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

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。

宏衍微电子的3DSC系列产品细节

现阶段，全球范围内只有日本村田、台积电两家企业拥有量产3D硅电容器的技术能力，其中村田深耕电容器领域多年，并在2016年收购了法国IPDiA S.A.这家头部硅电容器公司，整体技术水平遥遥领先。

潘飞谈道，从技术上看，宏衍微电子的3D硅电容器综合技术性能已达到村田的70%左右，部分单点特性可优于村田。相比之下，他认为公司的竞争优势在于：

• 销售策略方面，宏衍微电子的打法则是用硅电容器做降维打击，通过技术适配逐步替换尖端陶瓷电容器市场，目前国内头部客户已向公司发出了两份产品验证邀约，完成天使轮融资后将迅速进入客户验证阶段，产品具有产品优势、销售优势。
• 市场和政策环境方面，2020年以来工信部、国务院陆续发布《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023年)》、《车用超级电容器》汽车行业标准修改等政策。“未来如果日本在尖端电容器领域卡脖子，国内也能够有可以替代的选择。”潘飞提到。

从市场角度看，潘飞认为目前电容器市场拥有四个特点。一是光通信市场增长迅猛，高端硅电容使用率同比增长迅速；二是市场规模较大，可服务市场在50~100亿颗之间，现可获得市场25亿颗/年；三是潜在市场规模巨大，尤其是纯电、物联网等部分行业增长率超过100%；四是利润率高，越是高端电容，价格飙升，利润空间大。

其中在2021年，国内代表性的光通信模块厂商出货量平均增长率超过50%，头部企业增速达80%。也正是这一年，我国开始从日本进口硅电容器。基于此，现阶段宏衍微电子的目标市场是光通信模块客户，计划未来五年内实现市场份额达50%，也就是25亿颗/年。

落地方面，硅电容器主要应用于LC滤波器、毫米波T/R组件、移动通讯基站、手机终端、医疗MRI及线圈等领域。据相关市场数据，目前整体硅电容器市场年用量预计达93亿个，年产60万片，手机终端市场占比最高，年用量将近60亿个。其中，电动汽车市场的扩大也让耐高温电容器需求巨增，预计到2025年，每辆电动汽车搭载的电容约达4万个，若该年电动汽车的出货量为700万辆，那么整体市场的电容器需求量将高达2800亿个。

潘飞告诉36氪，完成天使轮融资后，公司的第二阶段融资目标为千万级人民币，主要用于自建生产线、购买设备，预计年产能1亿个，届时生产利润率将是代加工的3倍以上，整年利润率将实现千万级人民币，三年后利润率可达80%，未来5年实现自建3条生产线，保证30亿颗产能以满足国内市场。