显示器|创新自研3D结构硅电容器，「宏衍微电子」加速推进国内硅电容产业化落地数码

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作者｜韦世玮
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随着数码电子产品更新换代的速度越来越快，尤其是以PC、5G手机、平板电视、数码相机等产品销量的持续增长，电容器作为电子设备中不可或缺的基础元器件之一，约占全部电子元件用量的40% ，其市场规模也逐渐增长。
中国无疑是全球最大的电容器市场。据中国电子元件行业协会统计， 2019年全球电容器市场规模达220亿美元，中国市场规模为1102亿元，占全球市场71% ，且中国电容器市场规模增速持续高于全球规模增速。
近期， 36氪接触到的「宏衍微电子」正是国内电容器领域的一家创业公司，其成立于2017年，专注于硅电容器的设计、研发与生产。公司核心团队在半导体制造、传统电容器和电子零件等行业拥有超20年经验。
宏衍微电子联合创始人潘飞告诉36氪，目前公司的主要工作是做产品的研发和技术专利申请，以及样品生产。接下来将推进天使轮融资，主要用于客户验证，以及硅电容器项目的产业化落地。
除了硅电容之外，电容器还包括陶瓷电容、铝电解电容、钽电容、薄膜电容等传统品类，其中陶瓷电容是当下市场应用覆盖最广、成熟度最高的电容器，市场占比约59% ，具有高频率、低阻抗、高耐热特性。相比之下，尽管硅电容拥有超小尺寸、超高频率、高容量、可靠性和稳定性等特点，但技术壁垒极高，因此过去主要用于航空航天、军工雷达等领域，民用市场占比不到1% 。
不同电容器的技术特性及市场占比（图源：宏衍微电子）
直到2021年，硅电容器民用市场才开始起步。主要原因在于，下游电子产品呈现小型化趋势，反向要求并推动了上游陶瓷电容器向小型化、超薄化、大容量、固态化等方向发展。当前5G/6G通信网络已成为必然趋势，同时物联网、纯电汽车、Web3.0等应用对电容器的稳定性、高频率性、实时通信等提出了更高要求。
但在技术方面，传统的陶瓷电容器是基于微米级材料和微米级工艺，由于微米级大晶体的离子之间缝隙较大、致密性差的特点，导致它在高频率下的能力损耗严重，其电气特性受到限制。不仅如此，微米级材料和工艺也让mlcc高频尖端产品无法实现3D蚀刻，因此若要保证它在高频率下的高容量值，工艺上需要做多层形式，导致体积较大，技术性能也会较差，无法满足市场需求。
“所以目前高频率下的陶瓷电容器只有mlcc高频尖端产品拿的出手。 ”潘飞解释，但是微米级工艺带来的低精度（10um），导致其良品率较低，反而增高了成本。
相比之下，使用纳米级硅材料和纳米级半导体工艺制作的硅电容器，无论是材料本身优异的电气特性，以及成熟的半导体工艺都能实现电容器的3D结构设计，可完美解决mlcc高频尖端产品的技术痛点。
毫米级、微米级、纳米级电容细节对比（图源：宏衍微电子）
3D结构设计也是硅电容器的核心技术壁垒所在。 “同样大小的情况下，硅电容器的容量大约是陶瓷电容器的10倍。 ”潘飞提到，如果3D结构模型做不好，硅电容器的容量只能实现30% 。
现阶段，宏衍微电子已逐步构建了自身硅电容器的技术壁垒，主要包含三部分：
工艺方面：半导体工艺、陶瓷电容工艺、MLCC+半导体工艺合体技术； 3D结构设计：公司发明并申请了一项名为“具有沟槽结构的高容量硅电容器”实用新型专利，并已经得到认证。复杂的工艺流程和合作团队：包括10+工艺改进和研发，以及20+研发机构和高校合作。基于自身专利，宏衍微电子构建了3DSC系列、HQSC系列两条产品线。前者最基础的3D硅电容器系列，基于3D结构设计，能够实现高频率下单层的高容量技术性能；后者指的是高质量硅电容器，能够满足通信基站、军工雷达等高温、高频率环境下，对电容器的低功耗、低漏电率、高稳定性等要求。