國(guó)產(chǎn)碳化硅最新進(jìn)展，功率IDM龍頭低調(diào)入場(chǎng)！

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃晶晶）碳化硅SiC是寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，具有高禁帶寬度、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)和高熱導(dǎo)率等優(yōu)良特性，成為制作高溫、高頻和大功率電力電子器件的理想半導(dǎo)體材料。

國(guó)外碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展起步早，從襯底到外延片再到芯片的工藝產(chǎn)品相對(duì)成熟，不過(guò)近年來(lái)國(guó)產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈也取得不小的進(jìn)步。

據(jù)了解，今年以來(lái)，華潤(rùn)微電子已經(jīng)切入到碳化硅領(lǐng)域，無(wú)論從產(chǎn)品線還是技術(shù)研發(fā)等布局來(lái)看，這家國(guó)內(nèi)功率IDM龍頭的入局將推動(dòng)國(guó)產(chǎn)碳化硅進(jìn)入新的階段。

碳化硅市場(chǎng)格局

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈分為SiC襯底、EPI外延片、器件、模組等環(huán)節(jié)，目前全球碳化硅市場(chǎng)基本被國(guó)外壟斷，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，Cree、英飛凌、羅姆約占據(jù)了90％的SiC市場(chǎng)份額，Cree是SiC襯底主要供應(yīng)商，羅姆、意法半導(dǎo)體等擁有自己的SiC生產(chǎn)線等。

襯底方面，國(guó)際主流產(chǎn)品從4英寸向6英寸過(guò)渡，Cree已經(jīng)開(kāi)發(fā)出8英寸襯底。國(guó)內(nèi)襯底主要供應(yīng)商有天科合達(dá)、山東天岳、同光晶體等能夠供應(yīng)3 英寸-6 英寸的單晶襯底。國(guó)內(nèi)SiC襯底以4英寸為主，6英寸襯底還有待突破。

2019年8月，華為通過(guò)旗下的哈勃科技投資有限公司投資了山東天岳公司，占股10%，顯示華為正在布局新一代半導(dǎo)體材料技術(shù)。

外延片方面，國(guó)內(nèi)廈門(mén)瀚天天成、東莞天域、世紀(jì)金光已能提供4英寸/6英寸SiC外延片。目前，6英寸碳化硅外延片可以實(shí)現(xiàn)本土供應(yīng)。

SiC器件方面，國(guó)際上600~1700V SiC SBD、MOSFET 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，主流產(chǎn)品耐壓水平在1200V 以下，封裝形式以TO 封裝為主。價(jià)格方面，國(guó)際上的SiC 產(chǎn)品價(jià)格是對(duì)應(yīng)Si 產(chǎn)品的5~6 倍，正以每年10%的速度下降。據(jù)預(yù)測(cè)，隨著上游材料器件紛紛擴(kuò)產(chǎn)上線，未來(lái)2~3年后市場(chǎng)供應(yīng)加大，價(jià)格將進(jìn)一步下降，預(yù)計(jì)價(jià)格達(dá)到對(duì)應(yīng)Si 產(chǎn)品2~3 倍時(shí)，由系統(tǒng)成本減少和性能提升帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)將推動(dòng)SiC 逐步占領(lǐng)Si 器件的市場(chǎng)空間。

國(guó)內(nèi)碳化硅器件供應(yīng)商主要有中車(chē)時(shí)代電氣、中電55所、中電13所、基本半導(dǎo)體、泰科天潤(rùn)、瑞能半導(dǎo)體等，以及國(guó)內(nèi)功率IDM龍頭華潤(rùn)微電子也進(jìn)入到這一領(lǐng)域。

國(guó)產(chǎn)碳化硅二極管

從產(chǎn)品分類(lèi)來(lái)看，國(guó)內(nèi)廠商已有不少推出碳化硅二極管。例如泰科天潤(rùn)是國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體材料碳化硅器件制造與應(yīng)用解決方案提供商，已經(jīng)量產(chǎn)SiC SBD，產(chǎn)品涵蓋600V/5A～50A、1200V/5A～50A 和1700V/10A 系列。

瑞能半導(dǎo)體的碳化硅二極管，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)、服務(wù)器、空調(diào)等。此外，還推出了面向汽車(chē)級(jí)的碳化硅二極管產(chǎn)品。

中電科55所是國(guó)內(nèi)少數(shù)從4-6寸碳化硅外延生長(zhǎng)、芯片設(shè)計(jì)與制造、模塊封裝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)單位，其6 英寸碳化硅中試線已投入運(yùn)行，旗下的控股子公司揚(yáng)州國(guó)揚(yáng)電子現(xiàn)有一條于2017 年投產(chǎn)、產(chǎn)能50 萬(wàn)只/年的功率模塊工藝線。

近來(lái)，華潤(rùn)微電子表示其碳化硅二極管將在今年開(kāi)始實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售，并逐步走向產(chǎn)業(yè)化，目標(biāo)是在細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)的占有率取得突破。

作為國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體IDM龍頭企業(yè)，華潤(rùn)微電子是中國(guó)領(lǐng)先的擁有芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試等全產(chǎn)業(yè)鏈一體化經(jīng)營(yíng)能力的半導(dǎo)體企業(yè)。它是目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品線最為全面的功率器件廠商，主要應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)控制、新能源、汽車(chē)電子等領(lǐng)域。根據(jù) IHS Markit 的統(tǒng)計(jì)，以銷(xiāo)售額計(jì)，在中國(guó)MOSFET市場(chǎng)中排名第三，僅次于英飛凌與安森美兩家國(guó)際企業(yè)，華潤(rùn)微電子是中國(guó)最大的MOSFET 廠商。

圖：華潤(rùn)微電子擁有芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試等全產(chǎn)業(yè)鏈一體化經(jīng)營(yíng)能力

從晶圓制造產(chǎn)線來(lái)看，目前華潤(rùn)微電子在無(wú)錫擁有3條6英寸線，1條8英寸線，2018年年產(chǎn)能分別約247萬(wàn)片和73萬(wàn)片。在重慶擁有1條8英寸線，2018年年產(chǎn)能約60萬(wàn)片。

圖：華潤(rùn)微電子制造與服務(wù)資源

正是擁有的功率半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈，為華潤(rùn)微電子切入碳化硅領(lǐng)域提供了夯實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)悉，華潤(rùn)微電子于2018年12月開(kāi)始籌劃建設(shè)6英寸生產(chǎn)線，2019年9月SiC晶圓生產(chǎn)線正式落成。

由于現(xiàn)有的6英寸硅晶圓產(chǎn)線可以升級(jí)改造用于生產(chǎn)SiC器件，華潤(rùn)微充分利用Si功率器件生產(chǎn)線豐富的經(jīng)驗(yàn)，以較少的投資完成了SiC生產(chǎn)線建設(shè)，充分利用了Si功率器件生產(chǎn)線豐富的經(jīng)驗(yàn)。

在碳化硅技術(shù)研發(fā)方面，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的功率半導(dǎo)體研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合浙江大學(xué)碳化硅研發(fā)成果，成功實(shí)現(xiàn)了科技成果的商業(yè)轉(zhuǎn)化。

經(jīng)過(guò)四年多時(shí)間，華潤(rùn)微多項(xiàng)專(zhuān)利在申請(qǐng)中，掌握了包括6英寸生產(chǎn)、封裝等環(huán)節(jié)核心技術(shù)，全產(chǎn)鏈自主可控，基于碳化硅產(chǎn)品的技術(shù)和產(chǎn)線已經(jīng)搭建完成?？梢灶A(yù)見(jiàn)，如今華潤(rùn)微電子的碳化硅二極管即將面市，將為國(guó)產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入堅(jiān)實(shí)的力量。

國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET

碳化硅二極管技術(shù)相對(duì)不是特別復(fù)雜，因此目前國(guó)產(chǎn)碳化硅二極管產(chǎn)品較多。而碳化硅MOSFET的技術(shù)更難，國(guó)內(nèi)廠商要追上國(guó)際需要更深的技術(shù)積累。

碳化硅MOSFET不僅適合于從600V到10kV的廣泛電壓范圍,同時(shí)具備單極型器件的卓越開(kāi)關(guān)性能。國(guó)際上600-1700V碳化硅SBD，MOSFET都已量產(chǎn)，Cree已開(kāi)始布局8英寸產(chǎn)線。國(guó)內(nèi)企業(yè)碳化硅MOSFET還有待突破，產(chǎn)線在向6英寸過(guò)渡。據(jù)了解，目前能夠提供碳化硅MOSFET的國(guó)內(nèi)企業(yè)為數(shù)不多。

華潤(rùn)微電子表示，隨著公司碳化硅二極管走向產(chǎn)業(yè)化，碳化硅MOSFET也是公司的研發(fā)重點(diǎn)，碳化硅MOSFET 研發(fā)取得突破性進(jìn)展。碳化硅MOSFET聚焦新能源汽車(chē)、充電樁等應(yīng)用需求。據(jù)供應(yīng)鏈消息，華潤(rùn)微已有碳化硅MOSFET工藝和樣品流出。華潤(rùn)微電子進(jìn)軍碳化硅MOSFET的動(dòng)作，或?qū)⒊蔀榻衲暌詠?lái)國(guó)產(chǎn)碳化硅市場(chǎng)最關(guān)鍵的進(jìn)展之一。

更早前，深圳基本半導(dǎo)體采用其獨(dú)創(chuàng)的3D SiC 技術(shù)，推出1200V SiC MOSFET，達(dá)到可量產(chǎn)狀態(tài)。上海瞻芯電子于2018 年5月成功地在一條成熟量產(chǎn)的6英寸工藝生產(chǎn)線上完成SiC MOSFET 的制造流程。

中車(chē)時(shí)代于2018年1月6英寸SiC生產(chǎn)線首批芯片試制成功，國(guó)家電網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院，聯(lián)合天科合達(dá)等覆蓋從材料到外延到芯片全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化，擁有4英寸和6英寸生產(chǎn)線。

三安光電旗下的三安集成于2018 年12月公布商業(yè)版本的6英寸碳SiC 晶圓制造流程，并將其加入到代工組合當(dāng)中。根據(jù)公司新聞稿，目前三安集成SiC 工藝技術(shù)可以為650V、1200V 和更高額定電壓的肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）提供器件結(jié)構(gòu)，公司預(yù)計(jì)在不久后會(huì)推出針對(duì)900V、1200V和更高額定電壓的SiC MOSFET 產(chǎn)品。

總體上，國(guó)內(nèi)廠商在碳化硅MOSFET研發(fā)與產(chǎn)品化方面，需要更多的投入與發(fā)力，才能在高端領(lǐng)域拉近與國(guó)際廠商距離。

碳化硅市場(chǎng)前景與“新基建”的機(jī)會(huì)

SiC可以制造高耐壓、大功率電力電子器件如MOSFET、IGBT、SBD等，用于智能電網(wǎng)、新能源汽車(chē)等行業(yè)。

據(jù)IMSResearch報(bào)告顯示，碳化硅功率器件2017年市場(chǎng)份額在3億美元左右，主要集中在光伏逆變器與電源領(lǐng)域。雖只占到功率器件市場(chǎng)的1.5%的規(guī)模，但近幾年的年復(fù)合增長(zhǎng)率保持在30%以上。同時(shí)，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也主要是以二極管為主，占到80%以上的份額，而未來(lái)隨著電動(dòng)汽車(chē)作為主驅(qū)動(dòng)力以及MOSFET器件的上量，有望在未來(lái)8年超20億美元。

Yole數(shù)據(jù)顯示，2017-2023年SiC功率元器件市場(chǎng)規(guī)模的復(fù)合年增長(zhǎng)率為31%，預(yù)計(jì)到2023年超過(guò)15億美元，應(yīng)用領(lǐng)域包含馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、充電基礎(chǔ)設(shè)施、電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能光伏、地鐵等。

2020年3月以來(lái)，以加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、新能源等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為主的“新基建”正在成為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)新動(dòng)能，半導(dǎo)體芯片將為“新基建”提供核心動(dòng)力。碳化硅將覆蓋5G通信電源、新能源汽車(chē)充電樁、服務(wù)器電源、特高壓應(yīng)用柔性輸電技術(shù)，以及城際高鐵電力電子變壓器等多項(xiàng)應(yīng)用。

深耕中國(guó)市場(chǎng)是華潤(rùn)微電子多年來(lái)始終堅(jiān)持的方向，公司生產(chǎn)工藝針對(duì)中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)布局，在電源管理、智慧照明、射頻應(yīng)用、汽車(chē)電子、智能消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域可為客戶(hù)供多樣化的工藝平臺(tái)解決方案。隨著“新基建”這針經(jīng)濟(jì)強(qiáng)心劑的全面啟動(dòng)，將為碳化硅功率半導(dǎo)體帶來(lái)巨大的政策紅利，也給國(guó)內(nèi)碳化硅廠商提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

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