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南砂晶圆:补齐广东碳化硅晶片产业链衬底关键一环

作者:时间:2022-12-19来源:南方财经收藏

在广州南沙南端的万顷沙,一条不到1公里长的万泰路上,密集排布着、联晶智能、芯粤能、芯聚能等一批半导体和集成电路企业。在全球第三代半导体碳化硅材料迎来商用加速期的当下,这里就覆盖了上游的碳化硅单晶及衬底加工,中游的芯片设计、制造、封测,下游的应用等产业链关键环节。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202212/441781.htm

作为上游企业,广州半导体技术有限公司(下称“”)是目前广东省唯一一家可以规模化生产晶片的企业。2021年,南沙晶圆认定为广州市级“专精特新”企业。

“聚沙成晶、科技报国、全球驰名”,是南砂晶圆的愿景。“聚沙成晶的第一层意思是南砂晶圆把多晶碳化硅粉长成高品质碳化硅单晶,第二层意思是我们来自全国五湖四海,大概是从十几个省,组成团队聚集南沙。”2000年,王垚浩到佛山市国星光电科技有限公司担任董事长、总经理,带领企业成长为国内半导体照明行业龙头。

2018年,依托山东大学晶体材料国家重点实验室徐现刚教授团队的技术,王垚浩参与成立南砂晶圆并担任董事长。近日,在接受南方财经全媒体记者采访时,王垚浩坚定地认为,“就像当年看到LED的市场前景一样,我相信这一次也抓住了碳化硅材料的发展机会。”

抓住碳化硅晶片商用加速机遇期

新一代的材料出现能带动相关产业和技术的迅速发展。

碳化硅材料目前是第三代半导体中技术应用最成熟的衬底材料,因为国内外新能源汽车争先将碳化硅器件应用于逆变器、充电器、电驱系统,碳化硅晶片市场被一夜之间引爆。

汽车数据平台佐思汽研报告显示,碳化硅器件具备耐高压、耐高频等特性,在新能源汽车上的使用正在扩大,据测算,2022年中国车用市场需求在16.9亿元左右,2025年预计将达129.9亿元,年均增长率达97.2%。

百亿级市场前景的热闹背后,鲜为人知的是,我国从技术研发走向产业化,是一场长达20年的积累与等待。

据王垚浩介绍,大概在2000年,我国正式将碳化硅材料列入重点研究领域项目,由中科院两家分所主攻导电型碳化硅晶体,山东大学晶体材料研究所主攻半绝缘型碳化硅晶体。

“相较于硅基,碳化硅器件具有功率大、体量小、节能高效、耐用等多方面优势,除了新能源汽车,碳化硅器件如今在5G通信、轨道交通、电力系统、光伏储能、大数据、雷达、航母等更广泛的领域都可以替代硅基器件。”王垚浩说。

2018年,我国提出“新基建”发展目标,5G基站的兴建,率先让山东大学的4寸半绝缘型碳化硅晶体技术走向市场,依托其技术成立的山东天岳先进科技股份有限公司,于今年1月登陆科创板。

2021年,导电型碳化硅晶体因新能源汽车应用而兴起,作为中科院物理所技术转化企业,北京天科合达半导体股份有限公司2021年估值达54亿元,是2016年1.17亿元的53倍。

2020年,王垚浩与徐现刚嗅到了市场风向变化,迅速决定调整南砂晶圆的产品方向,由2018年初制定的兼顾半绝缘型和导电型、晶体生长和衬底加工,转为聚焦导电型晶体衬底。

“在十多年积累的基础上,我们集中精力用一年多时间,就实现了6英寸导电型晶体衬底的技术突破。从今年第四季度起,公司已经达到了每月数百片的发货量。南砂晶圆也是全国唯一一家一次性建成8万平方米生产规模的衬底加工企业。我们就是要在这个时间点,跟上6英寸导电型碳化硅晶片市场的需求。”王垚浩说。

衬底年产量预计达50万片

由于技术门槛高、国内产能增长较慢,王垚浩认为,在2023年2026年之间,国内碳化硅晶片市场将是供不应求状态,特别是衬底晶片一环,除了几家科研机构的产业化项目,国内车企、芯片厂也正在通过境内外收购、持股等方式布局该领域。

在碳化硅器件的成本中,衬底、外延、模块分别占比46%、23%、20%,晶体生长及衬底加工环节占据了接近一半。王垚浩介绍,目前产品成本控制和产能扩大的制约主要在于人才短缺。碳化硅晶片虽然在衬底、外延片、封测等阶段的工艺都已实现机械化,但是在晶体生长阶段目前仍依赖手工作业。

“晶体生长的过程中需要凭借专业和经验,对工艺参数灵活调整。一名合格的工艺工程师,首先要具有本科以上的专业基础,然后进入公司从设备调试开始学起,至少经过3至5年的锻炼培养。”王垚浩介绍,南砂晶圆目前核心骨干团队约20人,全面覆盖了晶体生长、衬底加工的关键技术领域。

“人才紧缺仍是制约这个行业的最大难题,我们的员工就来自全国十多个省份。”王垚浩表示,一句“聚沙成晶”,体现的正是南砂晶圆聚焦碳化硅晶片产业链关键环节,以及克服困难全国招揽人才的决心。

然而,技术门槛不会是一道永远坚固的护城河,南砂晶圆踩中了应用市场机遇,就必须加快扩大产能,抢占市场份额。今年底至明年,正是南砂晶圆产能爬坡的关键时期。

目前南砂晶圆的单晶厂位于中山,月产800块6英寸单晶。一期计划投资9亿元的南沙工厂经过经营战略调整之后,将聚焦衬底加工环节,今年下半年可实现每月3000片衬底晶片的产能,预计在明年年中一期生产线全面投产后,下半年月产能达1万片,全年生产接近10万片。

今年下半年,国内晶片厂商加快推进8英寸碳化硅单晶和衬底生产试验,南砂晶圆凭借山东大学的科研成果,和公司每年营收占比10%以上的研发投入力度,成为最早宣布试产成功的企业之一。

王垚浩表示,未来3至5年内,随着国内晶体良率提升、切割工艺迭代、单晶尺寸扩大等各方面技术提升,碳化硅衬底晶片成本预计可以下降50%,以满足工业、民用市场端的大量需求。目前,南砂晶圆二期正规划8英寸衬底晶片生产线,建成后园区年产量将达到50万片。

“6英寸时代,我们跟上了市场,8英寸时代,我们希望领先全国。”王垚浩说。

投资人眼中的南砂晶圆

广州南沙区南金基金管理有限公司董事长李雨桐:团队亮眼、技术领先

“十四五”是中国集成电路产业夯实基础、谋取更大进步的关键五年, 而在广州南沙区,“芯片一条街”已雏形初具。

南金基金作为南沙科金控股集团旗下的国有股权投资机构,除了谨守国资投资的保值增值要求,同时也要兼顾将有限资源配置到科技创新最需要的地方,对关键领域、重要区域和薄弱环节的给予更大支持力度,助力企业安心在南沙本地成长壮大,打好关键核心技术攻坚战。

“支持南砂晶圆的发展也是落实南沙方案的一个重要举措,助力南沙打造产业创新聚集高地。”广州南沙区南金基金管理有限公司董事长李雨桐说。

南砂晶圆就是南沙区芯片一条街的重要成员之一,其所处的集成电路行业属于国家战略新兴行业,有非常好的产业前景,同时下游应用和市场空间极大,具备快速发展的基础。尽管项目公司资产规模较小、起步较晚,但项目团队属于碳化硅晶体领域极其稀缺的研发实力强、拥有成熟管理经验、行业资源丰富的强大项目团队。

创始人王垚浩博士是行业内既具备专业知识背景,又拥有上市公司管理运营经验的稀缺人才。其长期在半导体行业从事管理、科研工作。早期带领国星光电,从一个老牌加工型国企,一跃成长为拥有100多个自主知识产权产品的高新技术企业,并成功登陆深交所主板上市。

公司技术团队主要负责人徐现刚教授团队是我国碳化硅单晶研发的开创者之一,其团队均来自山东大学晶体材料国家重点实验室。2000年就正式开启碳化硅衬底的研发工作,先后主持20余项国家及省部级项目,研发生产的2英寸衬底生产率先打破了国外长期的技术封锁和垄断,在碳化硅单晶领域高着雄厚的技术实力和深厚的工艺积累。

令投资人比较赞赏的,还有南砂晶圆在产业链的位置。碳化硅领域里,衬底是产业链最核心的环节,直接制约碳化硅应用放量,衬底一项材料的成本就占到碳化硅晶片产品成本的近40%,可见其产业链位置的核心及突出。大力扶持集成电路行业发展也已写入我国的“十四五”发展规划之中。

谈及碳化硅领域的前景,碳化硅属于第三代半导体材料,在低功耗、小型化、高压、高频的应用场景有极大优势。在新能源汽车、轨道交通、高压电网等领域拥有十分广阔的市场空间。尤其是近年来新能源汽车增长势头迅猛,相应带动碳化硅市场也持续增长,而且不难看到,这样的增长势头在未来可能还会持续较长的时间。



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