2022-11-14 来源:芯智讯-林子
近年来,在电动汽车大厂特斯拉(Tesla)的带动下,第三代半导体碳化硅(SiC)在电动汽车市场的应用正在加速。整体观察,全球碳化硅产业由美、日、欧等少数具全产业链生产能力大厂主导,为降低成本,8英寸碳化硅晶圆和基板已成为兵家必争之地。
碳化硅材料具备高电压和高频特性,能在高温、高功率下稳定运行,电能消耗更少、散热特性更佳,体积也可更小型化,介电系数、导热率及最高工作温度等关键参数具有优势,适用于电动汽车、5G 通讯、太阳能等应用所需功率半导体元件。
碳化硅功率半导体在电动车领域的应用,主要是由电动汽车大厂特斯拉采用SiC MOSFET模组带动,最先导入 Model 3 车型逆变器和车载充电器,在降低反应恢复时间和开关损耗方面效能显著,也可让电动车加速快、充电后里程续航力拉长、充电速度缩短。
特斯拉带动电动汽车用碳化硅模组采用,使得其他电动汽车厂纷纷跟进,这也让 SiC MOSFET 供应吃紧。台湾资策会产业情报研究所(MIC)资深产业分析师何心宇指出,目前 SiC MOSFET 模组交期拉长至 42 周以上。
特斯拉电动车推动碳化硅模组应用浪潮,也促使全球大厂积极布局碳化硅供应链。资策会 MIC 指出,全球碳化硅产业由美、日、欧洲等企业主导,但目前具备碳化硅全产业链生产能力的厂商家数仍相对较少。
观察大厂在电动车应用布局,亚系外资法人指出,目前美国 Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、陶氏化学关系企业道康宁(Dow Silicones Corporation);日本罗姆(ROHM)株式会社、昭和电工(Showa Denko)、新日铁(NSC)、欧洲意法半导体(STM)等,具有碳化硅全产业链生产能力,尤其是在基板与外延片等关键技术。
何心宇举例,Wolfspeed 已实现 4 英寸和 6 英寸产线量产,并开始建设8英寸产线,此外 Wolfspeed 以及昭和电工寡占碳化硅外延片市场。
不过产业人士表示,碳化硅模组在电动车的渗透率仍处于初期阶段,主要是价格过高,其中碳化硅 SiC 芯片售价高出一般硅芯片达 10 倍至 15 倍;外资法人分析,受制于碳化硅外延片速度、加工难度等因素,制造成本仍居高不下,因此仅有部分电动车厂採用。
资策会 MIC 指出,去年对碳化硅模组拉货需求较明显的品牌车厂,包括特斯拉(Tesla)、比亚迪(BYD)、现代(Hyundai)、保时捷(Porsche)与新创企业 Lucid Motors 等。
为了降低成本,扩大晶圆尺寸是关键技术之一,不少国际大厂纷纷从6英寸转向8英寸晶圆。根据分析,相对于6英寸SiC晶圆,8英寸SiC 晶圆的芯片数量可从 448 颗增加到 845 颗,增加幅度达 75%。
除了 Wolfspeed、罗姆、Ⅱ-Ⅵ 纷纷推出 8英寸碳化硅基板外,法人指出,包括英飞凌(Infineon)、意法半导体、安森美(On Semi)等大厂,也积极布局 8 英寸碳化硅晶圆生产线。Wolfspeed 今年起已进入量产,其他大厂最快2024年起产线也开始量产。
中国台湾碳化硅晶圆制造包括汉磊、嘉晶、全新等,不过多以 4 英寸晶圆为主,6 英寸晶圆逐步量产,广运集团关係企业盛新材料今年第 3 季规划开发 8 英寸晶体。
中国大陆厂商也想布局 8 英寸碳化硅晶圆,虽仍处于研发阶段,但今年 3 月烁科晶体已开发出 8英寸碳化硅晶圆。此外,中国厂商积极布局碳化硅晶圆制造,亚系外资法人指出,包括天科合达和中国电科等,已量产 6 英寸碳化硅晶圆;三安光电、东莞天城等将于 2023 年量产 6 英寸 碳化硅晶圆。