【创业24小时】2023年9月26日
06-18
中国电子报随着汽车“新四化”的加速演进，汽车芯片成为整个半导体市场的主要增长点之一，而性能优异的碳化硅更是成为一颗闪亮的明星。
各大芯片公司围绕碳化硅开始大规模扩产和收购。
各大汽车制造商也担心再次面临芯片短缺，纷纷开始抢着下订单，并与芯片制造商签署长期供应协议。
碳化硅的狂野之路就此开始。
电动汽车可能是碳化硅大规模商业化应用的“杀手级”应用。
随着新能源汽车市场的发展，我国新能源汽车市场份额已超过28%。
有机构预测，全球新能源汽车销量将占当年新车销量的近50%。
目前，碳化硅功率器件已应用于新能源汽车内部的关键电力系统，包括牵引逆变器、DC/DC变换器、车载充电机等。
IEEE国际宽带隙半导体技术路线图委员会主席Victor Veliadis表示其中，电动汽车和混合动力汽车可能成为推动碳化硅大规模商业化的“杀手级”应用。
“碳化硅比硅具有更宽的带隙，允许更高的电压阻断，适合高功率和高压应用。
这可以使DC/DC转换器和车载充电器更加高效，同时降低成本。
同时，电动汽车充电速度更快、续航里程更远，这使得它们极具竞争力。
”Victor Veliadis 解释道，“车内空间更小，因此提高功率密度是未来的发展趋势。
与硅相比，碳化硅器件不仅可以使功率半导体的封装方案更加精密，而且可以使支撑功率器件的无源器件更加紧凑。
“散热器做得更小了。
”泰科天润半导体科技（北京）有限公司营销副总经理邱琪告诉记者。
缩小体积、提高效率的优异表现，帮助碳化硅成功“上路”具体来说，碳化硅技术在新能源汽车上的应用主要集中在两个方面：一是在车载充电机（OBC）、DC-DC等电源领域，基于传统硅的系统的功率密度。
技术小于2KW/L，而采用碳化硅技术的OBC系统可以获得大于3KW/L的功率密度，其效率也可以从过去的95%提高到97%以上，为消费者节省能源；其次，在主驱动逆变器领域，安森美半导体电源解决方案部汽车主驱动逆变器半导体中国区负责人卢涛告诉记者：“碳化硅在主驱动逆变器上的应用最直接的体现就是提高了系统效率，从而实现相同的电池容量。
，提高汽车的行驶里程。
根据一些市场反馈，采用碳化硅的主驱动逆变器效率至少提高了2%。
如果从整个车辆系统考虑，目前的大部分新能源可能都会得到改善。
汽车制造商正在推出或准备推出配备碳化硅的主驱动逆变器。
“由于快速充电的需求，V高压系统正在逐渐进入市场。
陆涛预计，未来一到两年内将会出现更多采用V系统的新能源汽车。
碳化硅在高电压下阻抗较低，其他特点公司的优异业绩也将提高其市场份额，公司将采取多项措施增强产业链的稳定性，随着汽车市场对碳化硅器件的需求不断增加，将带来市场机会。
但同时也会伴随着一丝不稳定，芯片制造商和整车制造商都意识到了这一点，并开始强化自己的碳化硅供应链，以避免重蹈之前汽车芯片短缺的覆辙。
将把其所有射频业务出售给MACOM，本次交易的资金将用于扩大碳化硅业务；瑞萨电子宣布与Wolfspeed签署10年碳化硅晶圆供应协议；意法半导体宣布与三安光电成立合资公司，在中国大批量生产毫米碳化硅器件。
此外，意法半导体将继续在意大利和新加坡投资，目标是2020年碳化硅年营收超过50亿美元；罗姆公司已与Solar Frontier达成协议，收购该公司原国富工厂。
该工厂将成为罗姆公司碳化硅功率半导体的主要生产基地。
预计其碳化硅产能将增至本财年的35倍。
目前，中高端新能源汽车器件正在向碳化硅转移。
拉近或者说切换，这种现象在V的体系中尤为明显，这也是目前整个碳化硅市场快速发展的原因之一。
“但任何市场的过度发展都会导致相应的供应短缺或产能过剩。
在新能源汽车上的具体表现就是这两年碳化硅产品的短缺——加上市场的发展，V系统得到更多客户的认可，这也会导致这种情况持续一段时间。
”陆涛告诉记者。
碳化硅行业作为技术密集型产业，不仅需要大量资金和时间建立晶圆生产线，而且还面临关键生产设备采购困难、碳化硅器件制造工艺复杂、其次，由于汽车级碳化硅功率器件的高性能和可靠性要求，目前只有少数企业能够提供这些问题。
当前碳化硅器件供应紧张的背后挑战源于整个供应链，以获取高质量的衬底生产能力和研发。
能力方面，近两年收购了GT Advanced Technologies（GTAT），同时安森美半导体还积极投资扩建其位于捷克的外延工厂，以保证其外延产能；它还正在扩大其在韩国的晶圆厂，以增强晶圆厂的能力。
坚持使用 IDM。
依托自有晶圆生产线，不断积累碳化硅器件制造和生产工艺经验，进一步掌握核心技术。
年底将开始布局8英寸碳化硅生产线，预计将达到年产10万片的产能。
在下游企业方面，泰科天润也积极与比亚迪、五菱迷你、广汽、玛莎拉蒂、吉利、北汽、东风等车企合作，进一步了解市场需求。
“近期，为了保障碳化硅供应链安全，各大碳化硅企业都在积极布局，加强与上下游企业的联系。
”杨军刚告诉《中国电子报》记者，“而且，新能源汽车和碳化硅器件都是新兴市场，如果两者联手攻克相关技术，有望开发出更符合市场的新产品。
” “碳化硅仍需降低成本、提高效率才能大规模投放市场。
虽然碳化硅投放市场速度很快，但要想实现大规模采用，才能大规模、真正完全替代碳化硅。
”硅路上，成本降低仍是关键因素 碳化硅的成本远高于硅功率器件，目前碳化硅芯片成本降低主要有三个方向：增加晶圆尺寸，在流片成本相差不大的前提下，晶圆越大，单片晶圆能生产的可用芯片越多，单片成本就越低；通过减薄或沟槽设计等工艺来减少芯片面积；三是通过工艺优化来提高良率，最初，随着衬底和外延技术的发展，大多数碳化硅制造商都可以生产4英寸晶圆。
尺寸的晶圆成为可能。
目前，不少碳化硅厂商均表示，其生产线将从6英寸扩大到8英寸。
尺寸和功率器件之间最直接的关系用DPW（单个晶圆上的芯片数量）来表示。
安森美半导体现场应用工程师、国内汽车碳化硅技术支持专家牛家豪向记者打了个比方：“以32mm2碳化硅器件为例。
一块6英寸晶圆大约可以生产1个器件，一块8英寸晶圆大约可以生产10个器件。
大概能够生产3个器件，晶圆边缘的芯片比例会大大减少。
“但是，单纯扩大晶圆尺寸并不能提高效率。
如果技术发展不成熟，‘大晶圆’的优势可能会变成劣势。
”我们不仅关注DPW，还关注GDPW（有效片数）。
芯片）。
GDPW/DPW是实际收益率。
如果我们要用8英寸晶圆来生产芯片，就需要高质量的衬底，高质量的外延和高质量的器件加工技术缺一不可。
”陆涛说。
牛家豪告诉记者：“目前市场上还没有实现8英寸碳化硅晶圆产品的量产，碳化硅晶圆尺寸从6英寸升级到8英寸还存在很多技术限制。
由于成本由于碳化硅器件的尺寸高于衬底，主流厂商在这方面不断努力，通过增大尺寸和提高质量，在单个衬底上获得更多器件，最终降低成本。
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