目前，國內(nèi)SiC功率器件主要依賴進口，汽車產(chǎn)業(yè)鏈對此依賴程度尤為突出。為改變這種情況，在今年“兩會”期間，民進中央提交的《關(guān)于推動中國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展的提案》建議進一步完善功率半導(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)列入國家計劃，盡快實現(xiàn)功率半導(dǎo)體自主供給。未來我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模將進一步擴大，功率器件需求將迎來爆發(fā)，為此，嗅到商機的國內(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功率器件市場拓展的重要驅(qū)動力。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、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)勢突出。博世汽車電子中國區(qū)總裁GeorgesAndary表示，碳化硅半導(dǎo)體能為電機帶來更高的功率，將為汽車行業(yè)帶來新的變革。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，特斯拉等主機廠已經(jīng)引入了碳化硅產(chǎn)品。為了提高電動車驅(qū)動電機的功率和降低能耗，特斯拉Model3在電機控制器上采用了全SiC功率模塊。據(jù)國外拆解分析，電控中的逆變器采用了ST的SiC核心功率器件，整個功率模塊由單管模塊組成，器件耐壓為650V。
以過往產(chǎn)品替換經(jīng)驗來看，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3-5年內(nèi)SiC器件將在電動汽車傳動系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。一份來自CSAResearch的報告表明，2019年，新能源汽車細(xì)分市場的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年市場規(guī)模達到16.24億元，年均復(fù)合增長率達到30.4%。
從2019年新能源汽車銷量來看，中國仍占據(jù)著全球新能源汽車市場的半壁江山，這也是國際各主要大廠加大第三代半導(dǎo)體SiC布局的重點市場。據(jù)了解，SiC器件市場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成市場份額。除了中游Cree、ROHM、Infineon等半導(dǎo)體廠商推出車規(guī)級SiCMosfet產(chǎn)品外，下游以博世等tier1公司為代表的企業(yè)迅猛推進車用半導(dǎo)體，其第三代半導(dǎo)體正式進入汽車供應(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tier1公司的優(yōu)勢，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。”
國內(nèi)企業(yè)加碼發(fā)力SiC
除了國外巨頭企業(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SiC芯片的市場推動下，國內(nèi)企業(yè)積極加碼布局SiC產(chǎn)業(yè)鏈。“中國功率半導(dǎo)體行業(yè)空間巨大、大有可為。對于背靠中國市場的國內(nèi)功率半導(dǎo)體企業(yè)來說，可以說是不容錯過的發(fā)展良機。”華潤微功率器件事業(yè)群總經(jīng)理李虹在接受集微網(wǎng)記者采訪時說道。
在產(chǎn)線布局方面，華潤微近日宣布國內(nèi)首條6英寸商用SiC晶圓生產(chǎn)線正式量產(chǎn)。該產(chǎn)線能這么快實現(xiàn)量產(chǎn)，主要是華潤微采取了與其他廠家不同的策略。據(jù)華潤微相關(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，因為我們在Si功率器件生產(chǎn)線豐富的經(jīng)驗，所以一開始就直接從6英寸著手，減少中間試錯時間和成本，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，目前國際上SiC晶片的合格率最高可達70%-80%，而中國電科SiC產(chǎn)業(yè)基地，4英寸的SiC晶片的合格率可以達到65%，三年內(nèi)能達到18萬片/年的產(chǎn)能。
目前，國內(nèi)SiC晶片整體合格率不高，從材料微觀層面來看，主要與晶體生長結(jié)構(gòu)相關(guān)。SiC單晶有多達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，單晶生長結(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SiC單晶時，如果不做精確的控制，將會得到其他的SiC晶體結(jié)構(gòu)，這會直接導(dǎo)致晶片不合格，這是我們需要極力避免出現(xiàn)的情況。”
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、制造工藝、封裝測試、驅(qū)動應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)全鏈條，先后推出全電流電壓等級碳化硅肖特基二極管、首款國產(chǎn)通過工業(yè)級可靠性測試的1200V碳化硅MOSFET、車規(guī)級全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SiC器件已通過tie1供應(yīng)商向國內(nèi)主機廠供貨。”
盡管目前國內(nèi)在布局車規(guī)級SiC產(chǎn)品的企業(yè)不少，但已經(jīng)供貨給主機廠的卻寥寥無幾。對于國內(nèi)廠商而言，有沒有機會“上車”,主要取決于產(chǎn)品能不能邁過車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)的門檻。對此，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)�？煽啃允呛饬科骷䦃勖谕担簿褪强梢酝ㄟ^可靠性結(jié)果計算器件需要多久持續(xù)滿足規(guī)范要求。工業(yè)級產(chǎn)品可靠性驗證通常選取樣品數(shù)為22，基本半導(dǎo)體將樣本數(shù)按照汽車級的要求提高到77片，并采用AEC-Q系列汽車級認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對器件進行測試，只要順利通過了測試，就能拿到上車的票。”
與國內(nèi)產(chǎn)業(yè)情況不同，國際半導(dǎo)體巨頭單極型的600V-1700V級4H-SiCJBS和MOSFET已實現(xiàn)商業(yè)化，2019年，CREE宣布將建設(shè)8寸碳化硅產(chǎn)線。對于國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈和國外存在的差距，魏煒表示，“目前國內(nèi)車規(guī)級SiC產(chǎn)業(yè)水平落后于國外廠商，我們需加強在SiC的資金、技術(shù)等方面的投入，盡快完善SiC產(chǎn)業(yè)鏈。”
在國外廠商加大中國SiC市場投入的背景下，國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商能否跨越車規(guī)級SiC的門檻，成功“上車”？對此，行業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，“國家政策支持和資金追捧對產(chǎn)業(yè)發(fā)展有極大幫助，國內(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)易摩擦以及國內(nèi)重視自主化的環(huán)境下，國內(nèi)SiC廠商還是有很大發(fā)展空間。”
