功率半導體國產(chǎn)化需求迫切
在新能源汽車領(lǐng)域，功率半導體是核心部件之一，其重要性僅次于電池。功率半導體在電池管理、車載充電和電機控制等多個系統(tǒng)使用，每臺車大概占10%的成本。此外，在光伏逆變器，風電變流器等設(shè)備中，都離不開功率半導體。
隨著智能化時代的到來，例如新能源汽車實現(xiàn)自動駕駛和聯(lián)網(wǎng)化，需要更長的續(xù)航能力的和高效的電池管理，對于功率半導體將提出更高的要求。而新一代半導體材料，例如碳化硅和氮化鎵，在電場強度、熱導率、禁帶寬度、飽和遷移速度方面有著優(yōu)異表現(xiàn)，已經(jīng)成為功率半導體廠商的重點研發(fā)方向。
近年來，美國禁令不斷，堵截上游芯片的供應，劍指中國制造和高科技產(chǎn)業(yè)。那么，功率半導體的國產(chǎn)化也是十分緊迫的。今年兩會提議將功率半導體材料列研發(fā)入國家計劃，那么功率半導體國產(chǎn)化進程將加速，國產(chǎn)器件代替進行只是時間的問題。
目前，中國大部分的功率半導體以進口為主，例如德國英飛凌在汽車領(lǐng)域占據(jù)了58%的市場。英飛凌在全球功率器件市場中排名第一，其次還有安森美、三菱電機、富士、羅姆、賽米控等領(lǐng)先廠商，國內(nèi)龍頭廠商斯半導體，排到第十。國內(nèi)外差距還是比較大。
碳化硅器件成必爭之地
國內(nèi)功率半導體廠商除了斯達之外，還有比亞迪半導體、中車時代電氣、吉林華微、士蘭微等知名廠商，在產(chǎn)品類型方面基本覆蓋了各種電壓級別，雖然功率器件在低端產(chǎn)品方面已對開始代替進口，但高端產(chǎn)品依然嚴重依賴進口。
由于IGBT核心技術(shù)掌握在發(fā)達國家手中，例如設(shè)計制造、模塊封裝、失效分析、測試等。目前，英飛凌、三菱、ABB在1700V以上電壓等級占絕對優(yōu)勢，在大功率溝槽技術(shù)方面，英飛凌與三菱公司領(lǐng)先，3300V以上電壓的IGBT基本由國外壟斷。
未來IGBT向更高工作結(jié)溫與功率密度發(fā)展，廠商除了要聚焦在降低損耗和降低生產(chǎn)成本，通過改良工藝和設(shè)計方案來提升產(chǎn)品的性能之外，第三代半導體技術(shù)開發(fā)可能是一個必爭之地。第三代半導體主要以寬禁帶半導體材料，例如碳化硅和氮化鎵材料制成的半導體產(chǎn)品。
第一代半導體以硅（Si）、鍺元素(Ge)半導體材料為主要，第二代以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（lnP）等化合物為主，而第三代是碳化硅和氮化鎵等寬禁帶半導體材料，具有禁帶寬度和擊穿電壓高的特點。自從特斯拉推出Model3型電動汽車，其逆變器采用了24個碳化硅MOSFET為功率模塊，碳化硅功率器件受到了越來越多廠商的重視。
碳化硅為材料的功率模塊具有高開關(guān)頻率、耐高溫、耐高壓和低開關(guān)損耗，以及抗輻射能力強等優(yōu)點，不僅可以大量節(jié)省能源損耗，還提升了電控效率，而且體積更少，重量更低。此前，豐田便展示的全碳化硅模組，是傳統(tǒng)硅產(chǎn)品體積的1/5，重量上減輕了35%，損耗從20%降到5%，能讓汽車經(jīng)濟性提升10%。
目前，碳化硅功率器件主要國外廠商為英飛凌、羅姆、Cree和ST，國內(nèi)有泰科天潤、基本半導體、上海瞻芯電子、楊杰科技、芯光潤澤、瑞能半導體等。
在碳化硅晶片方面，CREE占據(jù)了一半以上市場份額，是行業(yè)的領(lǐng)頭羊。近兩年，由于碳化硅晶片供應緊張，下游器件巨頭紛紛與CREE簽訂長期供貨協(xié)議。為了滿足市場需求，CREE投資10億美金用來擴大SiC的產(chǎn)能，包括一座8寸晶圓廠。整個碳化硅產(chǎn)業(yè)格局來看，以美、歐、日為主，除了CREE之外，還有II-VI、DowCorning、Rohm等玩家。
從碳化硅晶片成本來看，尺寸越大，生產(chǎn)效率越高，成本就越低，但同時品質(zhì)控制難度越高。目前全球碳化硅市場為國外企業(yè)所壟斷。國內(nèi)廠商只在襯底、外延和器件方面占據(jù)少量的市場。其中，天科合達是國內(nèi)最早實現(xiàn)碳化硅晶片產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，已經(jīng)成功研制出6英寸碳化硅晶片。
2018年5月，海瞻芯電子科技有限公司生產(chǎn)出第一片國產(chǎn)6英寸碳化硅（SiC）MOSFET晶圓。最近，華潤微宣布其6英寸商用碳化硅（SiC）晶圓生產(chǎn)線正式量產(chǎn)。隨著國內(nèi)越來越多的國內(nèi)廠商投入碳化硅項目，功率半導體產(chǎn)業(yè)將從材料到研發(fā)，從設(shè)計到生產(chǎn)，形成一條完全的本土產(chǎn)業(yè)鏈。
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