證券時報編輯 聶英好
作為第三代半導體的代表材料，碳化硅未來的市場潛力具有無限的想象空間。2024年4月，芯聯集成（688469）8英寸碳化硅工程批順利下線，標志著芯聯集成正式成為全球第二家、國內首家開啟8英寸碳化硅器件制造的晶圓廠。
2018年脫胎于中芯國際特色工藝事業部的芯聯集成，以晶圓代工為起點，向上觸達設計服務，向下延伸到模組封裝。經過6年多的發展，芯聯集成目前是國內最大的車規級IGBT芯片、SiC MOS、MEMS傳感器芯片制造商，為多家頭部新能源車企代工碳化硅芯片，迅速發展成國內領先的汽車芯片公司，成為我國汽車芯片領域的一顆“啟明星”。
從6英寸到8英寸
“與傳統硅基器件相比，碳化硅作為第三代半導體材料，具有優于硅基半導體的低阻值特點，能夠同時實現‘高耐壓’、‘低導通電阻’和‘高速’等性能，進而實現更高的系統效率、更低的損耗和空間小型化，因此在電能轉換中得到大規模應用。”芯聯集成總經理趙奇在接受證券時報編輯專訪時表示。
碳化硅是一種新興的高性能半導體材料，汽車是碳化硅最主要的應用市場之一。近年來，國內新能源汽車市場的快速增長，帶動碳化硅器件和模組的需求量持續攀升。目前碳化硅主要應用于新能源汽車內部的關鍵電力系統，包括主驅逆變器、車載充電器（OBC）和DC-DC轉換器，同時光伏領域也在大的光伏電站開始嘗試使用碳化硅。
然而，成本偏高與產能有限，成為了阻礙碳化硅器件進入大規模應用的關鍵性問題。在此背景下，從6英寸向8英寸擴展則是破解碳化硅成本過高難題的一條最佳路徑。碳化硅晶圓尺寸越大，單位芯片成本越低，因此從6英寸向8英寸轉型升級已成為產業發展的大勢所趨。
放眼全球，國內外各大廠家均在加速通關8英寸碳化硅晶圓，半導體“大廠”科銳、意法及英飛凌等紛紛在建設8英寸產線。例如英飛凌在8月8日宣布，其位于馬來西亞居林的8英寸碳化硅功率半導體晶圓廠一期項目正式啟動運營。中國企業也早已加入碳化硅產業的升級轉型之中，尤其在襯底制備領域已具備明顯的競爭力。
從6英寸碳化硅“器件制造”到8英寸碳化硅，需要突破的技術難點在于何處？趙奇表示，現階段，主要需要解決碳化硅襯底在生產中的翹曲問題。“8英寸硅基襯底厚度為0.725毫米。碳化硅雖然晶體很硬，但為了讓襯底片更便宜，需要比硅更薄，比如0.35毫米。這個厚度在6英寸時還有一定剛性，到8英寸就會出現翹曲。翹曲之后，襯底片就不在一個平面上，真空吸不住。”趙奇說。
碳化硅的產業鏈主要包括襯底、外延、器件設計、晶圓制造、模塊封裝等環節，其中該產業鏈約70%的價值量都集中在襯底和外延這兩個環節。趙奇告訴編輯，現階段6英寸碳化硅襯底和外延在國內已經能完全實現自主供應，8英寸的也已進入下線驗證階段。
“芯聯集成很早之前就開始為碳化硅向8英寸擴展做準備，一方面是把6英寸做起來，積累技術；另外通過跟6英寸供應商的合作，也開始讓他們做8英寸。當我們確認襯底和外延的8英寸已經差不多可以做出來，就啟動了8英寸器件制造產線。”趙奇介紹道。
回溯芯聯集成的碳化硅建設之路，其于2021年年底開始投建碳化硅相關產線，在2022年開始陸續形成產能。2023年，芯聯集成開始建設國內第一條8英寸碳化硅器件產線，以期用此來帶動國內8英寸襯底、外延、器件生產的整個鏈條，趕上國外主流廠商們的布局。今年4月份，芯聯集成的8英寸碳化硅工程批產品順利下線，標志著該公司成為國內首家投產8英寸碳化硅的晶圓廠。
對于碳化硅業務的未來發展，趙奇表示，芯聯集成的目標是2024年碳化硅營收超10億元，并期待在未來兩三年能實現更高的全球市場份額。
技術創新引領蝶變
在國內率先投產8英寸碳化硅的芯聯集成，究竟是一家什么樣的企業？
芯聯集成2018年脫胎于中芯國際的特色工藝事業部，核心技術人員深耕半導體行業幾十年。該公司于2023年在科創板上市，是一家致力于為新能源產業、智能化產業提供核心芯片和模組的公司。成立6年以來，芯聯集成已成長為國內最大的IGBT、SiC MOS、MEMS傳感器芯片制造商，產品可以覆蓋超過70%的汽車芯片種類。
芯聯集成之所以能夠在6年時間內實現高速成長，背后的關鍵“密碼”有二，一方面在于踏準了新能源汽車等迅速發展的節拍，另一方面則在于持續保持高強度研發投入。自2018年成立以來，芯聯集成每年會將銷售收入的約30%投入研發中，2024年上半年，該公司合計研發投入8.69億元，比上年同期增長33.75%。同時芯聯集成在研發人員數量、累計授權專利數量等方面也繼續保持增長。
趙奇表示，在持續高強度研發投入之下，芯聯集成從最早只有MEMS（微機電系統集成電路）、功率器件，2019年發展功率模塊業務，2020年研發出高壓模擬IC和BCD平臺，2021年切入SiC MOS（碳化硅），2022年開始做激光雷達，到2023年擴展至MCU（單片機）。“走一步、看三步、每年進入新的技術領域，這是芯聯集成自成立以來秉持的目標，芯聯集成每年都會進入至少一個國內尚顯薄弱的新領域、新方向展開研發，并通過快速迭代在兩三年內達到國內領先水平。”趙奇向編輯表示。
基于對研發投入的重視，芯聯集成不僅抓住了車載激光雷達、高端麥克風等領域帶來的市場增量，也進一步鞏固了碳化硅、模擬IC、車載功率等三大核心產品領域的地位。
不過，從投入研發到成功產生成效的過程并非一蹴而就，芯聯集成也在研發之中面臨過不少挑戰。例如，碳化硅器件成本較高的問題并不好解決，就目前價格來看，8英寸碳化硅晶圓成本仍然高于6英寸。
“為了解決碳化硅成本高的問題，我們通過提升產業鏈整體良率、晶圓尺寸的增大以及器件的縮小來降低成本。此外，公司還通過建設國內首條8英寸SiC MOSFET產線，以期在新興電力電子市場中取得更大的競爭優勢。”趙奇表示。
今年6月，芯聯集成發布公告，擬通過發行股份及支付現金的方式收購控股子公司芯聯越州集成電路制造（紹興）有限公司（下稱“芯聯越州”）剩余72.33%股權。完成交易后，芯聯集成將100%控股芯聯越州。
此次芯聯集成計劃收購的芯聯越州，擁有7萬片/月的硅基產能、0.5萬片/月的6英寸SiC（碳化硅） MOSFET產能，同時在高壓模擬IC等高技術平臺上進行了前瞻布局。其6英寸SiC MOSFET出貨量國內第一，手里還握有國內第一條8英寸產線。數據顯示，2023年芯聯越州6英寸SiC MOSFET出貨量已達國內第一，在該項收購完成后，芯聯越州有望成為芯聯集成未來8英寸碳化硅產線擴大生產的主要載體。
當前，芯聯集成已形成以IGBT、MOSFET、MEMS為主的8英寸硅基芯片、模組產線的第一增長曲線；以SiC MOSFET芯片及模組產線為代表的第二增長曲線；以高壓、大功率BCD工藝為主的模擬IC為第三增長曲線，三條增長曲線將覆蓋不同的產品領域和應用方向。未來，芯聯集成將不斷拓展新產品線，并計劃于今年下半年推出高可靠性、高性能專用MCU平臺。
加碼AI領域布局
著眼于最新市場變化，生成式人工智能（AI）加速滲透全球行業，芯聯集成正在積極布局AI、數據中心等新興市場，過去三年，芯聯集成在AI方向累計投資超過20億元，為其下一步發展帶來長期的增長動能。
2024年上半年，芯聯集成應用于AI服務器多相電源的0.18um BCD工藝產品成功量產，特別是芯聯集成面向數據中心服務器的55nm高效率電源管理芯片平臺技術已獲得客戶重大項目定點。
從業績上來看，AI給芯聯集成帶來云端服務器相關業務的新增長，AI需求的爆發也驅動芯聯集成2024年半年度業績增長。芯聯集成2024年上半年營業收入為28.80億元，同比增長14.27%，在AI需求的推動下，其新能源汽車業務板塊營收貢獻48%。
趙奇指出，隨著AI算力需求的不斷增長，集成電路細分領域中模擬IC業務也因此保持著穩定增長。電源管理芯片是一種模擬IC，其設計的根基在于應用最廣泛的模擬工藝技術BCD（單片集成工藝）。芯聯集成是少有的擁有高壓、低壓BCD全平臺，同時在特色工藝和特色器件上發力的晶圓廠，目前已在業務上取得實質性進展。
2024年上半年，芯聯集成在模擬IC芯片領域新發布四個車規級平臺，其中數模混合嵌入式控制芯片制造平臺填補了國內高壓大功率數字模擬混合信號集成IC的空白；高邊智能開關芯片制造平臺、高壓BCD 120V平臺對應的技術為國內該領域的稀缺技術；高壓SOI BCD平臺對應的技術位于國內領先水平。同時，該公司獲得國內多個車企和Tier1項目定點。
“上半年，多個集成化的BCD工藝平臺發力，填補了國內空白，預計2024年到2026年，模擬IC將成為公司增長最快的部分。”趙奇對編輯表示。
據趙奇透露，芯聯集成將不斷拓寬業務領域，全面布局高增長的AI高速服務器領域，為AI服務器電源，AI集群通信等多個AI系統提供完整的電源管理芯片和模組的代工服務，為產品公司打造國內AI服務器電源代工方案提供技術支撐和大規模高質量交付保障。
趙奇同時強調，“未來，芯聯集成將繼續加大研發投入，推動技術創新，實現高水平科技自立自強，為中國半導體產業的自主可控發展做出更大的貢獻，并爭取在全球半導體行業中占據更重要的地位，成為引領新能源與智能化革命的重要力量。”
編輯：金杜
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