2024北京國際汽車展覽會正在北京如火如荼地進(jìn)行，可以確定的是，碳化硅正受到越來越多新能源汽車廠商的重視。據(jù)《中國電子報(bào)》記者不完全統(tǒng)計(jì)，此次車展中展出的配備碳化硅的車型超70款，除了上市不久的小米SU7、智己L6、華為智界S7及問界新M5，奇瑞星紀(jì)元ET、瑪莎拉蒂GranCabrio Fulgore等新車型也均配備碳化硅器件及系統(tǒng)，“含SiC量”成為新能源汽車比拼的一大指標(biāo)。

在新能源汽車性能穩(wěn)步提升的過程中，碳化硅正在與更多新能源汽車、更多功能器件實(shí)現(xiàn)深度融合，而此前備受關(guān)注的成本問題也將在碳化硅晶圓從6英寸向8英寸的過渡中得到改善。種種跡象表明，車規(guī)級碳化硅市場正在加速走向成熟。

碳化硅與電動(dòng)汽車融合程度加深

碳化硅一直與新能源汽車“雙向奔赴”，二者聯(lián)系十分緊密。碳化硅器件在高溫、高壓、高頻等方面的優(yōu)異性能與消費(fèi)者對新能源汽車快充和續(xù)航方面的需求相吻合，并逐漸成為新能源汽車逆變器及充電設(shè)備的首選材料，融合程度持續(xù)加深。

最明顯的跡象，莫過于搭載碳化硅器件的新車型越來越多。

2018年，特斯拉在Model 3上首次采用意法半導(dǎo)體的650V SiC MOSFET逆變器，相較Model X等采用IGBT的車型實(shí)現(xiàn)了5%~8%的效率提升，并在此后的幾款車型中均采用SiC技術(shù)。此舉既讓碳化硅成為業(yè)界焦點(diǎn)，也帶火了碳化硅襯底片供應(yīng)商Wolfspeed。

2020年，比亞迪·漢EV成為了國內(nèi)首款采用SiC的車型，同年比亞迪決定在2023年實(shí)現(xiàn)SiC對IGBT的全部替換。在新能源汽車蓬勃發(fā)展的同時(shí)，理想、蔚來等國產(chǎn)“造車新勢力”也不約而同選擇SiC。時(shí)至今日，新發(fā)布的車型幾乎與碳化硅形成了綁定。機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)測算，2023年共新增了27款碳化硅主驅(qū)車型，而隨著問界M9、理想MEGA、小米SU7等多個(gè)碳化硅車型陸續(xù)上市，預(yù)計(jì)2024年新推出的碳化硅主驅(qū)車型數(shù)量將進(jìn)一步增加。   

展會現(xiàn)場展示的小米SU7

碳化硅在家用電動(dòng)汽車之外的車規(guī)場景也有用武之地。

速豹針對大宗運(yùn)輸場景，推出第三代智能電動(dòng)重卡“黑金剛”，該車型搭載了最高900V的碳化硅平臺。據(jù)悉，該平臺最高電壓達(dá)到876V，實(shí)現(xiàn)了更快的充電速度。

更重要的是，車上的“含SiC量”也在增加。

當(dāng)前碳化硅器件在新能源汽車中的主要應(yīng)用場景包括OBC（車載充電器）、DC/DC、主驅(qū)逆變器等。“主驅(qū)逆變器更注重器件的導(dǎo)通電阻、短路耐受能力和高可靠性，而OBC和DC/DC更關(guān)注器件的高頻開關(guān)性能和效率，以便提高功率密度進(jìn)行多合一的集成。此外，碳化硅器件還可能應(yīng)用于PTC、空調(diào)壓縮機(jī)等其他電子系統(tǒng)?！焙先舶雽?dǎo)體市場銷售負(fù)責(zé)人告訴《中國電子報(bào)》記者。    

1月18日，意法半導(dǎo)體宣布與致瞻科技合作。致瞻科技在新能源汽車400V、800V和1000V平臺上量產(chǎn)了基于碳化硅的空調(diào)壓縮機(jī)控制器。據(jù)了解，采用碳化硅的空調(diào)壓縮機(jī)可極大提高電動(dòng)汽車的熱管理能效，提升空調(diào)壓縮機(jī)的NVH性能（噪音、振動(dòng)和聲振粗糙度），在推動(dòng)電動(dòng)壓縮機(jī)系統(tǒng)小型化的同時(shí)進(jìn)一步降低成本。

8英寸晶圓快速發(fā)展有望成為市場主流

2023年，特斯拉突然宣布減少75%的碳化硅用量，引發(fā)業(yè)界熱議。特斯拉對碳化硅態(tài)度的轉(zhuǎn)變也表明，在優(yōu)秀性能之外，成本也是車企不得不考慮的問題。

隨著市場需求的持續(xù)增長和成本壓力的加大，碳化硅廠商紛紛投資研發(fā)并逐步轉(zhuǎn)向8英寸產(chǎn)線，以期降低成本，提高市場競爭力。安森美碳化硅技術(shù)專家牛嘉浩告訴記者，由于8英寸晶圓能夠顯著提升單位面積晶圓上的芯片數(shù)量（DPW），故而可以降低單片芯片的生產(chǎn)成本。

從6英寸向8英寸的過渡，不僅是晶圓尺寸的擴(kuò)大，還涉及襯底生長、外延、器件加工、封裝測試等全供應(yīng)鏈的技術(shù)革新。從碳化硅晶圓的制備流程來看，8英寸晶圓的生產(chǎn)挑戰(zhàn)頗多，如提高襯底質(zhì)量與均勻性、優(yōu)化外延工藝以減少缺陷、改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)以適應(yīng)更大尺寸晶圓的加工條件、確保封裝和測試過程的穩(wěn)定性等。

為應(yīng)對8英寸碳化硅的發(fā)展需求，襯底供應(yīng)商、外延服務(wù)提供商、晶圓廠、封裝測試廠等加強(qiáng)協(xié)作，共同推進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定、設(shè)備改造升級、原材料供應(yīng)保障等工作，構(gòu)建更加完善的8英寸碳化硅生態(tài)系統(tǒng)。   

碳化硅器件的制備流程（圖片來源：安森美）

當(dāng)前，碳化硅市場正處于從6英寸碳化硅晶圓向8英寸碳化硅晶圓過渡的加速期，供應(yīng)商們也在逐步減少6英寸晶圓產(chǎn)能的擴(kuò)張，加碼8英寸晶圓生產(chǎn)。  

自2023年起，國際碳化硅供應(yīng)商先后布局8英寸工廠。2024年3月，Wolfspeed以其創(chuàng)始人命名的碳化硅工廠“John Palmour碳化硅制造中心”封頂。三菱電機(jī)將在日本熊本縣開建新的8英寸SiC工廠，并計(jì)劃在2026年投入運(yùn)營。韓國釜山市正計(jì)劃投建2座8英寸SiC/GaN功率半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)施。

牛嘉浩認(rèn)為，未來幾年內(nèi)，隨著技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)能提升和成本下降，8英寸碳化硅將成為市場主流。盡管全面替代6英寸的過程可能還需一段時(shí)間，但從長期來看，8英寸晶圓將有助于碳化硅器件在更多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，推動(dòng)碳化硅市場進(jìn)入新的發(fā)展階段。

有機(jī)構(gòu)預(yù)測，自2022年至2030年，8英寸晶圓的市場滲透率將達(dá)到50%。

全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新滿足更高性能需求

除了成本問題，碳化硅器件設(shè)計(jì)制造的全產(chǎn)業(yè)鏈也需滿足電動(dòng)汽車逐漸增長的性能需求。小米SU7在現(xiàn)場所展示的“彈射起步”需要性能更加強(qiáng)勁的電機(jī)，而消費(fèi)者在快充和續(xù)航上的需求也推動(dòng)800V甚至更高電壓環(huán)境下整車充電效率的提升。

以主驅(qū)逆變器為例，其性能與導(dǎo)通電阻有關(guān)，更低的導(dǎo)通電阻需要碳化硅MOSFET的溝槽工藝?yán)^續(xù)精進(jìn)。當(dāng)前常見的MOSFET結(jié)構(gòu)工藝有平面柵和溝槽柵兩種。Cree公司、意法半導(dǎo)體專注于平面柵，而羅姆和英飛凌更偏愛“挖槽”。廠商們在各自的技術(shù)路徑上不斷探索，以求更精準(zhǔn)地調(diào)控導(dǎo)通電阻與器件耐壓性的平衡。

從實(shí)際使用需求倒推，電動(dòng)汽車的性能升級不僅需要碳化硅器件在設(shè)計(jì)時(shí)不斷創(chuàng)新，也需要碳化硅材料在襯底乃至外延環(huán)節(jié)具備更好的質(zhì)量。    

三安半導(dǎo)體市場銷售負(fù)責(zé)人告訴記者：“碳化硅材料的生產(chǎn)過程復(fù)雜，技術(shù)門檻高，良率一直是個(gè)大問題，實(shí)際能夠供應(yīng)市場的高質(zhì)量碳化硅器件數(shù)量仍然有限?！贝送?，隨著新能源汽車行業(yè)對碳化硅需求的持續(xù)增長，市場對高性能、高可靠性碳化硅器件的需求將保持旺盛態(tài)勢?！彼ㄗh企業(yè)持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品良率，并合理規(guī)劃產(chǎn)能，以確保能夠滿足市場的長期需求。  

湖南三安半導(dǎo)體展出1200V 8mΩ SiC MOSFET 

在全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新的背景下，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈整合也是穩(wěn)固碳化硅企業(yè)布局的關(guān)鍵一環(huán)。企業(yè)通過戰(zhàn)略合作、兼并重組等方式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合和橫向拓展。這不僅可以降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，還能增強(qiáng)企業(yè)的市場話語權(quán)，為企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

據(jù)了解，英飛凌于2018年收購一家名為Siltectra的碳化硅冷切割技術(shù)科技公司，該技術(shù)可減少對硅錠原材料的浪費(fèi)，從而提升8英寸的生產(chǎn)效率，此外英飛凌也與Wolfspeed合作，擴(kuò)大并延長關(guān)于150mm碳化硅晶圓的長期供應(yīng)協(xié)議。安森美致力于優(yōu)化其從碳化硅襯底、外延、晶圓制造到成品封裝的全產(chǎn)業(yè)鏈整合能力，確保穩(wěn)定的供應(yīng)鏈，并通過收購GT Advanced Technologies（GTAT）等戰(zhàn)略舉措，保障碳化硅產(chǎn)能。

日本行業(yè)調(diào)研機(jī)構(gòu)富士經(jīng)濟(jì)發(fā)布的《2024年版新一代功率器件&相關(guān)市場現(xiàn)狀和展望》報(bào)告測算，2030年SiC功率器件市場規(guī)模將達(dá)到近150億美元，占到整體功率器件市場約24%，2035年則有望超過200億美元，屆時(shí)SiC器件市場規(guī)模將占到整體功率器件的40%以上。    

“SiC是新材料、新技術(shù)，所以從材料到供應(yīng)鏈，再到應(yīng)用的成熟都需要一個(gè)過程?！庇w凌市場部負(fù)責(zé)人告訴記者，“盡管我們不能排除短期內(nèi)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的可能性，但也會根據(jù)對市場發(fā)展情況的預(yù)測來調(diào)整產(chǎn)能爬坡和擴(kuò)產(chǎn)階段的速度?？傮w上，我們認(rèn)為整個(gè)碳化硅市場的發(fā)展活力有增無減?！?/p>

由此可見，碳化硅市場需求還將持續(xù)擴(kuò)大，各大企業(yè)還有很長的路要走，只有全方位提升，才能在全球競爭的潮流中屹立不倒。   

責(zé)任編輯：趙強(qiáng)