【新鼎资本研究】国家芯片产业基金投资项目之二十九——世纪金光

北京世纪金光半导体有限公司

一. 企业概况

北京世纪金光半导体有限公司（以下简称“世纪金光”）是一家致力于第三代宽禁带半导体功能材料和功率器件研发与生产的国家级高新技术企业。公司成立于2010年12月24日，注册资金26,613万元，位于北京经济技术开发区，占地56亩，总建筑面积达9.3万平米。“世纪金光”以“持续降低能耗”为己任，以“战略新兴半导体材料的研发与生产”为目标，以“自主创新”为战略，经过多年的发展，公司已完成从碳化硅功能材料生长、功率元器件和模块制备、行业应用开发和解决方案提供等关键领域的全面布局。逐步突破国外技术封锁，实现全产业链自主可控。

股权结构：

1.李海泉（实控人）62.67%

2.北京易万亿投资管理中心（有限合伙）16.74%

3.国家集成电路基金 10.55%

4.上海聚源聚芯集成电路股权投资基金中心 5.05%

5.李伟健 3.57%

A轮 , 时间：2016.1.08；投资方：天风天睿，国家集成电路产业投资基金

B轮 , 时间：2017.10.01；投资方：轻舟资本

C轮 , 时间：2018.07.31；投资方：天风天睿及国家集成电路产业投资基金

二.主要产品

碳化硅单晶片

产品规格：2-6英寸

产品类型：导电单晶片

产品优势：禁带宽度大、高热导率、高击穿电场、本征温度高、抗辐射、化学稳定性好、电子饱和漂移速度高等优点。

应用领域：主要应用于制作高温、高压、大功率、抗辐照的半导体器件等。

碳化硅外延片

产品规格：3-6英寸

产品类型：同质外延片

产品特点：禁带宽度大、临界击穿电场高、高热导率、高电子饱和和迁移速度等。

应用领域：主要应用于制作高温、高压、大功率、抗辐照的半导体器件等。

碳化硅肖特基二极管

额定电压：650-1200V

额定电流：2-60A

产品特点：相比普通的PN结势垒二极管具有导通压降低，开关速度快、0反向恢复、耐高温的优点。

应用领域：光伏逆变器、高频电源、高性能服务器电源、充电桩充电模块等领域。

碳化硅场效应晶体管

额定电压：650-1200V

额定电流：30-100A

产品特点：更低的导通电阻，更高的工作频率，开关损耗大幅降低，与Si IGBT器件相比可降低开关损耗70%，高温特性好、稳定性高。

应用领域：开关电源、光伏逆变器、充电桩充电模块、新能源汽车OBC、DC/DC等。

三.半导体材料背景

碳化硅(SiC)是近五年以来备受关注的第三代半导体，SiC功率器件的研发从1970年代就开始了，到了1980年代，SiC晶体质量和制造工艺获得了大幅改进，90年代末，除了美国之外，欧洲和日本也开始投入资源进行研发。此后，行业开始加速发展。

到2001年英飞凌推出了第一款SiC器件——300V~600V(16A)的SiC肖特基二极管，接着科锐（Cree）在2002年推出了600V~1200V（20A）的SiC肖特基二极管，主要用在开关电源控制和和电机控制中，随后ST、罗姆、飞兆和东芝等都纷纷推出了相应的产品。而SiC晶体管和SiC MOSFET则分别在2006年和2011年才面世。

在衬底方面，国内的天科合达历史最为悠久，其产品已经在市场上卖了十几年了；第二家是山东天岳，其技术源于山东大学。此外，河北同光、世纪金光、中科节能和Norstel也有相关技术。

在器件和模块方面，目前技术最强的还是罗姆、英飞凌和Wolfspeed等国外厂商。国内的厂商技术与他们相比差距还比较大，国内主要还是做SiC肖特基二极管为主。不过好消息是，差距在缩小，也内人士认为，差距的原因主要是国内起步比较晚，研发也就做了十年左右，而国外企业的研发至少已经做了25年了。SiC技术，尤其是SiC二极管技术，不是特别复杂，只要企业愿意去做，沉下心去做，几年后基本就可以做稳定了，但SiC MOSFET的技术要更难，要追上来需要更长的时间。像现在的泰科天润的SiC二极管产品已经在国内卖了很多年了，也获得了行业的诸多认可。

在代工厂方面，目前SiC产业内还没有真正的代工厂，据说也没有有产线的企业愿意给别人代工。所以国内的SiCFabless企业一般都是要去找台湾的代工厂商，比如汉磊科技。国内的基本半导体就是一家Fabless的SiC企业。

这几年，国内有不少企业新进入了SiC领域，其实要想在SiC领域活下来，也不容易。首先要有足够的资金投入，因为它是一个高投入的行业，据业内人士透露，不说其他投资，就一个SiC制造厂的水电费，一个月也得200多万，因此，没有足够的资金支持是很难坚持下去的；其次是上下游的支持情况，上游能否拿到好材料，器件在下游能否卖出去，开始可能需要自己投资，对市场有一定的掌控力。三是技术团队很重要。

当然，国内的SiC企业有一个最大的问题，那就是上游材料不能把控，存在进不到货的问题。现在高端的衬底和外延片基本都是需要进口的。但如果上游国内自主衬底和单晶厂商能取得突破，相信过几年情况就能好转了。中国首条6英寸碳化硅生产线在北京亦庄成功通线，这证明我国在半导体材料领域达到了国际先进水平，提升了我国制造业的国际竞争力。同时，该产线的建成是我国首次实现碳化硅全产业链贯通，从产业链源头实现自主可控。

SiC带来的工程挑战

我们都知道SiC的好处是具有更低的阻抗、更高的运行频率和更高的工作温度。比如SiC的开关频率一般为10KHz~10MHz，且还在发展中；其理论耐温超过了400℃，即使受目前封装材料所限，也能很容易做到225℃。

当然，更高的耐高温有好处，比如无需水冷，可以把设备的尺寸做得更少。但它的这些特性其实也会带来一些其他的工程挑战。比如当SiC器件工作在225℃时，其他周边器件该如何处置，要都用能耐这么高温的器件，那成本又是一个大问题。

来自CISSOID的首席应用工程师Abel Cao曾总结了SiC功率器件的应用给工程设计带来的挑战。在他看来主要有五大挑战。

一是结构设计和导热设计。传统工艺主要采用DCB导热衬底、Die组合、引线键合、模塑填料或者灌封的方式进行结构设计，这些多数为单面散热，双面的效能有限；Die的空间位置，决定了散热差异和寄生电容差异。这些都不适合SiC器件的结构和散热设计了，SiC的高温，需要新封装材料和工艺。

二是杂散电感和分布电容。按照目前的拓扑结构，分支太多，寄生电感太大，各个支路寄生电感不一致，热不平衡。

三是全程模拟和仿真。

四是可靠性设计和寿命规划。这包括在目标环境温度下，要求的寿命期限；高温寿命模型；以及如何验证的问题，因为目前民用好像还没有175℃的试验标准。

五是系统设计的演进能力。这包括新品的持续演进和产品概念的持续演进。

四：国产SiC器件的推动者

在硅的限制逐渐凸显以后，产业界正在探求SiC这类器件的未来发展可能性。从材料上看，本身的宽禁带、高击穿电场、高热导率、电子迁移率以及抗辐射特性使得碳化硅基的SBD以及MOSFET在高频、高温、高压、高功率以及耐辐射的应用场合相比硅基器件优势巨大。

这种优势不单是体现在单个器件上，而是碳化硅基的功率器件作为电力电子的功率转换中的核心部件，工作频率、效率及耐温的提升使得功率转换（即整流或者逆变）模块中对电容电感等被动元件以及散热片的要求大大降低。总体来说，利用核心元件带动整个模块系统的优化是SiC这类器件的最重要优势，这就吸引了国内外众多半导体公司在强攻这个领域，国内也有一家SiC产业杰出代表——北京世纪金光。