全球功率半导体逐渐繁荣 新能源汽车将为主要驱动力sic功率器件具备耐高压、耐高频、耐热、低开关损耗的优势,并且其产业化程度优于其他第三代半导体材料,因此在相关领域将会加速落地应用,尤其在电动汽车大功率半导体零部件领域。
电动汽车的电动模块中电动机是有源负载,其转速范围很宽,且在行驶过程中需要频繁地加速和减速,工作条件比一般的调速系统复杂,采用碳化硅功率器件可有效提高其驱动系统性能,在击穿电压、开启电阻、热导率和工作温度方面也可以获得提升,最终大幅提升电动汽车轻量化水平。
目前一些汽车厂商对新一代碳化硅功率器件寄予了厚望,希望通过应用碳化硅功率器件大幅实现电动汽车逆变器和dc-dc转换器等驱动系统的小型轻量化。
2018年全球sic功率半导体规模约为4.2亿美元,在电动汽车领域的功率器件规模约1.1亿美元,据悉,2024年全球sic功率半导体市场规模将增加到19.3亿美元,年复合增长率将达到29%,在新能源汽车领域功率器件规模将增到9.5亿美元,cagr达到43%。
sic相比其他第三代半导体材料,产业化已经形成,降低成本,提升毛利率的技术将成为企业发展的重要支撑,随着6英寸sic衬底的产业化落地,大尺寸sic将成为衬底材料技术发展的主要方向。
cree、道康宁、罗姆等企业已经完成4-6英寸sic单晶衬底(包括半绝缘型),国内已经具备了成熟的4英寸零微管碳化硅单晶产品,并已经研发出了6英寸单晶样品。大尺寸化趋势已经形成,据悉,在2030年以后4英寸sic单晶衬底将退出市场,取而代之的是大规模的6英寸sic单晶衬底。
sic助益电动汽车发展,英飞凌与意法半导体加速布局
为了让新能源车有更长的电池续航力,增加电池模块以提高电压和空间需求,sic功率元件除了在大功率高电压范围性能优秀,也有体积较小优点,适合电动汽车弹性应用。
日本大厂如三菱、富士电机、罗姆、瑞萨电子;车用厂商电装与丰田等皆在sic功率元件发展许久,加上德州仪器、恩智浦及博世等idm大厂及中国厂商皆有布局策略,市场竞争激烈。
位居车用功率半导体领先集团的英飞凌与意法半导体,在2018年财报皆指出其车用功率半导体营收的成长性,以及日后sic技术的重要性。
英飞凌在sic功率元件方面具有磊晶idm厂优势,财报中也提及sic功率元件在快速充电桩与高电压逆变器的相关应用,虽然架设成本较高,却能加速提升新能源车的渗透率发展。
stm也在2019年2月宣布收购sic晶圆制造商norstel ab的多数股权,积极布局sic功率元件发展,预期在需求提升带动下,英飞凌与意法半导体可能继续在车用功率半导体领域占有多数市场份额。
谁会是sic市场的最后赢家
在进入2019年以来,意法半导体在sic方面的动作频繁。意法半导体将sic划分为公司战略的关键组成部分以外,还在本年2月,与瑞典碳化硅晶圆制造商norstel签署协议,收购其55%的股权。
2017年1月,norstel由安信资本操作收购,资金来自于福建省政府和国家集成电路产业投资基金共同筹建的500亿元人民币(74亿美元)基金项目,三安光电参与管理该基金。norstel生产150mmsic裸晶圆和外延晶圆。意法半导体表示,交易完成后,它将在全球产能受限的情况下控制部分sic器件的整个供应链。随着材料和基于sic技术的产品 变得更加成熟,意法半导体研制出正在成为汽车电气化的关键推动力的汽车级sic功率器件。
在意法半导体之前,同为sic的生产大户,德国大厂英飞凌也在此有所动作。英飞凌推出了coolsic系列,该系列产品可覆盖多个应用领域,如光伏、电动汽车充电、电动车辆:提高续驶里程,减少电气系统尺寸、ups/smps1、牵引及电机驱动等。2018年11月,英飞凌宣布,已收购一家名为siltectra的初创企业,将一项创新技术冷切割(cold spilt)收入了囊中。
据悉,“冷切割”是一种高效的晶体材料加工工艺,能够将材料损失降到最低。英飞凌计划将这项技术用于碳化硅(sic)晶圆的切割,并未在未来五年内实现该技术的工业规模使用。从而让单片晶圆可出产的芯片数量翻番,进一步加码碳化硅市场。据了解,截止至2018年,英飞凌sic在充电桩市场的市占超过五成。