日前,，德國大廠英飛凌宣布,，已收購一家名為Siltectra的初創(chuàng)企業(yè),，將一項創(chuàng)新技術(shù)(ColdSpilt)也收入了囊中,?！?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/冷切割" target="_blank">冷切割”是一種高效的晶體材料加工工藝，能夠?qū)⒉牧蠐p失降到最低,。英飛凌將把這項技術(shù)用于碳化硅（SiC）晶圓的切割上,，從而讓單片晶圓可出產(chǎn)的芯片數(shù)量翻番。進一步加碼碳化硅市場,。
在早些時候,，意法半導(dǎo)體CEO在接受半導(dǎo)體行業(yè)觀察等媒體采訪也談到，該公司的碳化硅產(chǎn)品已實現(xiàn)批量出貨,，年出貨金額在今年能突破一億美元,，市場占有率高達90%；X—Fab也聲稱將擴大晶圓的生產(chǎn),；日本羅姆今年四月也宣布,，將在其福岡筑后工廠投建新廠房，擴充碳化硅產(chǎn)能,。
多方面的消息證明,，碳化硅大戰(zhàn)一觸即發(fā)。
SiC功率器件需求大增
據(jù)Semiconductor Engineering報道,，SiC是一種基于硅和碳的復(fù)合半導(dǎo)體材料,。在生產(chǎn)流程中，專門的SiC襯底被開發(fā)出來,，然后在晶圓廠中進行加工,，得到基于SiC的功率半導(dǎo)體。許多基于SiC的功率半導(dǎo)體和競爭技術(shù)都是專用晶體管,，它們可以在高電壓下開關(guān)器件的電流,。它們用于電力電子領(lǐng)域，可以實現(xiàn)系統(tǒng)中電力的轉(zhuǎn)換和控制,。
得益于其垂直架構(gòu),，因此相較于氮化鎵和硅，碳化硅可以承受更高的電壓,，能適用于1000V以上的應(yīng)用市場,。以硅而言，目前硅基MOSFET多應(yīng)用在1000V以下,，約600~900V之間,，若是超過1000V，其芯片體積(Chip Size)會變得很大,，以及切換損耗,、寄生電容都會跟著提升，另外價格也會大漲,，因此較不適用于1000V以上的應(yīng)用,。而SiC因其寬帶隙技術(shù)脫穎而出,。而與傳統(tǒng)硅基器件相比，SiC的擊穿場強更是傳統(tǒng)硅基器件的10倍,，導(dǎo)熱系數(shù)是傳統(tǒng)硅基器件的3倍,，具有極其強大的優(yōu)勢。
SiC和GaN設(shè)計方式不同,，耐壓程度也因而有所差異,。
羅姆在接受半導(dǎo)體行業(yè)觀察采訪時也表示，在功率元器件領(lǐng)域中,，SiC作為新一代材料備受矚目,，與傳統(tǒng)使用的Si相比，SiC元器件實現(xiàn)低導(dǎo)通電阻,、高速開關(guān),、高溫工作。且使用SiC元器件能讓設(shè)備變得更小,、功耗更低,。因具備高耐壓、高耐熱性,，使得之前不能使用的小空間和嚴酷環(huán)境下的安裝成為可能,。以汽車為例，應(yīng)用于混合動力汽車,、電動汽車,，可大幅度降低油耗，擴大室內(nèi)空間,。用于太陽能發(fā)電時,，功率損耗率能減少50%，有望為地球環(huán)境問題的緩解做出巨大貢獻,。這就使得這個新型材料器件非常適合于在電源、汽車,、鐵路,、工業(yè)設(shè)備、家用消費電子設(shè)備等各個領(lǐng)域,。尤其是今年來隨著電動車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求,，市場對SiC的需求大增。
據(jù)麥姆斯咨詢報道,，2018年全球?qū)谐^20家的汽車業(yè)者,，在OBC中使用SiC肖特基二極體(Schottky Diodes)或SiC MOSFET；未來SiC功率半導(dǎo)體在OBC市場中有望以CAGR 44%的速度成長至2023年,。麥姆斯繼續(xù)指出,，未來將有愈來愈多的汽車制造商會在主逆變器中采用SiC功率半導(dǎo)體,，特別是中國車商，近幾年更是紛紛考慮使用SiC功率元件,，因此,，2017~2023年，SiC功率元件在主逆變器市場的CAGR,，更可能高達108%,。這就推動市場的爆發(fā)性進展。
從他們提供的數(shù)據(jù)我們可以看到,，全球SiC功率半導(dǎo)體市場將從2017年的3.02億美元,，快速成長至2023年的13.99億美元，年復(fù)合成長率達29%,。
上游供應(yīng)商加緊布局
面對這樣一個成長態(tài)勢,，SiC的上游供應(yīng)鏈廠商正在積極布局。
首先在晶圓方面,，目前全球僅約有三,、四家業(yè)者（Cree、Norstel,、新日鐵住金等）能提供穩(wěn)定的產(chǎn)量,，但似乎這個領(lǐng)域正在面臨不同的變化。
首先在全球SiC晶圓領(lǐng)頭羊Cree方面,，他們加快向汽車領(lǐng)域進軍,。
今年八月，該公司旗下的Wolfspeed宣布,，推出用于電動汽車（EV）和可再生能源市場的新型穩(wěn)健SiC半導(dǎo)體器件系列E-Series ,。據(jù)官方介紹，Wolfspeed的E系列是第一個符合汽車AEC-Q101標準并具有PPAP功能的SiC MOSFET和二極管商用系列,。該產(chǎn)品使其成為唯一一款符合高濕度和汽車資質(zhì)的商用SiC MOSFET和二極管系列產(chǎn)品,，可為當今電力市場提供最可靠，最耐腐蝕的元件,。
而日企昭和電工則在最近一年多里發(fā)布了多次SiC擴產(chǎn)聲明,。
昭和電工表示，該公司之前分別于2017年9月,、2018年1月宣布增產(chǎn)SiC晶圓,，不過因SiC制電源控制晶片市場急速成長、為了因應(yīng)來自顧客端旺盛的需求,，因此決定對SiC晶圓進行第3度的增產(chǎn)投資,。昭和電工SiC晶圓月產(chǎn)能甫于今年(2018年)4月從3,000片提高至5,000片(第1次增產(chǎn))，且將在今年9月進一步提高至7,000片(第2次增產(chǎn)),，而進行第3度增產(chǎn)投資后,，將在2019年2月擴增至9,000片的水準,、達現(xiàn)行(5,000片)的1.8倍。
在代工廠方面,，X-Fab在今年九月宣布,，計劃將其位于德克薩斯州6英寸SiC工藝工廠產(chǎn)能翻番，以滿足客戶對高效功率半導(dǎo)體器件日益增長的需求,。為了使容量翻倍,，X-Fab 德州工廠購買了第二臺加熱離子注入機，用于制造6英寸SiC晶圓,。預(yù)計到在2019年第一季度及時生產(chǎn),，以滿足預(yù)計的近期需求。
X-Fab德州工廠的Lloyd Whetzel說：“隨著SiC的日益普及,，我們早就明白,，提高離子注入能力是我們在SiC市場上的持續(xù)制造成功的關(guān)鍵。但這只是我們針對特定SiC制造工藝改進的總體資本計劃的第一步,。這體現(xiàn)了X-Fab對SiC行業(yè)的承諾,，并保持我們在SiC鑄造業(yè)務(wù)中的領(lǐng)導(dǎo)地位?！?/p>
來自我國臺灣地區(qū)的晶圓代工廠漢磊在今年八月也宣布,，決定擴大碳化硅（SiC）產(chǎn)能，董事會決議斥資3.4億元新建置6吋SiC生產(chǎn)線,，為臺灣地區(qū)第一家率先擴增SiC產(chǎn)能的代工廠,，預(yù)計明年下半年可以展開試產(chǎn)。據(jù)了解,，漢磊目前已建立4吋SiC制程月產(chǎn)能約1500片,，預(yù)計將現(xiàn)有6吋晶圓廠部分生產(chǎn)線改為SiC制程生產(chǎn)線，先把制程建立起來,，以滿足車載,、工控產(chǎn)品等客戶強勁需求，因6吋的SiC售價達4000美元（約12萬臺幣）,，估計每月只要產(chǎn)出2000到3000片,，帶動營收就可望增加2、3億元以上,。
國產(chǎn)方面，也有玩家躍躍欲試,。
根據(jù)公開資料顯示,，今年五月，上海瞻芯電子聲稱,，他們制造的第一片國產(chǎn)6英寸碳化硅（SiC）MOSFET晶圓正式面世,。據(jù)介紹,，該公司2017年7月17日在上海臨港科技城正式注冊成立；于2017年10月上旬完成工藝流程,、器件和版圖設(shè)計,，在10月到12月間完成初步工藝試驗；并且從2017年12月開始正式流片,，在短短不到5個月內(nèi)克服種種困難,，成功地在一條成熟量產(chǎn)的6英寸工藝生產(chǎn)線上完成碳化硅（SiC） MOSFET的制造流程。晶圓級測試結(jié)果表明,，各項電學(xué)參數(shù)達到預(yù)期,，為進一步完成工藝和器件設(shè)計的優(yōu)化奠定了堅實基礎(chǔ)。
而成立于2006年的北京天科合達更自稱是亞太區(qū)碳化硅晶片生產(chǎn)制造先行者,。
按照他們官方網(wǎng)站的介紹,，北京天科合達在國內(nèi)首次實現(xiàn)碳化硅晶體的產(chǎn)業(yè)化，打破了國外長期的技術(shù)封鎖和壟斷,，向國內(nèi)60余家科研機構(gòu)批量供應(yīng)晶片（包括半絕緣,、導(dǎo)電、沿c軸和偏角度等）,，推動了碳化硅外延,、器件等相關(guān)的基礎(chǔ)研究，帶動南車集團等20多家（包含新成立的5家）企業(yè)進入下游外延,、器件和模塊產(chǎn)業(yè),，在國內(nèi)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，推動了我國寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,。
瀚天天成則是國內(nèi)另一家專注于碳化硅外延晶片的中美合資高新技術(shù)企業(yè),。據(jù)Digtimes的報道，依賴于由大陸,、美,、日共同組成的頂尖研發(fā)技術(shù)團隊。公司從2011年成立以來,，已經(jīng)形成三英寸四英寸以及六英寸的完整碳化硅半導(dǎo)體外延晶片生產(chǎn)線,，并滿足600V、1200V,、1700V器件制作的需求,。公司更是國內(nèi)第一家提供商業(yè)化6英寸碳化硅外延片的供應(yīng)商。公司更是預(yù)計在今年年底完成二期廠房的土地建設(shè),，在明年上半年逐步釋放新產(chǎn)能,。二期擴建預(yù)期實現(xiàn)十倍產(chǎn)能的增長，達產(chǎn)年可實現(xiàn)每年30萬片的產(chǎn)能目標,。
這些國內(nèi)外的上游廠商正在推動SiC產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展,。
下游芯片廠的爭相競逐
為了更好地把握即將爆發(fā)的機會,，下游的芯片廠也加碼卡位。
以英飛凌為例,，在今年二月,，英飛凌科技股份公司與科銳公司簽署一份碳化硅（SiC）晶圓長期供貨戰(zhàn)略協(xié)議。按照英飛凌首席執(zhí)行官Reinhard Ploss指出：“我們對科銳公司的了解由來已久,，它是一家強大可靠的合作伙伴,，在業(yè)界享有良好聲譽。憑借這份碳化硅晶圓長期供貨協(xié)議,，我們能夠增強自身在汽車和工業(yè)功率控制等戰(zhàn)略增長領(lǐng)域的優(yōu)勢,，從而為客戶創(chuàng)造更大價值?！边@是保證英飛凌在SiC批量出貨前的有力支持,。
至于日前收購的Siltectra，則是英飛凌為提供SiC芯片產(chǎn)量而做的一個決定,。據(jù)介紹,，該公司開發(fā)的Cold Split可有效處理晶體材料，并可大幅減少材料損耗,。英飛凌將采用此Cold Split技術(shù)分割碳化硅(SiC)晶圓,，使晶圓產(chǎn)出雙倍的芯片數(shù)量。英飛凌執(zhí)行長Reinhard Ploss也表示：“此次收購將協(xié)助我們利用新材料碳化矽擴展優(yōu)異的產(chǎn)品組合,。我們對系統(tǒng)的了解以及在薄晶圓方面的獨特專業(yè)技術(shù)將和Cold Split技術(shù)及Siltectra的創(chuàng)新能力相輔相成,。Cold Split技術(shù)有助于我們以更多的SiC晶圓量產(chǎn)SiC產(chǎn)品，進一步擴展在再生能源,，以及推動SiC在電動車傳動系統(tǒng)的使用率,。”
英飛凌工業(yè)功率控制部門副總裁,、大中華區(qū)副總裁于代輝在之前在接受半導(dǎo)體行業(yè)觀察采訪時也表示,，英飛凌在SiC方面的研究已經(jīng)超過了十五年，近年來更是投入三千五百萬歐元對SiC設(shè)備和相關(guān)工藝的研發(fā),，并和可靠6英寸SiC晶圓供應(yīng)商建立了可靠的合作關(guān)系,，保證了其SiC晶圓的供應(yīng)；再加上他們頂尖的研發(fā)和技術(shù)支持團隊加持,，英飛凌的SiC研發(fā)進展順利,，并推出了CoolSiC系列產(chǎn)品。
來到SiC的另一個重要玩家羅姆方面,，作為功率元器件的新材料,，羅姆很早就關(guān)注到SiC，并與用戶以及大學(xué)等機構(gòu)一起展開合作,，不斷積累技術(shù)經(jīng)驗,。據(jù)他們表示，在2009年將專門做SiC材料的德國SiCrystal公司納入旗下之后,，公司確立了垂直統(tǒng)合生產(chǎn)體制,，也讓公司成為全球唯一一家可以實現(xiàn)一條龍生產(chǎn)的SiC廠商。能從晶圓到封裝的所有工序均開展了品質(zhì)改善活動,。
在2010年4月,，羅姆也率先在日本開始了SiC二極管的量產(chǎn)。同年12月,，確立了世界首個SiC晶體管的量產(chǎn)體制,。2012年3月，在全世界率先開始了全SiC功率模塊的量產(chǎn),。目前,，羅姆已實現(xiàn)第三代SiC MOSFET和SiC SBD產(chǎn)品的量產(chǎn)。近期,，又推出了1700V 250A全SiC功率模塊新產(chǎn)品,。與此同時，羅姆發(fā)揮綜合性半導(dǎo)體廠商的優(yōu)勢,，備有發(fā)揮SiC元器件優(yōu)秀性能的控制IC,、以及支持客戶使用環(huán)境的評估和仿真工具等。因此,，可為客戶提供以先進SiC功率元器件為首的綜合電源解決方案,。本月初在接受日本媒體采訪時，羅姆方面表示,，希望到2025年能夠?qū)⑹袌龇蓊~提高到三成,。
至于意法半導(dǎo)體，因為其SiC產(chǎn)品被全球的電動車明星特斯拉采用,，他們在這個市場的表現(xiàn)也不容忽視,。而在文章的開頭，我們也說到了他們CEO對其現(xiàn)狀的一些介紹,。據(jù)公司官網(wǎng)介紹,，意法半導(dǎo)體從1996年開始從事碳化硅技術(shù)研發(fā)。在半導(dǎo)體市場推出一項新技術(shù),，質(zhì)量高,、壽命長，成本有競爭力是基本要求,。意法半導(dǎo)體戰(zhàn)勝了這種寬帶隙材料的量產(chǎn)挑戰(zhàn),，于2004年開始生產(chǎn)其首款SiC二極管。2009年，意法半導(dǎo)體的第一款 SiC MOSFET投產(chǎn),，此后又增加了1200V的SiC MOSFET和功率肖特基二極管,，以完善原來的650V產(chǎn)品組合。
隨著市場競爭愈演愈烈,，基礎(chǔ)材料的成本不斷降低,，碳化硅的供應(yīng)鏈變得越來越穩(wěn)健。意法半導(dǎo)體一直在努力改善材料和工藝質(zhì)量,。隨著材料和基于SiC技術(shù)的產(chǎn)品 變得更加成熟,，意法半導(dǎo)體研制出正在成為汽車電氣化的關(guān)鍵推動力的汽車級SiC功率器件。
意法半導(dǎo)體的6英寸碳化硅晶圓于2017年投產(chǎn),，生產(chǎn)規(guī)模擴大有助于降低芯片成本,，提高市場供應(yīng)量，滿足日益增多的SiC應(yīng)用的需求（包括更多的太陽能逆變器,、工業(yè)電機驅(qū)動器,、家用電器和電源適配器）。
其他諸如安森美,、東芝,、富士電機、三菱,、,、Littelfuse、通用電氣和GeneSiC等公司也都是SiC市場的重要玩家,，他們都在摩拳擦掌,，虛位以待。
還需跨過這幾道坎
無論從市場反應(yīng),，還是公司的表現(xiàn)來看,，SiC器件似乎真的到了即將爆發(fā)的時候，但是從整體上看,，還需要跨過幾道坎,。首先，按照羅姆的說法,，和Si相比,，SiC的成本較高。如何提高成本競爭力,，是SiC能夠爆發(fā)的一個關(guān)鍵條件,。
從技術(shù)上看，SiC也需要迎來幾方面的挑戰(zhàn),。
瀚天天成電子科技銷售副總裁司馬良亮在接受臺媒CTIMES采訪時談到,，由于碳化硅的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定，造成整體市場無法大規(guī)模普及,。另一個發(fā)展限制,，則是在碳化硅元件的應(yīng)用與設(shè)計上。司馬良亮表示,，由于硅晶圓問世已久,，而且行之有年，有非常完整的工具與技術(shù)支撐,，因此絕大多數(shù)的芯片工程師只熟悉硅元件的芯片開發(fā)，但對于碳化硅元件的性能與用途,，其實不怎么清楚,。
他甚至用“博士”和“小學(xué)生”，來對比目前硅晶與碳化硅之間的知識落差,。也因為有這樣的知識上的落差,，造成碳化硅元件在發(fā)展上更加緩慢。
“工程師對碳化硅元件本身的性能就已經(jīng)不太清楚,，再加上晶圓品質(zhì)的不穩(wěn)定,，導(dǎo)致元件的良率與可靠度不足，讓整個的產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常緩慢”,，司馬良亮說道,。
如果這些問題能終有一日解決，SiC的時代那就真的真正來臨了,。