隨著汽車的“新四化”加速演進，汽車芯片成為了整個半導體市場的主要增長點之一，性能優秀的碳化硅更是閃(shan)亮的(de)新星(xing)。各(ge)大(da)(da)芯(xin)(xin)片(pian)企業圍繞碳化(hua)硅紛(fen)紛(fen)開始了大(da)(da)手筆擴產(chan)和收購(gou)。各(ge)大(da)(da)汽車廠(chang)商也擔心再度(du)面臨芯(xin)(xin)片(pian)緊缺(que)的(de)局面，開始爭相下單，與芯(xin)(xin)片(pian)廠(chang)商簽訂(ding)長期供應(ying)協(xie)議(yi)。碳化(hua)硅的(de)狂飆之路拉開序幕。

       電動汽車將促碳化硅大規模商用

       隨著新能(neng)(neng)源汽(qi)車(che)(che)市場(chang)的發展，我國新能(neng)(neng)源汽(qi)車(che)(che)的市場(chang)占(zhan)有率已經超過了(le)28%。有機構預測(ce)，2030年(nian)全(quan)球(qiu)新能(neng)(neng)源汽(qi)車(che)(che)銷(xiao)量(liang)占(zhan)當年(nian)新車(che)(che)銷(xiao)量(liang)比(bi)例將近50%。

       當前，碳化硅功(gong)率器(qi)(qi)件(jian)已應用于新能源(yuan)汽(qi)車(che)(che)內部的關鍵(jian)電力(li)系統(tong)，包括牽引逆變器(qi)(qi)、DC/DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)(qi)、車(che)(che)載(zai)充電器(qi)(qi)等。在IEEE國際寬(kuan)禁帶半導體技術路(lu)線圖委員會(hui)主(zhu)席Victor Veliadis看(kan)來，電動汽(qi)車(che)(che)和混(hun)動汽(qi)車(che)(che)或將成為促使碳化硅大(da)規(gui)模商(shang)用的“殺(sha)手級(ji)”應用。

       “碳化硅(gui)具有(you)比硅(gui)更寬(kuan)的帶隙(xi)，允許(xu)更高(gao)的電(dian)(dian)壓阻(zu)斷，適用(yong)于高(gao)功率(lv)和高(gao)電(dian)(dian)壓應用(yong)。這可以使(shi)DC/DC轉換(huan)器、車載充電(dian)(dian)器變得更高(gao)效，在降低成本的同時，讓電(dian)(dian)動汽車充電(dian)(dian)更快(kuai)、續航更遠。這使(shi)其(qi)極具競爭力(li)。”Victor Veliadis解釋說。

       “汽車里面的(de)空間較小，所(suo)以提高(gao)功(gong)率密度是未來(lai)的(de)發展趨勢。碳化(hua)硅器(qi)件相較于硅，不僅可以使功(gong)率半導(dao)體(ti)的(de)封裝方(fang)案做(zuo)得更精巧，還可以使與功(gong)率器(qi)件配套的(de)無源器(qi)件和散熱器(qi)都做(zuo)得更小。”泰科天潤半導(dao)體(ti)科技（北京）有限公司營銷副總經理秋琪(qi)告(gao)訴《中(zhong)國(guo)電子報(bao)》記者。

       泰科(ke)天潤的6寸碳(tan)化硅(gui)產線

       在縮(suo)小體積和(he)提升(sheng)(sheng)效(xiao)率(lv)上的(de)(de)(de)(de)(de)優(you)秀表(biao)(biao)現幫助碳化硅(gui)(gui)成功(gong)“上車(che)”。具(ju)體而(er)言(yan)，碳化硅(gui)(gui)技(ji)術在新(xin)能源(yuan)汽車(che)上的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)主(zhu)要(yao)集中(zhong)在兩方(fang)面。一(yi)是(shi)在車(che)載充(chong)電器(qi)（OBC）和(he)DC-DC這類電源(yuan)領域，基于(yu)傳統硅(gui)(gui)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)系(xi)(xi)(xi)統功(gong)率(lv)密度小于(yu)2KW/L，而(er)采用(yong)碳化硅(gui)(gui)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)OBC系(xi)(xi)(xi)統，可以獲得大于(yu)3KW/L的(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)率(lv)密度，其效(xiao)率(lv)也能從過(guo)去的(de)(de)(de)(de)(de)95%提升(sheng)(sheng)至超過(guo)97%，為消費者節省能源(yuan)。二是(shi)在主(zhu)驅(qu)(qu)逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器(qi)領域。安森(sen)美電源(yuan)方(fang)案部汽車(che)主(zhu)驅(qu)(qu)逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器(qi)半導體中(zhong)國區(qu)負責人陸濤告(gao)訴記者：“碳化硅(gui)(gui)在主(zhu)驅(qu)(qu)逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)最(zui)直接的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)現就是(shi)提升(sheng)(sheng)了(le)系(xi)(xi)(xi)統的(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)，進而(er)使得在相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)(de)電池容量(liang)下(xia)，提升(sheng)(sheng)了(le)汽車(che)里程數(shu)。根據市場上一(yi)些反饋，應用(yong)了(le)碳化硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)驅(qu)(qu)逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器(qi)，效(xiao)率(lv)提升(sheng)(sheng)了(le)至少(shao)2%左右，如果考慮整車(che)系(xi)(xi)(xi)統可能會提升(sheng)(sheng)更多。現在絕大部分的(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)能源(yuan)汽車(che)廠商都在推出(chu)或準(zhun)備(bei)推出(chu)搭載碳化硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)驅(qu)(qu)逆(ni)(ni)(ni)變(bian)器(qi)。”

       由于快充(chong)的需求，800V高壓系統正逐漸走進市(shi)場(chang)視野。陸濤預測(ce)未(wei)來的一到(dao)兩年將會(hui)有(you)更(geng)多采用800V系統的新能源(yuan)汽車(che)出現(xian)(xian)。而碳化硅在高壓下的低阻抗等特(te)性的優良(liang)表(biao)現(xian)(xian)，也會(hui)使其市(shi)場(chang)占(zhan)有(you)率(lv)得(de)到(dao)提升。

       企業多措并舉增強產業鏈穩定性

       隨著汽車市(shi)場對于碳化硅器件(jian)的(de)需求(qiu)不(bu)斷增(zeng)加，帶來市(shi)場機遇(yu)的(de)同(tong)時，也伴(ban)隨著一絲不(bu)穩定，不(bu)管(guan)是芯片廠(chang)(chang)商還是整車廠(chang)(chang)商都不(bu)約(yue)而同(tong)地意(yi)識到這點，開始加緊(jin)加固自己的(de)碳化硅供(gong)應鏈，以免重(zhong)蹈此(ci)前汽車芯片緊(jin)缺的(de)覆轍。

2021年-2027年(預測)碳(tan)化硅功率器件(jian)各細分領域(yu)市場(chang)占(zhan)比

數據來源:YOLE

       例如，Wolfspeed宣布(bu)，將(jiang)其射頻業(ye)務全(quan)部賣給MACOM，交易資(zi)金將(jiang)被用于碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)業(ye)務的擴產(chan)；瑞(rui)薩電子宣布(bu)與(yu)(yu)Wolfspeed簽署為(wei)期10年的碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)晶圓供應協議(yi)；意法(fa)半導(dao)(dao)體宣布(bu)與(yu)(yu)三安光電成(cheng)立合資(zi)企(qi)業(ye)，在(zai)中(zhong)國(guo)大批量生(sheng)產(chan)200mm碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)器件，此外意法(fa)半導(dao)(dao)體還將(jiang)繼續(xu)在(zai)意大利和新加坡進行投(tou)資(zi)，以期在(zai)2030年實現碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)年收入超(chao)過50億美元(yuan)；羅姆則與(yu)(yu)Solar Frontier達(da)成(cheng)協議(yi)，收購(gou)該(gai)公(gong)司的原國(guo)富工廠，該(gai)工廠將(jiang)成(cheng)為(wei)羅姆生(sheng)產(chan)碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)功率半導(dao)(dao)體的主(zhu)要生(sheng)產(chan)基地，預計在(zai)2030財(cai)年，其碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)產(chan)能將(jiang)提升至2021財(cai)年的35倍。

       目(mu)前(qian)來看，中(zhong)高端的(de)新能(neng)源汽(qi)車器件(jian)正(zheng)在(zai)(zai)向碳化(hua)硅上靠攏或(huo)切(qie)換，這(zhe)一現(xian)象在(zai)(zai)800V的(de)系(xi)統里尤(you)為(wei)明顯(xian)，這(zhe)也是當(dang)前(qian)整(zheng)個(ge)碳化(hua)硅市(shi)場(chang)發(fa)展迅速(su)的(de)原因之一。“然而(er)，任何一個(ge)市(shi)場(chang)發(fa)展過速(su)都會導致相應的(de)供應緊缺或(huo)產能(neng)過剩，在(zai)(zai)新能(neng)源汽(qi)車里的(de)具體表現(xian)就是近兩年碳化(hua)硅產品的(de)短缺。”陸(lu)濤告訴記者。

       碳(tan)化(hua)硅(gui)行業(ye)作為技術密集型行業(ye)，其(qi)(qi)晶圓產(chan)線的建(jian)立(li)不僅需要大量的資金和時間，還面(mian)臨著關鍵生(sheng)產(chan)設備(bei)購買(mai)困(kun)難、碳(tan)化(hua)硅(gui)器件(jian)制造工藝復(fu)雜、相關專業(ye)人員稀缺的困(kun)難局面(mian)，其(qi)(qi)準(zhun)入門(men)檻被無形中拉高。其(qi)(qi)次，由于對(dui)車規級的碳(tan)化(hua)硅(gui)功率器件(jian)的性能和可靠(kao)性要求(qiu)很高，目(mu)前只有少數(shu)企(qi)業(ye)能提供(gong)。這(zhe)些(xie)問題都會導致當前碳(tan)化(hua)硅(gui)器件(jian)的供(gong)應緊缺。

       產能背后的挑戰源(yuan)自整個(ge)供應鏈。

       安森(sen)美推出的新一代1200 V EliteSiC碳化硅（SiC）M3S器件

     ;  安(an)森美(mei)在完(wan)善碳化硅供應鏈上的(de)表(biao)現積極(ji)，為獲(huo)得高質量襯(chen)底(di)生產能(neng)(neng)力和研(yan)發能(neng)(neng)力，于近兩(liang)年收購(gou)了(le)GT Advanced Technologies （GTAT）。同(tong)時，安(an)森美(mei)也(ye)積極(ji)對(dui)內投(tou)資，對(dui)其捷克工廠(chang)的(de)外延(yan)(yan)廠(chang)進行擴建，保障外延(yan)(yan)的(de)生產能(neng)(neng)力；于韓國(guo)晶(jing)圓廠(chang)擴建，用以提升FAB的(de)能(neng)(neng)力。

       國(guo)產碳(tan)化硅(gui)企(qi)業泰(tai)科天潤(run)也堅持IDM。依靠其自有(you)晶圓產線，不斷積累碳(tan)化硅(gui)器件(jian)器件(jian)制造和生產工藝的經驗，進(jin)一步(bu)掌(zhang)握核心技術。其于2022年(nian)(nian)底(di)開(kai)始布局(ju)8英寸碳(tan)化硅(gui)產線，并預計(ji)于2025年(nian)(nian)達到(dao)10萬片/每年(nian)(nian)的產能。在下游企(qi)業方面，泰(tai)科天潤(run)也積極(ji)與比亞迪、五菱mini、廣汽、瑪莎拉蒂、吉利、北汽、東風等車企(qi)合作，進(jin)一步(bu)了解市場訴求。

       “近期，為保障碳(tan)化硅的(de)供應鏈安(an)全，各大碳(tan)化硅企業(ye)都在(zai)積極布局(ju)，加固與上下游(you)企業(ye)的(de)聯系。”楊俊剛告訴(su)《中國電子報》記(ji)者，“而(er)且，新(xin)能(neng)源汽車和碳(tan)化硅器件都屬于新(xin)興市(shi)場(chang)，二者如果聯合(he)攻關(guan)相(xiang)關(guan)技術，有望研發出更貼合(he)市(shi)場(chang)的(de)新(xin)產品。”

       碳化硅大規模上車仍需降本增效

       雖(sui)然(ran)碳化(hua)硅上車(che)的速度很快，但想要實現(xian)大(da)規模且真正完全(quan)替代硅上車(che)，降(jiang)低成本(ben)仍是關鍵因素。碳化(hua)硅的成本(ben)遠高(gao)于硅的功率器(qi)件。

       秋琪(qi)告訴(su)記者，降低碳(tan)化硅芯(xin)片(pian)成本目前(qian)主要有三大方向(xiang)：一是(shi)提高晶圓(yuan)尺寸，在(zai)流片(pian)成本相差不大的(de)前(qian)提下，晶圓(yuan)越大，單個(ge)晶圓(yuan)片(pian)能夠(gou)產出(chu)的(de)可用芯(xin)片(pian)越多，單個(ge)芯(xin)片(pian)的(de)成本就越低；二是(shi)通過(guo)剪薄等工(gong)藝(yi)或(huo)溝槽設計減少芯(xin)片(pian)面積；三是(shi)通過(guo)工(gong)藝(yi)優化提升良率。

       起初，絕大(da)(da)部分碳(tan)化硅(gui)(gui)廠商(shang)(shang)可(ke)(ke)以(yi)生產(chan)(chan)4英寸(cun)(cun)(cun)大(da)(da)小的晶圓(yuan)(yuan)，隨(sui)著襯底和外延技術(shu)的發(fa)展(zhan)，大(da)(da)尺寸(cun)(cun)(cun)晶圓(yuan)(yuan)成為了可(ke)(ke)能(neng)(neng)。當前，有(you)許多碳(tan)化硅(gui)(gui)廠商(shang)(shang)表示自身產(chan)(chan)線(xian)將會從6英寸(cun)(cun)(cun)拓展(zhan)至8英寸(cun)(cun)(cun)。尺寸(cun)(cun)(cun)大(da)(da)小和功率器件(jian)之間(jian)最直接的關系表現(xian)在DPW（單(dan)張晶圓(yuan)(yuan)上的芯(xin)片數）上。安森美現(xian)場(chang)應用工程師、中國區汽車主驅碳(tan)化硅(gui)(gui)技術(shu)支持(chi)專家牛(niu)嘉(jia)浩為記者打了一(yi)個比方(fang)：“以(yi)32mm2的碳(tan)化硅(gui)(gui)器件(jian)為例，6英寸(cun)(cun)(cun)晶圓(yuan)(yuan)大(da)(da)概能(neng)(neng)產(chan)(chan)出(chu)450顆器件(jian)，8英寸(cun)(cun)(cun)晶圓(yuan)(yuan)大(da)(da)概能(neng)(neng)產(chan)(chan)出(chu)850顆器件(jian)，晶圓(yuan)(yuan)邊(bian)緣芯(xin)片的比例也會有(you)大(da)(da)幅(fu)度降低。”

       但是，并(bing)非簡單擴大晶(jing)圓尺寸(cun)就可以提(ti)升效(xiao)率。如果技(ji)術發展(zhan)不(bu)成(cheng)(cheng)熟(shu)，那么“大晶(jing)圓”的(de)優(you)勢(shi)就有(you)(you)可能(neng)變成(cheng)(cheng)劣勢(shi)。“我們不(bu)僅關(guan)注DPW，更多要(yao)看GDPW（有(you)(you)效(xiao)芯片數量(liang)），GDPW/DPW才(cai)是真(zhen)實的(de)良品率。想實現用8英寸(cun)的(de)晶(jing)圓生產芯片，就需(xu)要(yao)有(you)(you)高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)的(de)襯底、高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)的(de)外延還(huan)有(you)(you)高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)的(de)器件加工工藝(yi)，這三高(gao)(gao)缺一不(bu)可。”陸濤說。

       牛嘉浩告訴(su)記者(zhe)：“目前(qian)市場上暫(zan)未實現8英(ying)(ying)寸(cun)碳(tan)化硅(gui)晶(jing)圓產品的(de)量產。將碳(tan)化硅(gui)晶(jing)圓尺寸(cun)從6英(ying)(ying)寸(cun)升級(ji)到8英(ying)(ying)寸(cun)還(huan)存在(zai)很多(duo)技術限(xian)制。由于襯底在(zai)碳(tan)化硅(gui)器件(jian)成本中占有相當比例(li)，主流(liu)廠商在(zai)這方面(mian)不斷努(nu)力，通(tong)過(guo)增大尺寸(cun)、提(ti)升質(zhi)量，從而(er)在(zai)單個襯底上獲(huo)得更多(duo)的(de)器件(jian)，最(zui)終(zhong)降低成本。”