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      “新基建”開(kāi)啟碳化硅商用之門(mén)

      2020-05-26 14:15:15張心怡
      中國(guó)電子報(bào) 2020年28期
      關(guān)鍵詞:陳彤新基建碳化硅

      張心怡

      碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表,憑借更高的轉(zhuǎn)換效率、運(yùn)行高壓及開(kāi)關(guān)頻率,頗受功率器件青睞。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole預(yù)測(cè),碳化硅半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將在2024年達(dá)到20億美元。當(dāng)前,我國(guó)正在推進(jìn)5G、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域的“新基建”,為碳化硅提供了廣闊的市場(chǎng)前景。

      “新基建”帶來(lái)新市場(chǎng)

      與硅材料相比,碳化硅能達(dá)到更高的運(yùn)行電壓、更高的功率密度和更大的開(kāi)關(guān)頻率,使器件實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率和更好的散熱性能。賽迪智庫(kù)集成電路研究所副所長(zhǎng)朱邵歆向記者表示,碳化硅材料具有耐高壓、耐高溫、損耗小、開(kāi)關(guān)速度快等特性,制作成的SBD二極管和MOSFET開(kāi)關(guān)管相比硅材料制成的FRD二極管和MOSFET開(kāi)關(guān)管性能更優(yōu),在光伏逆變器、新能源汽車(chē)、充電樁、變頻家電領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用,具有非常強(qiáng)的推廣前景。

      新基建關(guān)注數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施,將有力支持高新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展,為碳化硅帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)機(jī)遇。

      泰科天潤(rùn)董事長(zhǎng)陳彤向記者表示,新基建關(guān)注的信息基礎(chǔ)設(shè)施多為用電大戶,對(duì)用電的需求量和質(zhì)量提出了更高的要求。而用電結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,包括用電分配利用環(huán)節(jié)的高低壓轉(zhuǎn)換、交直流轉(zhuǎn)換、變頻轉(zhuǎn)換等,都依托于功率半導(dǎo)體作為底層技術(shù)。碳化硅作為新一代半導(dǎo)體材料,具備更高的用電轉(zhuǎn)換效率,將更有效率地面對(duì)新基建的用電需求。

      “碳化硅提升了用電轉(zhuǎn)換的效率和質(zhì)量。相比硅,碳化硅在用電效率上能提升兩到三個(gè)百分點(diǎn),可靠性更高,而且器件的體積重量更小,將在用電結(jié)構(gòu)優(yōu)化中起到更大作用。”陳彤說(shuō)。

      具體來(lái)說(shuō),新基建涉及的SG、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車(chē)等產(chǎn)業(yè),都是碳化硅的目標(biāo)市場(chǎng)。

      英飛凌科技電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理陳清源向記者指出,5G小基站對(duì)電源有著工作溫度范圍寬(-45℃~80℃)、高可靠性、高密度需求。相比硅器件,碳化硅器件散熱系數(shù)更高,更適用于5G小基站的部署。

      朱邵歆表示,新基建關(guān)注的特高壓、新能源汽車(chē)充電樁、數(shù)據(jù)中心等都為碳化硅帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇。特別是數(shù)據(jù)中心對(duì)能耗的要求持續(xù)提升,更有可能在電源中規(guī)模使用碳化硅器件。數(shù)據(jù)中心使用的高端電源很可能成為碳化硅的下一個(gè)增量市場(chǎng)。

      瀚天天成總經(jīng)理馮淦向記者表示,碳化硅在大功率電力電子器件具有優(yōu)勢(shì),新基建關(guān)注的大部分項(xiàng)目都與碳化硅的布局方向有關(guān),對(duì)碳化硅產(chǎn)業(yè)是一個(gè)利好。尤其在新能源汽車(chē)以及充電樁領(lǐng)域,碳化硅的增長(zhǎng)速度可觀,碳化硅從業(yè)者非??粗匦履茉雌?chē)對(duì)碳化硅產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)作用。

      辯證看待碳化硅的“貴”

      相比硅,碳化硅在大功率電子電力器件有著更優(yōu)的物理特性。但是,碳化硅晶圓成本較高,性價(jià)比不如硅,這在一定程度上制約了碳化硅的市場(chǎng)發(fā)展。對(duì)此,相關(guān)企業(yè)負(fù)責(zé)人表示,要辯證看待碳化硅的成本和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

      馮淦表示,碳化硅的成本要從三個(gè)層次來(lái)看。在材料層面,碳化硅的晶圓和外延片,確實(shí)比硅要貴,甚至貴出100倍。但是在器件層面,同等規(guī)格的碳化硅器件與硅器件相比,單個(gè)管芯的價(jià)格可能只有三到五倍的差距。這是因?yàn)橐粋€(gè)晶圓上面,碳化硅尺寸上可以做得很小,平均每個(gè)器件的成本就會(huì)降低。

      “隨著良率的提升,一個(gè)晶圓上可以切割出來(lái)的碳化硅器件會(huì)更多。近幾年,碳化硅器件的成本有希望控制到和硅器件有競(jìng)爭(zhēng)力的水平,甚至比硅器件還要便宜?!瘪T淦說(shuō)。同時(shí),在系統(tǒng)層面,也就是逆變器、電源、電動(dòng)汽車(chē)等終端應(yīng)用方面,使用碳化硅器件可以降低電容、電感、冷卻等系統(tǒng)性成本,并實(shí)現(xiàn)更好的性能。

      陳彤表示,碳化硅成本要進(jìn)一步下探,需要足夠大的消費(fèi)市場(chǎng)。硅已經(jīng)有了30年到50年的發(fā)展過(guò)程,而碳化硅在2010年左右才走向民用市場(chǎng),已經(jīng)有了幾十億元的市場(chǎng)規(guī)模,發(fā)展速度不算慢。

      “上游供應(yīng)商擴(kuò)產(chǎn),把成本攤下來(lái),對(duì)于下游的終端應(yīng)用才更有吸引力;同時(shí),下游市場(chǎng)的應(yīng)用規(guī)模足夠大,買(mǎi)單足夠多,上游供應(yīng)商才能擴(kuò)產(chǎn);這是一個(gè)‘雞生蛋、蛋生雞的問(wèn)題,也是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程?!标愅f(shuō)。

      中國(guó)企業(yè)應(yīng)做好細(xì)分市場(chǎng)

      碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游襯底、中游外延、下游器件。目前我國(guó)企業(yè)在碳化硅的上、中、下游都有布局,但市占率與Cree等國(guó)際龍頭企業(yè)還存在差距。

      Cree作為碳化硅的先行者,在襯底、外延、器件都具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。馮淦指出,Cree的優(yōu)勢(shì)源于先發(fā)優(yōu)勢(shì)和持續(xù)的技術(shù)投入。一方面,Cree是最早做碳化硅的企業(yè)之一,聚集、培育了碳化硅產(chǎn)業(yè)的第一批人才;另一方面,作為第一批從事碳化硅產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)的企業(yè),Cree能夠獲得收益,支持對(duì)前沿技術(shù)的持續(xù)性資金投入,形成了技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 碳化硅本身的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn),也增加了后發(fā)企業(yè)挑戰(zhàn)Cree領(lǐng)先地位的難度。馮淦表示,碳化硅面向的終端領(lǐng)域是大功率電力電子器件,注重產(chǎn)品的可靠性和安全性,具有技術(shù)門(mén)檻較高、認(rèn)證周期較長(zhǎng)的特點(diǎn)。這意味著終端企業(yè)更換供貨商要面臨產(chǎn)品的重新認(rèn)證,難度較大。

      但是,碳化硅目前還處在市場(chǎng)部署的早期階段,國(guó)內(nèi)國(guó)際企業(yè)都尚未步人大規(guī)模的量產(chǎn)商用。陳彤表示,對(duì)于后發(fā)的功率半導(dǎo)體企業(yè),要用已經(jīng)成熟的技術(shù)工藝去追趕更有技術(shù)積淀的先發(fā)企業(yè),難度較大。后發(fā)企業(yè)要成長(zhǎng),必須有一個(gè)新舊技術(shù)迭代的窗口期。

      “碳化硅是一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì),給了中國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。在新技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)候,我們的反應(yīng)要快?!标愅f(shuō)。

      我國(guó)企業(yè)該如何抓住碳化硅的發(fā)展機(jī)遇?朱邵歆表示,國(guó)內(nèi)企業(yè)需要錘煉內(nèi)功,以國(guó)內(nèi)客戶的真實(shí)需求為前提,打磨產(chǎn)品和技術(shù),不能僵硬地單一對(duì)標(biāo)國(guó)外的發(fā)展路徑,更不能在沒(méi)有明確客戶的情況下,過(guò)早擴(kuò)充產(chǎn)能。

      “提升客戶需要的性能指標(biāo)比直接擴(kuò)充產(chǎn)線更加重要和緊迫?!敝焐垤дf(shuō)。

      在發(fā)展模式上,馮淦認(rèn)為,國(guó)內(nèi)企業(yè)不要盲目追求Cree涉獵產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)的發(fā)展模式,這種模式不一定適合當(dāng)前碳化硅的發(fā)展階段。襯底企業(yè)應(yīng)專注襯底,外延企業(yè)專注于外延,器件企業(yè)專注于器件,將更有利于形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

      “將產(chǎn)業(yè)鏈做長(zhǎng)的發(fā)展模式只適合市場(chǎng)早期。專注在自己的細(xì)分領(lǐng)域,將規(guī)模做大,成本才會(huì)下降,競(jìng)爭(zhēng)力才會(huì)提升?!瘪T淦說(shuō)。

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