2021年12月21日 | 这家新兴企业，缘何获得新能源汽车龙头企业数千万订单？

近日，国产 SiC功率器件供应商派恩杰半导体（杭州）有限公司（简称派恩杰）的 SiC MOSFET产品在新能源汽车OBC（On board charger，车载充电器）应用验证取得了重大突破，获得了新能源汽车龙头企业数千万订单，并已开始低调供货。

众所周知，车规零部件对可靠性要求极高，那么，新兴企业派恩杰是如何获得业界认可的呢？
 
这是 SiC市场最好的时代！

与一般的功率器件厂商不同，派恩杰的定位是第三代宽禁带半导体应用，以 SiC、GaN为代表的“三代半”功率器件是当前最热门的话题，在5G、电动汽车、再生能源、工业4.0发展中扮演不可或缺的角色。仅电动汽车一项而言，国务院《新能源汽车产业发展规划（2021－2035年）》中明确提出，到2025年，纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。

“如果实现上述目标， SiC无疑是最佳的选择，”派恩杰半导体创始人兼总裁黄兴博士表示。就市场而言，2020年中国汽车新车销售总量为2500万辆，这就意味着到2025年，新能源汽车的销量将在年产500万辆左右，预计对 SiC 6英寸晶圆的产能年需求达100万片，所以 SiC车用市场规模到2025年将达到500亿元/年，而这才仅仅是车用市场一项。

“目前汽车OBC占据了派恩杰大部分产能，”黄兴也表示，其实早在五年前，国内龙头企业就已经开始使用 SiC器件做OBC了，经过五年的技术积累，OBC技术越来越成熟、体积越做越小、成本越做越低，所以商业化应用很快。除OBC外，黄兴也看到，越来越多的用户选择拥抱 SiC，派恩杰产品已经广泛应用于服务器及数据中心电源、新能源汽车、智能电网、5G物联网、工业电机、逆变器等场景和领域。

但一个现实的问题是，目前全球 SiC市场基本被国外垄断，据Yole数据，Cree，英飞凌，罗姆，意法半导体占据了90%的市场份额。国产厂商已有不少推出了 SiC二极管，但具有 SiC MOSFET研发和量产能力的企业仍然是凤毛麟角，可见 SiC MOSFET的门槛并不低。

派恩杰的竞争力

SiC MOSFET的门槛一方面表现为模型数据的缺失，黄兴介绍，全球第一款商用 SiC MOSFET是在2011年发布的，当时因为缺失 SiC材料确切模型数据，很多人都不知道如何去仿真。即使发展到现在，很多商用软件在仿真 SiC时，给出的预测也是不准确的，即仿真出来一个很好的器件，但流片出来会发现和设计不太一样，这无形中就为设计者带来了不小的挑战。如果要做出一个合格SiC MOSFET产品，就需要设计者从最底层的物理模型，对 SiC材料进行校准、实验和完善，包括 SiC的电子迁移率、雪崩击穿、热学仿真、工艺栅氧生长，栅氧界面钛的模型等等。对此，派恩杰具有得天独厚的优势。创始人黄兴是美国北卡州立大学的博士，师从IGBT之父B•贾扬•巴利加（B. Jayant Baliga），在Cree / RFMD(Qorvo) / UnitedSiC等有11余年的SiC&GaN功率器件研发和生产经验，累计发布10余篇科技论文，同时拥有20余项专利发明，包括全球首个可双向耐压 SiC结终端结构。行业的积累，再加上与行业内科学家的合作，最终提取出来一个仿真和实验结果匹配程度很好的模型，也正是基于这个模型，为派恩杰系列产品的推出打下了坚实的技术基础。

此外，成本也SiC MOSFET的门槛。黄兴表示，基于硅的MOSFET 晶圆成本约为500元/张，而基于 SiC的晶圆成本则高至3万元/张，相当于60倍的成本增加，如果同时开发几十款料号，成本的增加可想而知，这对一般的企业，都是一个不小的压力。就在今年9月，继东方投资、天际资本后，派恩杰再获湖杉资本数千万Pre-A轮融资，这也为派恩杰产品的持续推进提供了资金上的支持。

成本之外，迭代速度也是非常关键的。SiC的加工难度比较大，所以很多工厂不具备加工条件，这样就会极大地限制整个产品研发迭代的速度，幸运的是，派恩杰自成立之初就按照车规级标准研发设计 SiC功率器件，合作的代工厂也是有30年车规的全球首家提供150mm SiC工艺的X-FAB，在前期工程级的迭代周期上，X-FAB提供了很大支持，在今年9月6日，双方还就批量生产SiC晶圆建立长期战略合作关系。

正是基于模型上的多年积累，以及可靠的合作伙伴，早在2019年3月，派恩杰成立仅6个月即发布了第一款可兼容驱动650V GaN功率器件。同年8月完成Gen3技术的1200V SiC MOSFET，填补了国内空白。2020年先后发布用于5G数据中心、服务器与工业辅助电源的650V、1700V工业级MOSFET以及用于车载充电机的650V、1200V车规级MOSFET。2021年2月发布1200V大电流车规级MOSFET，应用于电动汽车电驱单管及模块，2021年7月完成了1200V 62mm SiC模块的开发。截至目前，派恩杰已经发布了50余款650V/1200V/1700V SiC SBD、SiC MOSFET、GaN HEMT功率器件产品。

而对于器件的性能，派恩杰也是非常有信心的。黄兴介绍，衡量功率半导体优劣的一个重要参数指标是HDFM，该数值越低，说明器件的综合损耗更小、效率更高。通过下图可以看出，派恩杰器件的性能表现都很不错，在一些抗极限功况，比如峰值功率、峰值电流和雪崩测试方面，派恩杰的产品也可以达到相关比较苛刻的工业要求和车规的要求。也正是高标准的产品品质，帮助派恩杰在全球半导体行业缺货的大背景下紧抓发展机遇，率先顺利“上车”。
 
推动中国 SiC乃至第三代半导体供应链的构建与完善

与基于硅的IGBT相比， SiC MOSFET 产业链相对比较脆弱，黄兴介绍，需求端不断膨胀，而当前全球 SiC原材料供应商能够稳定供货的就几家，这是当前最大的挑战。
派恩杰愿意基于自身的经验，帮助材料供应商提升他们的能力，黄兴同时也表示：“这可能并不是我们自身所擅长的。所以我们只能在不断积累自身核心技术的同时，想办法帮助上下游的供应链和客户的一起成长。”

像缺陷控制方面， SiC的缺陷类型有很多种，比如微管、三角形缺陷、表面的胡萝卜缺陷、一些小的坑洼等，有些缺陷是致命的，有些缺陷是可以容忍的。从成本的控制和良率的角度来看，有些缺陷工业级可以容忍，车规不能容忍，派恩杰就会建议把不符合车规的芯片挑出来去做工业级产品，对于一些致命缺陷，可以提前做筛选。另外，派恩杰也在帮助衬底厂商优化他们的产品，比如刚拿到的材料是平整的，但是离子注入退火之后，晶圆就翘曲了，这种类型应力上的一些释放和变形，是不能容忍的，派恩杰这时就会协助衬底厂商找到一个折衷的平衡点。

布局：车用 SiC模块封装产线

为了更好的服务新能源汽车企业，派恩杰也在加快布局车用 SiC模块，产品技术研发上已经取得较大的进展，正着力选址建造车用 SiC模块封装产线，以更好服务整车厂和Tier 1厂商。

相对单管封装， SiC模块封装相对会难一些，因为模块很多验证技术积累和迭代目前在国内还是空白。通过建造车用 SiC模块封装产线，派恩杰希望借助在芯片上的先发优势以及在工业、汽车应用中积累的上下游协同经验，在整个模块联合的设计中，通过进行联合芯片上下联动的调校和优化，更能够让模块与芯片相得益彰。黄兴介绍，目前，车用 SiC模块封装产线预计在2022年初动工，在2022年年底提供样品。

对于未来，黄兴表示，派恩杰将持续在新能源领域发力，尤其是车、光伏、储能、5G及数据中心等领域，帮助客户一起成长，逐步从产能保障和技术服务上与客户进行更为深度的合作，以实现企业的快速成长。