芝能智芯出品

在新能源汽車終端市場中,，隨著SiC材料價格下降，碳化硅（SiC）的需求快速增長,，來自于車載充電,、驅動逆變和DC-DC轉換。隨著400V切換到800V,，使用硅基IGBT開始向SiC MOSFET轉變,，一方面提高功率密度，另一方面提高了驅動效率,。 

電動汽車和充電站需高電壓和惡劣環(huán)境下工作,，SiC器件是目前主要方向。盡管制造和封裝成本高,，但價格已開始用得起來,，目前推動供應合作伙伴關系和新SiC工廠成了全球的潮流。SiC晶圓技術升級,，需20%新工藝工具和80%改進工具,，改進目標是提高功率器件的生產速度，促使車企合作直接晶圓工廠以加速模塊生產,。 

新的晶圓工藝工具包括高溫外延生長（>1,500°C）,、熱離子注入、快速熱處理（RTP）和更快的脈沖原子層沉積,。用于SiC 材料的晶圓研磨,、CMP、拋光墊和漿料也在發(fā)生重大改進,，包括剝離劑和清潔化學品在內的新材料可滿足設備和可持續(xù)性需求,。從封裝端來看，帶有分立元件的高功率印刷電路板正在被集成電路+集成封裝（芯片級封裝CSP）所取代,，以實現更小,、更可靠的設計,。

在模塊的設計中， SiC 模塊是主要研發(fā)方向,，GaN 器件的潛力也在嘗試,。到 2030 年，全球將生產 3000 萬輛新能源汽車,，將推動功率半導體市場,，其中約 50% 的硅器件、35% 的碳化硅器件和 12% 的氮化鎵器件將用于電動汽車,。 

SiC 模塊是從 400V 向 800V 核心器件,。盡管仍需應對晶圓晶體缺陷、器件封裝和模塊集成,、供應鏈變化等挑戰(zhàn),，但很多市場預測對于SiC寄予厚望，預計到 2027 年,，功率半導體市場將達到 $6.3B,，其中 70% 用于汽車應用。僅 SiC 晶圓產量方面,，2022 ——2027 年年均增長率為 14%,。 

● SiC的玩家：IDM、代工企業(yè)和設計公司

在芯片制造層面,，Wolfspeed,、意法半導體、安森美,、羅姆,、英飛凌和博世等是關鍵參與者。碳化硅晶圓,，正開始從 150mm切換到200mm,，但生長、切片和制備過程,，還有優(yōu)化的空間,。 

IDM 和加工企業(yè)，都在努力降低 SiC 晶格的缺陷率,，開發(fā) SiC 專用工具平臺,，例如高溫離子注入、在 1,500°C 以上運行的外延沉積爐,，以及改進的 CMP 漿料,、拋光墊和清潔化學品加工非常堅硬的材料。 

400V體系下,，硅,、SiC 和 GaN 的開關器件都可以用,，SiC比 GaN 功率水平更高。GaN具有比SiC更高的電子遷移率,，但其成熟度較低,。GaN 在制造高頻器件方面具備潛力,。

許多 SiC 芯片制造商已將其150毫米硅生產線改為生產SiC芯片,。在成熟,、完全折舊的硅工廠中加工碳化硅的資本投資大約為 3000 萬美元,，回報巨大。新的碳化硅晶圓廠正在快速建設中,，無晶圓廠公司也在爭奪產能,。 

盡管 SiC 芯片的成本約為硅芯片的三倍,，但最終的系統(tǒng)成本低于,，主要是SiC 芯片能夠以高效率運行,，減少了磁性元件和無源元件的體積，從而抵消了成本的增加,。SiC 器件特別適用于汽車領域,，能夠在惡劣環(huán)境下以更高的溫度提供高功率密度,，實現非常低的開關損耗和超低的 RDSon（源極和漏極之間的電阻）,，小的 RDSon 直接可以讓 MOSFET降低功耗。 

SiC器件的性能取決于 SiC 材料的質量,，晶體質量一直是業(yè)內關注的主要問題,，因為晶體中仍然存在一些缺陷。這些缺陷需要進行設計和調整,，通常需要調整和驗證外延,。這使得碳化硅在制造業(yè)中的實施方式還不是精益的。在電氣方面,，功率器件可能對寄生電感,、火花和其他挑戰(zhàn)非常敏感，不斷應對這些參數的變化,。隨著碳化硅,、氮化鎵和砷化鎵等化合物半導體變得更加主流且增長速度更快，參數良率問題將會得到改善,。

● SiC產能和協(xié)作方式

垂直整合與晶圓協(xié)作在碳化硅開始慢慢形成,，100mm和150mm尺寸的六方晶圓（4H和6H）主導市場。最大的SiC器件制造商正逐步轉向更大的200mm晶圓,。英飛凌從多個供應商采購晶圓,，瑞薩電子則簽署了10年協(xié)議，支付20億美元定金以獲得150mm裸露和外延SiC晶圓供應,，并與三菱合作在日本新建SiC工廠,。SOITEC和意法半導體正在研究單晶上的多晶SiC方法,，以減少浪費并提高散熱性。 

SiC的缺陷水平,，需要數據共享,，200mm晶圓的生長也需要更大的種子和更長的時間，隨著時間的推移,，SiC晶圓生長的成本可能會降低,，生產率有望提高約20%。 

到 2030 年的需求和產能預估,，日本,、韓國、中國,、馬來西亞,、德國、奧地利和美國的全球晶圓和晶圓廠產能相當可觀,，SiC是不是會產能過剩,，這確實是個現實的問題！

小結：半導體行業(yè)正在邁向 1 萬億美元的市場,，半導體技術界對下一代電源效率和性能的需求,，是給出了明確的答案的。