGBT技術卻已經很成熟，由技術提升帶來的成本下降空間有限。 |
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