國內(nèi)首條碳化硅智能功率模塊(SiC IPM)生產(chǎn)線在廈門芯光潤澤科技有限公司正式投產(chǎn)，標(biāo)志著我國在碳化硅芯片這個(gè)戰(zhàn)略新興行業(yè)又實(shí)現(xiàn)了一次重要的突破。
芯光潤澤實(shí)現(xiàn)“從0到1”的突破，是我市半導(dǎo)體和集成電路產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的一個(gè)縮影。半導(dǎo)體和集成電路產(chǎn)業(yè)是我市重點(diǎn)發(fā)展的千億產(chǎn)業(yè)鏈群之一。今年以來，立足市委市政府“雙千億”工作部署，我市深耕半導(dǎo)體和集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈布局，施行精準(zhǔn)招商，抓住行業(yè)內(nèi)“領(lǐng)頭雁”，吸引知名企業(yè)和研發(fā)技術(shù)轉(zhuǎn)移，以項(xiàng)目帶動(dòng)，提升“話語權(quán)”。
芯光潤澤的專家團(tuán)隊(duì)介紹，碳化硅產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于港口重機(jī)、白色家電、高鐵、數(shù)據(jù)機(jī)房、新能源汽車充電樁等領(lǐng)域，可以為這些行業(yè)器件提供高端核心功率部件，且擁有部件節(jié)能增效的顯著優(yōu)勢(shì)。近年來，國際半導(dǎo)體市場(chǎng)持續(xù)保持高速增長的態(tài)勢(shì)，其中智能功率模塊全球市場(chǎng)規(guī)模超100億美元，中國市場(chǎng)需求總量占比超70%，但自給率不足7%。
“如何打破受制于人的現(xiàn)狀，找到我國芯片產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的突破口，成為中國半導(dǎo)體行業(yè)和企業(yè)的前進(jìn)方向。這也是我們建設(shè)我國首條‘SiC IPM生產(chǎn)線項(xiàng)目’的初衷。”廈門芯光潤澤科技有限公司董事長卓廷厚表示，公司將致力于成為新興半導(dǎo)體行業(yè)的獨(dú)角獸。
全球的碳化硅市場(chǎng)格局
碳化硅（SIC）是半導(dǎo)體界公認(rèn)的“一種未來的材料”，是新世紀(jì)有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ男滦桶雽?dǎo)體材料。預(yù)計(jì)在今后5～10年將會(huì)快速發(fā)展和有顯著成果出現(xiàn)。促使碳化硅發(fā)展的主要因素是硅（SI）材料的負(fù)載量已到達(dá)極限，以硅作為基片的半導(dǎo)體器件性能和能力極限已無可突破的空間。
根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，碳化硅 (SiC)電力電子市場(chǎng)是具體而實(shí)在，且發(fā)展前景良好。這種趨勢(shì)非但不會(huì)改變，碳化硅行業(yè)還會(huì)進(jìn)一步向前發(fā)展。用戶正在嘗試碳化硅技術(shù)，以應(yīng)用于具體且具有發(fā)展前景的項(xiàng)目。
如今，碳化硅技術(shù)的附加值已被電力電子領(lǐng)域所普遍了解與認(rèn)可。
2016 至 2022 年間，有望實(shí)現(xiàn) 6% 的復(fù)合年增長率 (CAGR)。而且，新應(yīng)用的出現(xiàn)也將推動(dòng)碳化硅電力電子器件市場(chǎng)的發(fā)展。
也就是說，2022 年，碳化硅器件市場(chǎng)總值將超過 10 億美元。
事實(shí)上，2020 年之后，市場(chǎng)發(fā)展的腳步將進(jìn)一步加快，2020 至 2022 年間，有望實(shí)現(xiàn) 40% 的復(fù)合年增長率 (CAGR)。
目前誰是主要的SiC供應(yīng)商呢？
目前行業(yè)的龍頭，Infineon和Cree兩家公司研發(fā)出新的RF功率系統(tǒng)Wolfspeed，已經(jīng)占據(jù)了整個(gè)SiC市場(chǎng)份額68%。
不僅如此，Cree公司最近還收獲了功率組件和電子應(yīng)用上先驅(qū)新產(chǎn)品—APEI的訂單，這款產(chǎn)品有可能對(duì)SiC市場(chǎng)造成很大的沖擊。
目前這兩家公司都把目光放在如何實(shí)現(xiàn)將SiC器件集成到功率組件和轉(zhuǎn)換器上的工業(yè)化應(yīng)用問題，同時(shí)也能為這些SiC器件系統(tǒng)提供經(jīng)特別設(shè)計(jì)的封裝。
Infineon公司已經(jīng)具備了開發(fā)用于SiC器件功率組件所需的技術(shù)基礎(chǔ)，而Cree公司正在發(fā)展它的SiC功率業(yè)務(wù)的供應(yīng)鏈，如同它們之前在發(fā)展LED業(yè)務(wù)時(shí)所做的那樣。
盡管這兩家大公司都打算加速其在SiC應(yīng)用上的進(jìn)程，但是它們并不企圖在未來繼續(xù)統(tǒng)治這個(gè)領(lǐng)域的市場(chǎng)。
Infineon和Cree公司從一開始進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)時(shí)就占據(jù)了大量的市場(chǎng)份額，但是Rohm、STMicroelctronics等公司也正在對(duì)這個(gè)市場(chǎng)虎視眈眈。
回顧供應(yīng)鏈發(fā)展開始的16年前，首批SiC功率器件開始商業(yè)化，當(dāng)時(shí)只有德國英飛凌和美國科瑞兩家企業(yè)能夠提供SiC產(chǎn)品，后者的功率和設(shè)備器件業(yè)務(wù)已經(jīng)獨(dú)立為Wolfspeed。
在隨后的10年，器件的市場(chǎng)范圍并沒有真正地?cái)U(kuò)展，SiC器件在努力在向產(chǎn)業(yè)界證明自己。
2009-2010年，情況發(fā)生突變，更多器件供應(yīng)商開始供應(yīng)SiC二極管。
如到2017年7月份，二極管供應(yīng)商的數(shù)量達(dá)到23家。SiC晶體管供應(yīng)商的總數(shù)也同樣在增加。
特別值得一提的是，從2016年到2017年，SiC MOSFET供應(yīng)商的數(shù)量已經(jīng)翻倍。該數(shù)量在接下來的幾年內(nèi)還將繼續(xù)增加。
供應(yīng)鏈現(xiàn)狀隨著器件市場(chǎng)的發(fā)展，SiC產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈已經(jīng)建立并將繼續(xù)不斷發(fā)展，從晶圓到外延層、芯片制造、模塊封裝到采用不同商業(yè)模式的系統(tǒng)終端用戶，例如：
Wolfspeed和Rohm半導(dǎo)體是從襯底到模塊的垂直集成；
三菱電子和富士電子是從芯片到終端用戶的垂直集成
其他很多供應(yīng)商占據(jù)供應(yīng)鏈的一部分。
在晶圓級(jí)，道康寧（Dow Corning）在被Dow收購后已經(jīng)重組。
Dow和Dupont的合并對(duì)于未來道康寧的SiC晶圓業(yè)務(wù)劃上了一個(gè)問號(hào)，道康寧是SiC主要供應(yīng)商之一。
同樣值得一提的是，北電（Norstel）被我國資本收購：在公司在我國的福建建了新廠來拓展產(chǎn)能。
盡管雷神（Raytheon）公司在2017年停止了SiC代工廠業(yè)務(wù)，但其代工廠模式在運(yùn)營層面已清晰，這有助于無代工/輕代工SiC企業(yè)來推出其產(chǎn)品和使得SiC技術(shù)對(duì)于產(chǎn)業(yè)更容易獲得。該模式現(xiàn)在由X-Fab來驅(qū)動(dòng)，并獲得“電子美國”的支持。
預(yù)期其他代工廠也將進(jìn)入該市場(chǎng)。
期待國內(nèi)自主研發(fā)的相關(guān)企業(yè)能夠打破技術(shù)壟斷，促進(jìn)國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步與突破。
有關(guān)碳化硅產(chǎn)品的一些看法
SiC材料本身的寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、電子遷移率以及抗輻射特性使得碳化硅基的SBD以及MOSFET在高頻、高溫、高壓、高功率以及耐輻射的應(yīng)用場(chǎng)合相比硅基器件優(yōu)勢(shì)巨大，優(yōu)勢(shì)不單是體現(xiàn)在單個(gè)器件上，而是碳化硅基的功率器件作為電力電子的功率轉(zhuǎn)換中的核心部件，工作頻率、效率及耐溫的提升使得功率轉(zhuǎn)換（即整流或者逆變）模塊中對(duì)電容電感等被動(dòng)元件以及散熱片的要求大大降低，核心元件帶動(dòng)整個(gè)模塊系統(tǒng)的優(yōu)化才是最重要的。
當(dāng)前整個(gè)SiC功率器件行業(yè)尚在起步階段，整個(gè)國內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模甚至全球市場(chǎng)都很小，2016年貌似也就2億多美元（如果沒記錯(cuò)的話）。當(dāng)前成熟量產(chǎn)的器件更多是SBD，國內(nèi)也有一兩家廠商據(jù)說是初步量產(chǎn)。商用的碳化硅基MOSFET國際幾大廠如Cree、Infineon、RoHM等廠家也有量產(chǎn)器件，國內(nèi)應(yīng)該尚未走通整個(gè)SiC MOSFET的量產(chǎn)工藝，拍腦袋估計(jì)一下可能至少再需要三年時(shí)間。
國際廠商目前已經(jīng)在宣傳全SiC功率模塊，用于PFC/UPS/PV/EV等應(yīng)用場(chǎng)景，國內(nèi)廠家由于僅有少數(shù)能量產(chǎn)碳化硅器件，而且還僅僅是SBD，開關(guān)器件國內(nèi)尚無人能量產(chǎn)，所以國內(nèi)的全SiC功率模塊目前大部分是采用國外的功率器件，或者至少是MOSFET采用的是國外產(chǎn)品。
碳化硅的電力電子應(yīng)用我覺得當(dāng)前關(guān)鍵還是要綜合成本能夠與硅基相近且能夠兼容原來的體系才有機(jī)會(huì)，畢竟當(dāng)前整個(gè)電力電子是在硅基器件上建立起來的。目前來看我覺得還是有機(jī)會(huì)的，雖說碳化硅基器件仍不便宜，但是被動(dòng)元件的節(jié)省以及散熱壓力的減小是的碳化硅基的功率模塊已然能做到接近兩毛五一瓦的價(jià)格，而且是在當(dāng)前終端市場(chǎng)很不成熟的條件下做到的，SiC外延片的尺寸的突破以及位錯(cuò)密度的持續(xù)降低，將會(huì)促進(jìn)成本的進(jìn)一步降低。
運(yùn)載工具（車船飛機(jī)等）上的功率轉(zhuǎn)換模塊的輕量化要求將會(huì)為碳化硅基功率模塊提供機(jī)會(huì)，只不過可靠性的驗(yàn)證需要時(shí)間，且部分領(lǐng)域需要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，而且無法跳過。對(duì)于從業(yè)者來說，我覺得乘著終端市場(chǎng)仍未起來前做積累并在博士期間多做些企業(yè)項(xiàng)目是很有價(jià)值的。