森国科专访 | 坚持以客户需求场景为导向,做最适合的碳化硅功率产品

       近日,森国科董事长杨承晋先生接受了半导体领域专业媒体“三代半风向”的专访,并从国内国际上碳化硅功率器件的发展前景以及森国科对于碳化硅产品的布局思考等方面进行了分享,以下为分享原文:

      最近,“三代半风向”正在频繁走访第三代半导体企业,深入了解产业的发展状况,而一家SiC功率器件企业引起了我们的注意:

● 他们的SiC器件已批量出货,合作客户超过了100家,有50多家快充客户;

● 推出了最低漏电流、最小封装、最低Vf的SiC器件;

● SiC器件良率已经超过97%。

     这家企业从2018年介入SiC器件研发,迅速实现SiC技术“0”到“1”的突破,技术媲美国际企业,他们有哪些“过人之处”?他们对车规SiC器件的发展有哪些判断?为此,我们特地前往深圳,采访了森国科董事长杨承晋。

4大优势技术攻下100+客户森国科成立于2013年,战略投资股东包括北汽产投、蓝思科技、凌霄泵业、中金资本、中科海创、第一创业证券等。
 


      2018年,森国科开始研究设计SiC 器件,由于产品设计能力突出,他们被代工要求严苛的X-Fab选定为中国最早的合作客户之一。随后森国科在2019年便推出了650V SiC二极管系列,2020年又推出了1200V SiC二极管系列。
据杨承晋介绍,森国科的SiC二极管已经大批量出货,目前批量采用和试用的合作客户超过了100家。

      森国科“超速”发展,引起了多方关注。2021年12月14日,森国科宣布完成C轮融资,融资金额高达亿元级,中金资本领投本轮融资。据介绍,中金资本是中金公司的子公司,截至2020年底,中金资本管理资产规模超过3500亿元。
企业的发展要靠产品说话,据杨承晋介绍,森国科能够获得100多家客户的认可和采用,得益于公司始终坚持以客户需求场景为导向,做最适合的功率产品,其中有4项优势技术表现得特别明显。
      一是全球最低漏电流的碳化硅二极管,低漏电低于1nA,这意味着系统产品的功耗可以做到最低,该场景适用于对于漏电有严格要求的场景。

      二是森国科采用独特的封装工艺,开发了全球最小封装的SiC二极管SMBF的封装,相比PDFN3*3封装、PDFN5*6封装显著减小体积,不需要修改PCB就可以直接替代硅基二极管,这样在追求产品体积的消费级产品领域,如大功率快充头上得到了广泛认可。
      三是Low Vf的650V SiC 二极管,Vf 典型值做到了1.25V,有利于客户提升电源的转换效率,在Servo Power中开始逐步渗透使用。
四是高Bv系列产品,标称650V的产品,实际测试都能超过900V, 冲击电流高达65A,从而确保了在高耐压的应用场景的适用性,这点在功率产品中尤为重要,很多客户的实际使用场景比测试场景更为恶劣,器件产品的稳定性成了重要指标,如光伏产品在内蒙、青海等高原地带,温差巨大。
杨承晋透露,森国科的SiC二极管技术已经进入到第5代——Thinned MPS(减薄型混合PN型结势垒肖特基二极管,TMPS)。“我们SiC二极管产品可减薄到110μm,而国内其他企业的一般为175μm,而且我们的良率达到97%以上。”

与此同时,森国科SiC二极管产品不仅性能质量可媲美国际大品牌,还具有高性价比和交货周期短等优势。
2021年,森国科又投入SiC MOSFET的研发。据介绍,森国科的SiC MOSFET的技术对标Wolfspeed(Cree)的第三代技术,采用平面工艺。其650V、1200V、1700V系列SiC MOSFET预计2022年Q3开始给客户送样。“我们今年将主要推动SiC MOSFET主要型号的量产,2023年之后不断丰富产品系列。”
快充需求达100亿光伏国产替代有望50%?凭借优势技术,森国科的碳化硅器件已经广泛应用于快充、光伏逆变器、充电桩、新能源汽车等领域。

其中,森国科已经和超过50家的快充头合作伙伴建立了紧密的合作关系,森国科为充电头企业提供了超过10个型号,可满足各类差异化的需求。
杨承晋告诉“三代半风向”,碳化硅在消费类电源领域的关注度越来越高。这是因为在大功率快充电源产品中,SiC二极管搭配氮化镓功率器件,可以将PFC的工作频率从不足100KHz提升到300KHz,通过强强联合提高频率降低损耗,从而减小磁性元件体积,提高充电器功率密度。
他透露,100W以上的大功率的快充头已经开始大规模采用GaN开关器件和SiC二极管,未来快充头每年的需求大约为20-30亿支,将形成100亿元以上SiC二极管需求。
除了快充,SiC二极管在光伏及风电逆变器的应用达到大规模拓展的爆发年。
杨承晋认为,光伏领域需要大量用到碳化硅功率器件,预计到2030年需求将增长5-10倍。而国产SiC二极管将加速替代进口产品,“今年光伏SiC二极管的国产替代率,乐观估计将达到50%。”
       据介绍,面向光伏逆变器市场,森国科推出了1200V系列碳化硅二极管KS20120-C、KS40120-C,达到了JEDEC的可靠性实验的标准,达到替换国际主流品牌同类产品的要求。车规SiC MOS即将推出多项措施降低成本新能源汽车中的OBC、DC-DC、电机驱动、大功率充电桩都需要大量用到碳化硅功率器件,随着新能源汽车产业的高速发展,碳化硅功率器件的年增速达到了30%以上。
在新能源汽车领域,杨承晋表示,“第一个阶段主要是车规级碳化硅二极管,目前在客户测试认证阶段。我们计划在2022年下半年,主要推出车规级的SiC MOSFET”。

同时,森国科今年还将完成碳化硅模块的预研,通过合作伙伴的验证,并在2023年之后不断丰富产品系列,通过车规级认证。
成本是SiC模块“上车”的主要障碍之一,目前SiC逆变器模块的价格约为硅基IGBT方案的3倍左右。
       据杨承晋分析,相对于衬底材料,目前SiC模块价格之所以下降幅度没有那么大,主要是SiC MOSFET目前供不应求,导致模块的价格也还运营在高位。另一个原因是,国内车规SiC MOSFET成熟产品较少,而很多进口大品牌的交货期已经长达18个月以上,这也导致模块价格居高不下。
但他大胆判断道,如果国内能在材料端加大投入,通过创新不断提升良率,通过规模化的投资降低成本,更多的器件设计公司和下游应用企业加大合作协同,必然会加速碳化硅的发展。“SiC材料有望在未来三年将成本下降一半,也会带动SiC模组价格快速下降,逐步逼近硅基产品”。
在降低成本方面,森国科有多项措施:
       首先,森国科采用“小步快跑”的方式渐进式降低成本,比如从工艺设计方面,尽量开发一些创新结构,在确保性能的前提下缩小die size。
       其次,将设计和工艺线紧密结合,重点考虑一致性和保证良率。据透露,森国科采用X-FAB的6英寸线代工,选择华天科技作为SiC 功率器件封测代工,可以确保二极管良率已经超过97%。
       第三,森国科从SiC衬底到外延,都在逐步在验证国产材料,为下一步降低成本做好准备,同时也是确保原材料的充足供应。
       第四,森国科在巩固国际代工厂合作关系的同时,也在加强和国内代工厂的密切合作。杨承晋表示,森国科同时拥有国际6寸线和国内6寸线两个工艺设计能力,已经成长为国内领先的SiC功率器件设计公司。
展望未来,依据应用需求推出最合适的SiC功率器件,这是森国科贯穿始终的理念,他们认为只有将特定性能做到最优,才能体现出碳化硅功率器件更大的价值。

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