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基本半导体:功率半导体的碳化硅时代

2023-11-23 22:26:19 夏菲 阅读:
随着技术的不断进步和成本的降低,碳化硅的应用领域将不断扩大。未来几年,电力电子、新能源、汽车制造等领域对碳化硅的需求将继续保持高速增长。同时,5G通信、物联网、人工智能等新兴领域也将为碳化硅产业带来巨大的发展机遇。

作为第三代半导体材料的代表,碳化硅已被广泛应用于功率器件的制造。随着新能源汽车、工业电源、光伏储能等领域的发展,碳化硅市场正在迅速扩大。nqXednc

11月23日,上海浦东临港,在由临港集团主办、临港科投与AspenCore承办的“2023中国临港国际半导体大会”同期举办的“汽车半导体峰会”上,基本半导体总经理和巍巍以“功率半导体的碳化硅时代”为主题,分享了碳化硅市场概述及碳化硅技术的发展趋势。nqXednc

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碳化硅市场将保持高速增长态势

目前,全球碳化硅产业处于快速发展阶段。据市场研究机构预测,未来几年碳化硅市场将保持高速增长态势。根据公开信息统计,2022年全球碳化硅市场份额约为18亿美元,该数据包括多家上市公司,如意法半导体、英飞凌、Wolfspeed和安森美罗姆等。nqXednc

根据机构统计,2022年意法碳化硅功率器件的市占率约为37%-40%,英飞凌和Wolfspeed市占率分别为19%和20%左右,安森美紧随随后,份额为14%。最后,根据数据来源的不同,罗姆市占率在7%-11%之间。nqXednc

这些公司在2023年的财务指引显示,其营收可能达到约34亿美元,增长速度接近100%。nqXednc

据预测,到2028年,该市场规模将增长到约89亿美元,其中电动汽车市场的占比将继续扩大。到2030年,碳化硅器件市占率预期总和已超过100%。nqXednc

随着技术的不断进步和成本的降低,碳化硅的应用领域将不断扩大。未来几年,电力电子、新能源、汽车制造等领域对碳化硅的需求将继续保持高速增长。同时,5G通信、物联网、人工智能等新兴领域也将为碳化硅产业带来巨大的发展机遇。nqXednc

和巍巍表示:“几乎所有的大型半导体厂商都在积极投入资金,扩大生产规模,从几亿美元到几十亿美元不等。这充分显示了行业对碳化硅未来发展的乐观态度。”nqXednc

除了在电动汽车领域的应用外,碳化硅在工业电源、光伏储能和轨道交通等领域也有广泛应用。例如,工业电源、服务器电源和5G基站电源等都大量使用碳化硅二极管。nqXednc

在光伏领域,碳化硅主要用于光伏逆变器中的Boost升压和DC-AC逆变。此外,碳化硅二极管或碳化硅MOSFET在新能源车型中也得到了广泛应用。据统计,截至今年10月,国内销售的新能源汽车已超过700万辆,预计到年底将达到900万辆,渗透率达到33%。nqXednc

随着新能源汽车的快速发展,电驱系统也出现了一些新的应用趋势,三合一电驱成为主流,同时800V系统也在快速发展中。nqXednc

碳化硅技术的发展趋势及挑战

碳化硅产业链涵盖多个环节,从碳化硅高纯粉末到碳化硅器件,碳化硅要经过切、磨、抛、外延生长、光刻、刻蚀等多道工序,如果是开关器件还要驱动集成到设备里。nqXednc

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碳化硅材料的单晶生长技术主要包括PVT(物理气相输运法),HT-CVD(高温化学气相沉积法),LPG(液相生长法)等。其中,PVT是目前最常用的方法,是非常成熟的SiC材料单晶生长技术。和巍巍认为,按生长技术的成熟度来排序,依次是PVT>HT-CVD>液相生长。nqXednc

外延设备主要技术路线有三种,分别是水平反应室、行星式反应室、顶喷垂直气流反应室。由于行星式生产效率更高,因此和巍巍推测该技术目前应用最多。nqXednc

在碳化硅功率器件技术方面,虽然沟槽型一度被认为是最优选择,但平面型碳化硅MOSFET已经展现出极具竞争力的性能,特别是在高温下提导通阻提升比例比沟槽要小,这就会让平面型在高温下优势更加明显。和巍巍认为,在未来很长一段时间还是平面型和沟槽型共存的状态。nqXednc

碳化硅器件的高功率密度,高结温特性,高频特性要求现有封装技术带来更多的创新。和巍巍指出,在碳化硅模块里,大概60%-70%都是芯片成本,所以封装用更好的封装材料、封装技术把60%的芯片潜力充分发挥。nqXednc

目前碳化硅技术的挑战之一是改善和提高8寸大尺寸SiC晶片产量,因EV市场快速扩张引起的n-4H-SiC晶片需求的增大,使得SiC制造需要改善和提高晶片产量方法,一些方法可使晶体引入应力,并在下游制造中显现出来(如外延后)。此外,还需聚焦晶体缺陷(TSD、BPD)降低与可视化检测,以及降低4H-SiC晶片成本。nqXednc

此外,MOSFET器件也面临降低成本和增加可靠性的挑战。和巍巍指出,MOSFET器件要实现满足市场需求的量产,需要大量资本投资,如与衬底厂商垂直整合,向200mm晶圆过渡,支撑指数式市场增长。nqXednc

关于降低成本方面,特斯拉今年提出要减少75%的碳化硅用料,基本半导体对此进行了深入的分析,并认为特斯拉可能会采取硅和碳化硅并联的方案。通过在IGBT基础上增加一小部分碳化硅,虽然成本增加了百分之五六十,但效率损耗却减少了更多。另外一种方案是在全碳化硅MOSFET上替换为硅的IGBT,这样成本会降低,损耗会相应增加。但是,由于加入了IGBT,器件的抗短路能力会得到提高,从而提高了可靠性。nqXednc

和巍巍:“确定硅和碳化硅的配比是一个关键的难点,因为它们具有不同的特性和保护方式。为了解决这个问题,我们需要专业的驱动芯片来完成配比和保护,否则电路板上放置12个驱动芯片将会非常困难。”nqXednc

总之,特斯拉提出的减少碳化硅用料的方案需要进一步的技术研发和定制驱动芯片的支持来实现。这将有助于提高电动汽车的性能和可靠性,并降低成本。nqXednc

基本半导体第二代MOSFET产品的性能参数已媲美国际知名品牌

基本半导体是一家总部位于深圳的半导体公司,成立于2016年,拥有四百多名员工,其中超过一半是研发人员,产品线包括四个大类碳化硅器件(二极管、MOSFET)、车规级碳化硅功率模块、功率器件驱动芯片及模块,以及简单的功率半导体测试设备。nqXednc

据介绍,其第二代MOSFET产品的性能参数已经达到了国际知名品牌的同等水平。这些产品在光伏储能充电桩等领域尚未大规模应用,但已经在电动汽车中得到了广泛的应用。nqXednc

基本半导体的模块产品平台包括管脚式PHD封装和塑封DCM封装,以及正在开发中的双面散热封装和ED3。所有产品的开发流程都遵循严格的国际先进开发流程。此外,该公司在深圳有一条6寸碳化硅产线,并在无锡有一条碳化硅封装线,其中采用了许多新的技术,例如银烧结。nqXednc

此外,基本半导体进行了大量的测试工作,包括产线上的追溯和集成。例如,在Pcore6产品中,公司采用了低杂感AMB、超声焊、碳化硅芯片双面烧结等技术。公司的产业布局主要涉及两个工厂,分别位于深圳光明区和无锡新吴区。nqXednc

在汽车领域,公司已经获得了近30个车型的定点,并且已经与广汽埃安展开了深入的合作。此外,上海和宁波的两家客户也即将进入量产阶段。nqXednc

基本半导体是一家以高品质碳化硅功率器件为核心业务的半导体公司,致力于为工业和汽车等领域提供先进的解决方案。nqXednc

责编:Demi
夏菲
电子技术设计(EDN China)助理产业分析师
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