巨头跑步进场 功率半导体进入SiC时代?

日期:2023-05-27 阅读:650
核心提示:在这条赛道上,企业融资并购、厂商增资扩产、新玩家跑步入场、新项目不断涌现。

 与半导体市场整体“低迷”的现状不同,功率半导体市场异常热闹。

功率半导体正从传统硅基功率器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(金氧半场效晶体管),走向以SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)为代表的时代。

在这条赛道上,企业融资并购、厂商增资扩产、新玩家跑步入场、新项目不断涌现。

多位长期关注功率半导体发展的专业人士对《中国经营报》记者表示,伴随着 5G、物联网、新能源等行业的迅速发展,具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、热导率、电子饱和速率及抗辐射能力的碳化硅、氮化镓等为代表的第三代半导体材料进入快速发展阶段,市场前景广阔。

大厂入局

2018年,特斯拉开始在新能源汽车Model 3的主驱逆变器里,使用基于碳化硅材料的SiC MOSFET,以替代传统的硅基IGBT。此举,正式将SiC从幕后推到台前,也被后入场的新能源汽车厂商效仿。

由于 SiC器件具有耐高温、低损耗、导热性良好、耐腐蚀、强度大、高纯度等优点,并且在禁带宽度、绝缘击穿场强、热导率以及功率密度等参数方面要远远优于传统硅基半导体。

半导体分析师王志伟对记者分析道,利用SiC特性在新能源汽车的使用中可以延长续航里程,降低汽车自重,尤其是缩短充电桩充电时间,除此之外,在服务器电源、工业驱动电机可再生能源等领域的应用在逐步扩大化。

与此同时,王志伟表示,与碳化硅一样,氧化镓同样被业内所看好,但是,氧化镓还有诸多技术瓶颈待突破。比如,由于高熔点、高温分解以及易开裂等特性,大尺寸氧化镓单晶制备较难实现,距离真正规模化、商业化量产还需要一定时间。

根据TrendForce集邦咨询《2023 SiC功率半导体市场分析报告》,随着Infineon、ON Semi等与汽车、能源业者合作项目明朗化, 2023年整体SiC功率元件市场规模有望增长至22.8亿美元,年成长率为41.4%。同时,受惠于电动汽车及可再生能源等下游主要应用市场的强劲需求,2026年SiC功率元件市场规模有望达到53.3亿美元。另Yole数据显示,预计到2023年,全球碳化硅材料渗透率有望达到3.75%。

海内外巨头也纷纷锚定了这一蓝海市场。汽车半导体芯片巨头瑞萨电子在日前宣布,将于2025年开始使用SiC来生产降低损耗的下一代功率半导体产品,计划在目前生产硅基功率半导体的群马县高崎工厂进行量产,但具体投资金额和生产规模尚未确定。

值得注意的是,瑞萨电子此前很少涉及SiC相关业务,不过,作为新玩家,瑞萨社长兼CEO柴田英利表示,“在功率半导体上、我们起步非常慢。客户对瑞萨IGBT的评价非常高、会将这些评价活用至SiC业务上。现在SiC市场仍小,但将来毫无疑问会变得非常大。”

除了新玩家外,传统厂商也在加紧“跑马圈地”。安森美半导体正考虑投资20亿美元提高碳化硅芯片产量。安森美半导体目前在安森美半导体美国、捷克和韩国都设有工厂,其中,韩国工厂已经在生产 SiC 芯片。

安森美半导体高管表示,公司正考虑在美国、捷克或韩国进行扩张,目标是到2027年占据碳化硅汽车芯片市场40%的份额。

而在德国,工业巨头博世近期计划通过收购美国芯片制造商TSI半导体,期望在2030年年底之前扩大自己的SiC产品组合。

不过,成功“带火”碳化硅的特斯拉给这一行业“泼了一盆冷水”,其于近日宣布,特斯拉下一代电动车将大幅削减75%的碳化硅用量。特斯拉表示,其创新技术允许该公司能从客制化电晶体封装,抽出更多热能,因此将减少在电晶体封装使用的碳化硅,也已找到让下一代电动车的动力系统减少使用75%碳化硅,却不会牺牲汽车效能的方式。

对此,王志伟认为,特斯拉下一代电动车削减碳化硅用量的原因可能是为了降低成本,同时也可能是因为该车型的电力控制场景不需要使用SiC功率半导体。

国产替代有望“弯道超车”

从市场占有率来看,碳化硅功率器件全球主要的市场份额主要掌握在以意法半导体、英飞凌、科锐、罗姆半导体等为代表的企业手中,前五名的公司所占份额达91%。

王志伟表示,国内也有不少SiC器件厂商推出了车规级SiC 器件产品,但目前已经在电动汽车上大量出货的国产SiC器件厂商以及产品却还很罕见。

不过,随着近年来我们的国家政策积极支持碳化硅产业发展,根据“十四五规划和2035年远景目标纲要”,我国将加速推动以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体新材料新技术产业化进程,催生一批高速成长的企业。

其中三安光电、华润微、基本半导体、中国电科等在内的本土厂商,正在发力SiC功率半导体。

截至2023年4月底,三安光电已签署的碳化硅器件长期采购协议总金额超70亿元;而天岳先进披露的年报显示,其已于2022年与博世集团签署了长期协议,加入博世集团的碳化硅衬底片供应商行列。

不仅如此,国内厂商也实现了流片。近日,中国电科宣布旗下55所与一汽联合研发的首款750V碳化硅功率芯片完成流片,首款全国产1200V塑封2in1碳化硅功率模块完成A样件试制。而55所此前已在国内率先突破了6英寸碳化硅MOSFET批产技术,碳化硅MOSFET器件在新能源汽车上批量应用,装车量达百万辆,处于国内领先地位。同时,在SiC定制化和研发难度较高的设备端,中国电科48所研制的碳化硅外延炉出货量同比大幅增长。

王志伟认为,随着国内产业链的不断完善和技术的不断提升,国产功率半导体的市场份额有望逐步增加。

王志伟对记者表示虽然与英飞凌、安森美等国外龙头相比,国内功率芯片市场仍处于起步阶段,但是随着政策扶持和市场需求的不断增加,国内企业有望在未来逐步崛起。而且与以SiC为代表的功率半导体制造对下游制造环节设备的要求相对较低,投资额相对较小,还能在一定程度上摆脱对高精度光刻机为代表的加工设备依赖,是我国在半导体领域实现突围的关键赛道,将对未来国际半导体产业格局的重塑产生至关重要的影响。

洛克资本合伙人李音临认为,目前国内的第三代半导体从衬底材料、外延、设计制造等各个环节,均有对标海外巨头的国内企业。而成本的下降,主要依托制造工艺的效率提升,对于最擅长在已经证实可行的领域中降本增效的中国企业来说,该赛道已经进入了最有利于中国企业的阶段。

中信证券发表研报也指出,SiC器件性能优势显著,下游应用环节广阔,在高功率应用上替代硅基产品具有强确定性,预计未来几年行业将保持高增速。在当前时间点,国内龙头企业不断扩张产能,抢占市场份额,有望打破海外垄断,投资价值凸现。

来源:中国经营报

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