新能源汽車、通訊設(shè)備等產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展迅猛，對(duì)功率半導(dǎo)體需求大增，尤其是以SiC和GaN等為代表的第三代功率半導(dǎo)體的需求。據(jù) Yole 指出，SiC 最大的應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)自汽車，利用 SiC 的解決方案可使系統(tǒng)效率更高、重量更輕及結(jié)構(gòu)更加緊密。而隨著SiC成本逐漸降低以及應(yīng)用不斷拓寬，未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。

目前，國(guó)內(nèi)SiC功率器件主要依賴進(jìn)口，汽車產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)此依賴程度尤為突出。為改變這種情況，在今年“兩會(huì)”期間，民進(jìn)中央提交的《關(guān)于推動(dòng)中國(guó)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展的提案》建議進(jìn)一步完善功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，要將功率半導(dǎo)體新材料研發(fā)列入國(guó)家計(jì)劃，盡快實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體自主供給。未來(lái)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，功率器件需求將迎來(lái)爆發(fā)，為此，嗅到商機(jī)的國(guó)內(nèi)廠商也加快布局SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。

車用SiC器件需求大增

新能源汽車行業(yè)存在續(xù)航和充電的“老大難”亟需解決，為此車企需要轉(zhuǎn)換效率更高的功率半導(dǎo)體，這成了SiC功率器件市場(chǎng)拓展的重要驅(qū)動(dòng)力。作為第三代半導(dǎo)體材料之一的SiC 具有更寬的禁帶寬度，更高的擊穿電場(chǎng)、熱導(dǎo)率、電子飽和速率及抗輻射能力，因而SiC 功率器件在高電壓額定值、低導(dǎo)通電阻和快速開(kāi)關(guān)速度等方面有良好的性能表現(xiàn)，可滿足車企能源轉(zhuǎn)換以及提高能效等方面的需求。

尤其是在提高能效方面，SiC器件相比其他硅基材料產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)突出。博世汽車電子中國(guó)區(qū)總裁Georges Andary表示，碳化硅半導(dǎo)體能為電機(jī)帶來(lái)更高的功率，將為汽車行業(yè)帶來(lái)新的變革。相較于傳統(tǒng)硅基產(chǎn)品，使用碳化硅產(chǎn)品能耗降低50%，功率也有所提升讓汽車?yán)m(xù)航里程提高6%。

相較于其他硅基產(chǎn)品，碳化硅有更好的電導(dǎo)率，有更高的開(kāi)關(guān)切換頻率，減少能源損耗并降低成本。目前，特斯拉等主機(jī)廠已經(jīng)引入了碳化硅產(chǎn)品。為了提高電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和降低能耗，特斯拉Model3在電機(jī)控制器上采用了全SiC功率模塊。據(jù)國(guó)外拆解分析，電控中的逆變器采用了ST的SiC 核心功率器件，整個(gè)功率模塊由單管模塊組成，器件耐壓為650V。

以過(guò)往產(chǎn)品替換經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在特斯拉的示范效應(yīng)下其他車企將逐漸切換到SiC功率模塊，未來(lái)3-5年內(nèi)SiC 器件將在電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。一份來(lái)自CSA Research的報(bào)告表明，2019年，新能源汽車細(xì)分市場(chǎng)的SiC器件應(yīng)用規(guī)模（含整車和充電設(shè)施）約為4.3億元，2024年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到16.24億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到30.4%。

從2019年新能源汽車銷量來(lái)看，中國(guó)仍占據(jù)著全球新能源汽車市場(chǎng)的半壁江山，這也是國(guó)際各主要大廠加大第三代半導(dǎo)體SiC布局的重點(diǎn)市場(chǎng)。據(jù)了解，SiC器件市場(chǎng)份額主要集中在海外廠商手上，其中Infineon、ROHM、ST和Cree四家企業(yè)占據(jù)全球近9成市場(chǎng)份額。除了中游Cree、ROHM、Infineon等半導(dǎo)體廠商推出車規(guī)級(jí)SiC Mosfet產(chǎn)品外，下游以博世等tier 1公司為代表的企業(yè)迅猛推進(jìn)車用半導(dǎo)體，其第三代半導(dǎo)體正式進(jìn)入汽車供應(yīng)鏈，與下游企業(yè)合作緊密。行業(yè)內(nèi)人士向集微網(wǎng)表示，“汽車產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)悄壳疤蓟栌昧孔畲蟮募械?，博世憑借全球第一tier 1公司的優(yōu)勢(shì)，在功率半導(dǎo)體器件方面出貨迅猛，現(xiàn)已排到歐洲半導(dǎo)體出貨量第四位。”

國(guó)內(nèi)企業(yè)加碼發(fā)力SiC

除了國(guó)外巨頭企業(yè)加大投資力度，在政策的大力支持以及汽車產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)SiC芯片的市場(chǎng)推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)企業(yè)積極加碼布局SiC產(chǎn)業(yè)鏈。“中國(guó)功率半導(dǎo)體行業(yè)空間巨大、大有可為。對(duì)于背靠中國(guó)市場(chǎng)的國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是不容錯(cuò)過(guò)的發(fā)展良機(jī)?！比A潤(rùn)微功率器件事業(yè)群總經(jīng)理李虹在接受集微網(wǎng)記者采訪時(shí)說(shuō)道。

在產(chǎn)線布局方面，華潤(rùn)微近日宣布國(guó)內(nèi)首條6英寸商用SiC晶圓生產(chǎn)線正式量產(chǎn)。該產(chǎn)線能這么快實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，主要是華潤(rùn)微采取了與其他廠家不同的策略。據(jù)華潤(rùn)微相關(guān)人士透露，“與其他大部分公司不同，他們也許是為了做碳化硅而投資產(chǎn)線，從4英寸晶片開(kāi)始做，工藝成熟后再往6英寸和8英寸發(fā)展，而我們是將原有的Si產(chǎn)線做了適配，因?yàn)槲覀冊(cè)赟i功率器件生產(chǎn)線豐富的經(jīng)驗(yàn)，所以一開(kāi)始就直接從6英寸著手，減少中間試錯(cuò)時(shí)間和成本，以較少的投資盡早完成了SiC6英寸商用生產(chǎn)線建設(shè)。”但對(duì)于晶片合格率和產(chǎn)能方面細(xì)節(jié)，該人士表示，不便透露。

據(jù)集微網(wǎng)了解，目前國(guó)際上SiC晶片的合格率最高可達(dá)70%-80%，而中國(guó)電科SiC產(chǎn)業(yè)基地，4英寸的SiC晶片的合格率可以達(dá)到65%，三年內(nèi)能達(dá)到18萬(wàn)片/年的產(chǎn)能。

目前，國(guó)內(nèi)SiC晶片整體合格率不高，從材料微觀層面來(lái)看，主要與晶體生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)相關(guān)。SiC單晶有多達(dá)250余種同質(zhì)異構(gòu)體，但用于制作功率半導(dǎo)體的主要是4H-SiC單晶結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，單晶生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)直接決定了晶片合格與否?；景雽?dǎo)體的魏煒向集微網(wǎng)表示，“在生長(zhǎng)SiC單晶時(shí)，如果不做精確的控制，將會(huì)得到其他的SiC晶體結(jié)構(gòu)，這會(huì)直接導(dǎo)致晶片不合格，這是我們需要極力避免出現(xiàn)的情況?！?/p>

據(jù)了解，基本半導(dǎo)體目前研發(fā)覆蓋碳化硅功率器件的材料制備、芯片設(shè)計(jì)、制造工藝、封裝測(cè)試、驅(qū)動(dòng)應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)全鏈條，先后推出全電流電壓等級(jí)碳化硅肖特基二極管、首款國(guó)產(chǎn)通過(guò)工業(yè)級(jí)可靠性測(cè)試的1200V碳化硅MOSFET、車規(guī)級(jí)全SiC功率模塊等系列產(chǎn)品。魏煒向集微網(wǎng)透露，“目前，基本半導(dǎo)體車規(guī)級(jí)SiC器件已通過(guò)tie1供應(yīng)商向國(guó)內(nèi)主機(jī)廠供貨?！?/p>

盡管目前國(guó)內(nèi)在布局車規(guī)級(jí)SiC產(chǎn)品的企業(yè)不少，但已經(jīng)供貨給主機(jī)廠的卻寥寥無(wú)幾。對(duì)于國(guó)內(nèi)廠商而言，有沒(méi)有機(jī)會(huì)“上車”,主要取決于產(chǎn)品能不能邁過(guò)車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的門檻。對(duì)此，魏煒向集微網(wǎng)透露基本半導(dǎo)體能上車的原因，“SiC產(chǎn)品能不能上車與其可靠性相關(guān)?？煽啃允呛饬科骷勖谕担簿褪强梢酝ㄟ^(guò)可靠性結(jié)果計(jì)算器件需要多久持續(xù)滿足規(guī)范要求。工業(yè)級(jí)產(chǎn)品可靠性驗(yàn)證通常選取樣品數(shù)為22，基本半導(dǎo)體將樣本數(shù)按照汽車級(jí)的要求提高到77片，并采用AEC-Q系列汽車級(jí)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試，只要順利通過(guò)了測(cè)試，就能拿到上車的票?！?/p>

與國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)情況不同，國(guó)際半導(dǎo)體巨頭單極型的600V-1700V級(jí)4H-SiC JBS和MOSFET已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，2019年，CREE宣布將建設(shè)8寸碳化硅產(chǎn)線。對(duì)于國(guó)內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈和國(guó)外存在的差距，魏煒表示，“目前國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)SiC產(chǎn)業(yè)水平落后于國(guó)外廠商，我們需加強(qiáng)在SiC的資金、技術(shù)等方面的投入，盡快完善SiC產(chǎn)業(yè)鏈?！?/p>

在國(guó)外廠商加大中國(guó)SiC市場(chǎng)投入的背景下，國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商能否跨越車規(guī)級(jí)SiC的門檻，成功“上車”？對(duì)此，行業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，“國(guó)家政策支持和資金追捧對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有極大幫助，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)之間也相互支持，重視這方面的人才培養(yǎng)，在當(dāng)下貿(mào)易摩擦以及國(guó)內(nèi)重視自主化的環(huán)境下，國(guó)內(nèi)SiC廠商還是有很大發(fā)展空間?！?/p>