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瞻芯电子:高瞻远瞩,创芯无限

2019-07-18点击次数:

瞻芯电子是一家由海归博士领衔的碳化硅(SiC)半导体初创公司,两年前在临港科技城成立,其寓意“高瞻远瞩,创芯无限”。作为该公司正集中精力研发的SiC MOSFET 驱动IC芯片,预计今年10月实现量产,将成为世界上第一款把SiC MOSFET驱动所需的负压、退饱和保护等核心功能集成在一颗8个管脚的SOIC封装里的芯片产品。

瞻芯电子聚焦于碳化硅(SiC)半导体的研发和生产,是一家实实在在的“硬核高科技”公司。

如果说我们常见的AI芯片是“会思考的大脑”,那么负责电流输出与控制的碳化硅(SiC)器件,就是管电的“超级管理员”。它被广泛应用在电动汽车、轨道交通、智能电网、通讯雷达和航空航天等重要国民经济和军工领域,实现系统中电力的转换和控制。

 

目前在半导体制造领域,我国功率器件产业整体落后美、欧、日等发达国家,关键技术装备基本依赖国外。要打破国外的技术垄断,自主创“芯”迫在眉睫。

1、第一片国产 6 英寸 SiC MOSFET 晶圆的诞生

在半导体制造领域,增大晶圆尺寸是提高半导体产品竞争力的极佳途径。因为晶圆尺寸越大,切割出的芯片数量也会增多,在提高器件性能的同时,还能极大地降低成本。

 

目前,碳化硅晶圆生产主要以4英寸和6英寸为主,6英寸碳化硅晶圆是目前业界可量产的最大尺寸的碳化硅单晶材料。

 

因此,成立之初,瞻芯电子便向6英寸晶圆发起了挑战。


2017年7月,公司正式成立;

2017年10月,完成工艺流程、器件和版图设计;

2017年10月到12月间,完成初步工艺试验;

2017年12月,开始正式流片;

2018年5月,流出第一片国产 6 英寸 SiC MOSFET 晶圆。


短短9个月的时间,瞻芯电子成功地在一条成熟量产的6英寸工艺生产线上完成了碳化硅(SiC) MOSFET晶圆的制造流程,成为国内第一家掌握该技术的公司。

看似简单的流程,实际操作起来,要实现超高密度的微纳米制造工艺,不能仅用一个“难”字来形容。

 

极高纯度的半导体经过长晶、切片等工序制备成为晶圆,晶圆经过一系列半导体制造工艺形成极微小的电路结构,再经切割、封装、测试成为芯片,广泛应用到各类电子设备当中。

 

基于该晶圆开发的碳化硅功率器件比如说MOSFET,,跟传统的硅功率器件比,相同功率等级的碳化硅功率器件的理论能耗只有硅器件的十分之一,相应的碳化硅器件的芯片面积只有硅器件芯片面积的几十分之一,并且碳化硅功率器件可以耐受更高的工作温度、抗辐射、适应极端恶劣的工作环境。

 

2、打造全系列产品线,致力整套解决方案

 

晶圆的诞生只是开始,后续量产才是“任重道远”。

 

SiC功率器件的生产难度不仅在上游的晶圆材料上,在器件的前道和后道工序中都有不同难点,如前道工序的衬底缺陷、衬底透明度、掺杂剂活化、栅氧化,以及后道工序的晶圆减薄、镀金属、晶圆完成度等方面都需要精细的工艺技术支持。


目前,瞻芯电子正集中精力研发1200V SiC MOSFET、1200V SiC SBD、650V SiC MOSFET以及SiC MOSFET栅极驱动芯片等产品:


SiC MOSFET 驱动IC芯片预计2019年10月量产,这将是世界上第一款把SiC MOSFET驱动所需的负压、退饱和保护等核心功能集成在一颗8个管脚的SOIC封装里的芯片产品。


1200V SiC SBD(二极管)预计在2019年12底完成可靠性验证并且开始量产。


公司最为核心并且填补国内空白的1200V SiC MOSFET将于2019年9月给客户送样,2020年第一季度完成可靠性验证,并且二季度正式量产。


这些产品将应用在光伏逆变器、充电桩、电能质量管理单元、电动汽车车载充电器、以及电动汽车的电驱动单元等场景之中。

 

2019 年底,瞻芯电子有望为中国新能源产业提供整套 SiC 功率器件及驱动芯片解决方案,并计划于 2022 年前打造完全国产、车规级 SiC MOSFET 和 SBD 全系列产品线。

 

工欲善其事必先利其器。为了充分准备碳化硅功率器件的量产,瞻芯电子购买了碳化硅专用的高温退火炉,未来,瞻芯还将计划购买碳化硅专用的高温离子注入机、背面减薄和激光退火等专业设备。

3、市场庞大,布局全球

 

近年来,我国新能源汽车发展突飞猛进,在政府工作报告中也几次被提及,未来的发展方向就是要用新能源汽车取代传统汽车。

 

但是,电动汽车的电动机是有源负载,其转速范围很宽,且在行驶过程中需要频繁地加速和减速,工作条件比一般的调速系统要复杂,因此,其驱动系统是决定电动汽车性能的关键所在。

随着电动汽车的发展,大家对电力电子功率驱动系统提出了更高的要求,即更轻、更紧凑、更高效、更可靠。

 

碳化硅(SiC)因其宽带隙性能脱颖而出。与传统硅基器件相比,SiC的击穿场强是传统硅基器件的10倍,导热系数是传统硅基器件的3倍,非常适合于高压和大功率应用,如电源、太阳能逆变器、火车和风力涡轮机。

 

国际上碳化硅MOSFET的研发方兴未艾,国内已经具备良好的芯片产业和资本基础,借助于国内的优异的创业环境,以及瞻芯团队两年来的深度研发和极力攻关,目前瞻芯研发的1200V SiC MOSFET产品性能已经进入世界第一梯队。

 

瞻芯电子总裁张永熙博士表示,碳化硅功率器件的市场正在高速成长,预计在2027年之前全球达到100亿美元左右,而中国市场将至少占50%。瞻芯目前的用户端市场有80%左右都是国内的电力电子系统厂商,但产品的最终的应用市场是全球化的。

 

在新能源汽车强势需求的推动下,提前布局SiC已成为大势所趋。瞻芯电子不断突破技术壁垒,掌握自主的核心技术,借着新能源汽车的东风将国产SiC推向世界。

4、扎根临港,相伴成长

 

而对于瞻芯电子发展的根基——临港地区。

 

张永熙博士表示,临港优异的产业发展政策和环境,以极具前瞻性的城市规划助力瞻芯在临港不断发展壮大。瞻芯也见证了临港这个未来之城一步步成为一个宜居、宜业,富有创新性和活力的魅力门户之城。


同时,临港聚集了像上海电气、上汽新能源、特斯拉等一系列高端功率芯片客户端的产业链资源,还有华大积塔半导体在建的碳化硅和特色工艺生产线,整个临港正在形成一个完整的芯片产业链生态,为上海瞻芯的发展提供更加完善的产业环境。

 

落户临港科技城以来,瞻芯电子不断成长,逐步建设了瞻芯的碳化硅专用加工平台和高端功率模块研发平台,以及高性能模拟IC研发等国家急需的高端芯片产业化研发中心。除了目前在开发产品之外,瞻芯电子下一步将推出碳化硅功率模块、高性能电源(包括数据中心和通信电源)的控制和驱动芯片、车规级的驱动IC芯片、车规级的碳化硅MOSFET芯片、以及下一代即沟槽型的碳化硅MOSFET芯片。

 

未来,瞻芯还将入驻临港科技城首发地块创晶科技中心,在这块朝气蓬勃的科技创新热土上与万千科技企业共生共荣、相伴成长。