功率半導體器件新武器 | 意法、英飛凌為何發力SiC功率元器件？

隨著新能源、電動汽車、軌道交通、智能電網等行業的快速發展，提高了電力電子技術對高溫、高壓、高頻、高功率等方面的要求，催生了以碳化矽、氮化鎵為代表的第三代半導體材料的興起。

全球功率半導體逐漸繁榮 新能源汽車將為主要驅動力

SiC功率器件具備耐高壓、耐高頻、耐熱、低開關損耗的優勢，並且其產業化程度優於其他第三代半導體材料，因此在相關領域將會加速落地應用，尤其在電動汽車大功率半導體零部件領域。

電動汽車的電動模塊中電動機是有源負載，其轉速範圍很寬，且在行駛過程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調速系統複雜，採用碳化矽功率器件可有效提高其驅動系統性能，在擊穿電壓、開啟電阻、熱導率和工作溫度方面也可以獲得提升，最終大幅提升電動汽車輕量化水平。

目前一些汽車廠商對新一代碳化矽功率器件寄予了厚望，希望通過應用碳化矽功率器件大幅實現電動汽車逆變器和DC-DC轉換器等驅動系統的小型輕量化。

2018年全球SiC功率半導體規模約為4.2億美元，在電動汽車領域的功率器件規模約1.1億美元，據悉，2024年全球SiC功率半導體市場規模將增加到19.3億美元，年複合增長率將達到29%，在新能源汽車領域功率器件規模將增到9.5億美元，CAGR達到43%。

SiC相比其他第三代半導體材料，產業化已經形成，降低成本，提升毛利率的技術將成為企業發展的重要支撐，隨著6英寸SiC襯底的產業化落地，大尺寸SiC將成為襯底材料技術發展的主要方向。

Cree、道康寧、羅姆等企業已經完成4-6英寸SiC單晶襯底（包括半絕緣型），國內已經具備了成熟的4英寸零微管碳化矽單晶產品，並已經研發出了6英寸單晶樣品。

大尺寸化趨勢已經形成，據悉，在2030年以後4英寸SiC單晶襯底將退出市場，取而代之的是大規模的6英寸SiC單晶襯底。

SiC助益電動汽車發展，英飛凌與意法半導體加速布局

為了讓新能源車有更長的電池續航力，增加電池模塊以提高電壓和空間需求，SiC功率元件除了在大功率高電壓範圍性能優秀，也有體積較小優點，適合電動汽車彈性應用。

日本大廠如三菱、富士電機、羅姆、瑞薩電子；車用廠商電裝與豐田等皆在SiC功率元件發展許久，加上德州儀器、恩智浦及博世等IDM大廠及中國廠商皆有布局策略，市場競爭激烈。

位居車用功率半導體領先集團的英飛凌與意法半導體，在2018年財報皆指出其車用功率半導體營收的成長性，以及日後SiC技術的重要性。

英飛凌在SiC功率元件方面具有磊晶IDM廠優勢，財報中也提及SiC功率元件在快速充電樁與高電壓逆變器的相關應用，雖然架設成本較高，卻能加速提升新能源車的滲透率發展。

STM也在2019年2月宣布收購SiC晶圓製造商Norstel AB的多數股權，積極布局SiC功率元件發展，預期在需求提升帶動下，英飛凌與意法半導體可能繼續在車用功率半導體領域占有多數市場份額。

誰會是SiC市場的最後贏家？

在進入2019年以來，意法半導體在SiC方面的動作頻繁。

意法半導體將SiC劃分為公司戰略的關鍵組成部分以外，還在本年2月，與瑞典碳化矽晶圓製造商Norstel簽署協議，收購其55%的股權。

2017年1月，Norstel由安信資本操作收購，資金來自於福建省政府和國家集成電路產業投資基金共同籌建的500億元人民幣（74億美元）基金項目，三安光電參與管理該基金。

Norstel生產150mmSiC裸晶圓和外延晶圓。

意法半導體表示，交易完成後，它將在全球產能受限的情況下控制部分SiC器件的整個供應鏈。

隨著材料和基於SiC技術的產品 變得更加成熟，意法半導體研製出正在成為汽車電氣化的關鍵推動力的汽車級SiC功率器件。

在意法半導體之前，同為SiC的生產大戶，德國大廠英飛凌也在此有所動作。

英飛凌推出了CoolSiC系列，該系列產品可覆蓋多個應用領域，如光伏、電動汽車充電、電動車輛：提高續駛里程，減少電氣系統尺寸、UPS/SMPS1、牽引及電機驅動等。

2018年11月，英飛凌宣布，已收購一家名為Siltectra的初創企業，將一項創新技術冷切割(Cold Spilt)收入了囊中。

據悉，「冷切割」是一種高效的晶體材料加工工藝，能夠將材料損失降到最低。

英飛凌計劃將這項技術用於碳化矽（SiC）晶圓的切割，並未在未來五年內實現該技術的工業規模使用。

從而讓單片晶圓可出產的晶片數量翻番，進一步加碼碳化矽市場。

據了解，截止至2018年，英飛凌SiC在充電樁市場的市占超過五成。