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[導讀]安森美半導體的市場份額增長極快,2019年成為了排名第五的碳化硅供應商,而這家廠商的愿景是在2025年躋身前三甲。

具有優異特性的“第三代半導體材料”碳化硅(SiC)相比傳統硅材料,因具有良好的帶隙、擊穿場強、高熱導率、高電子遷移率、高飽和電子漂移速度而被制為SiC MOSFET和SiC二極體,大面積應用于汽車和工業市場。

圖:Si、GaAS、GaN和SiC半導體材料特性對比

同被稱為第三代半導體材料的氮化鎵(GaN)因其特性,多被用于650V以下的中低壓功率器件及射頻和光電領域,而碳化硅(SiC)則主要用在650V以上的高壓功率器件領域。

利用碳化硅器件可以明顯獲得小型輕量,高能效和驅動力強的系統性能。經過研究和長期的市場認證,利用碳化硅材料的特性優勢,不僅可以縮小模塊的體積的50%以上,減少電子轉換損耗80%以上,還可全面降低綜合成本。

圖:碳化硅功率半導體器件相較于硅基功率器件優勢

(資料來源:賽迪智庫)

據Yole稱,碳化硅功率半導體市場預計將達到15億美元,另據IHS數據,碳化硅市場總量在2025年將有望達到30億美元這一規模。

圖:SiC市場總量走勢
(資料來源:Yole、IHS)

隨著汽車和工業市場的不斷增速,碳化硅市場“瘋狂生長”。據悉,安森美半導體的市場份額增長極快,2019年成為了排名第五的碳化硅供應商,而這家廠商的愿景是在2025年躋身前三甲。

擁有多重優勢的碳化硅產品

安森美半導體(ON Semiconductor)寬禁帶產品線經理Brandon Becker告訴記者,安森美半導體在汽車和工業應用方面取得了許多成就。他強調,安森美半導體在全球電源行業中排名第二,因此與客戶互動,使碳化硅(SiC)產品被廣泛應用于廣泛的領域,包括但不限于電動汽車、逆變器、充電器、可再生能源、渦輪機、鐵路、醫療、建筑、電器、照明等。

圖:安森美半導體寬禁帶產品線經理Brandon Becker

他表示,取得如此優異的成就源于安森美半導體所具有的多重優勢:首先,器件性能和質量均堅固耐用,并符合AECQ101規格;其次,安森美半導體的供應鏈是無與倫比的,從基板到封裝或模塊均為自產;第三,擁有才華橫溢、多元化的開發團隊,推動著SiC性能的極限。

據了解,安森美半導體提供大范圍的SiC MOSFET和SiC二極體,并推出了多代技術的產品。我們的所有器件都符合汽車標準,因此工業市場真正能同時獲得最佳品質的器件。

在二極管方面,安森美半導體自2016年開始,便發布了650V和1200V二極管產品組合,并在2019年7月首次發布1700V二極管產品組合。

在MOSFET方面,安森美半導體在2018年12月發布了初代1200V產品,650V/750V/1700V產品現均已提供樣品,將在今年發布。

具體如下:

● 650 V SiC 二極管

● 1200 V SiC 二極管

● 1700 V SiC 二極管

● 650 V SiC MOSFET  (現提供樣品,2020年發布)

● 750 V SiC MOSFET  (現提供樣品,2020年發布)

● 900 V SiC MOSFET

● 1200 V SiC MOSFET

● 1700 V SiC MOSFET (現提供樣品,2020年發布)

6英寸晶圓產能每年都在翻番

在過去碳化硅晶圓還停留在4英寸基板時,晶圓短缺和價格高昂一直是碳化硅之前難啃的“硬骨頭”,目前市場已逐步從4英寸轉向6英寸。

據Yole預測數據顯示,在2017年4英寸導通型碳化硅晶圓市場就接近10萬片,而6英寸碳化硅晶圓則只有1.5萬片;在2020年4英寸碳化硅晶圓仍然保持原有水平,而6英寸晶圓市場需求已超過8萬片,并將在2030年逐步超越4英寸晶圓。

圖:導通型碳化硅晶圓市場預測

(數據來源:Yole)

另外,擁有更高頻率和高電阻的半絕緣碳化硅晶圓亦是如此。在2017年4英寸的需求量在4萬片左右,而到2020年4英寸的需求量將保持不變,6英寸半絕緣襯底市場迅速提升到4-5萬片。

圖:半絕緣碳化硅晶圓市場預測
(數據來源:Yole)
那么在晶圓產能方面,安森美半導體處在什么狀態呢?Brandon Becker告訴記者,安森美半導體每年的產能都在翻番,以領先于客戶的進度計劃量。

如此產能下,價格必然可以快速下降,究其原因Brandon Becker坦言,主要在于三個關鍵點:(1)基板質量在提高,帶來更好的芯片良率;(2)更多的基板供應商達到了生產質量;(3)客戶的采用率在增加,推動了更高的產量。

值得一提的是,在2020年3月19日,安森美半導體與美商GT Advanced Technologies(GTAT)宣布執行一項為期五年、潛在價值5000萬美元的協議。根據協議,GTAT 將為推動節能創新的全球領導者安森美半導體生產和供應 CrystX? 碳化硅(SiC)材料[筆者注:GTAT專有的150mm(6英寸)SiC晶體],用于高增長市場和應用。

另外,科銳(CREE)與安森美半導體也于去年8月簽署多年協議,將向安森美半導體供應價值8500萬美元的先進150mm(6英寸)碳化硅裸片和外延片。

在如此充足的材料和裸片的保障下,加之安森美半導體40余年的大批晶圓生產經驗,不僅保證了充足的市場供應,也能夠引領器件性價比的提升。

此前,安森美半導體低壓金屬氧化物半導體場效應晶體管高級董事兼總經理Bret Zahn曾表示,碳化硅市場下一步關鍵是實現IGBT成本平價。加速成本平價及更低的關鍵是完全垂直整合,因此,實現完全垂直整合也是安森美半導體的目標之一。

不過,雖說碳化硅的單器件成本的確高于傳統硅器件,但從整體系統成本來說碳化硅仍然比硅器件更具“系統級”成本優勢,這主要歸功于碳化硅的高能效以及低發熱下使用壽命的延長。

Bret Zahn強調,碳化硅已為許多汽車應用提供了“系統級”成本效益,一旦碳化硅可以在器件級實現與IGBT的成本平價,更高的效率結合更低的價格所帶來的優勢必然可以牽引電動汽車市場的應用。

不平凡的開局下目標仍然明確

這個不平凡的2020年,開局便迎來重大公共衛生事件。Brandon Becker表示,新冠病毒給全球市場帶來了嚴峻的沖擊,在這前所未有的時期,我們祝愿大家健康安全。

對于安森美半導體來說,這是個真正的機會,因為當供應鏈和材料保證被重視時,我們有內部供應能力,這在行業內是獨一無二的。因為許多其他競爭對手都依賴外部的代工或封裝服務,其供應鏈有不確定性。此外,我們還通過電話會議與客戶保持緊密聯系合作,遠程支持他們的設計需求?!?

那么在這種考驗下,安森美半導體在汽車和工業業務原定目標能否實現?Brandon Becker告訴記者,盡管新冠病毒大流行擾亂了市場,但我們的業務被認為是必不可少的,在全球范圍內都在非常嚴格的準則下運營。目前,即使員工在早期遇到困難,大家仍致力于實現這些項目,所以仍然看到業務和發展目標得以實現。

碳化硅整體市場逐步發展至今,安森美半導體認為,整個市場格局將是汽車約占60%的市場總量,其他40%來自一些不同的工業領域。Brandon Becker強調,碳化硅的未來在于模塊,并將離開分立器件。模塊在功率密度、額定功率和熱性能等方面實現了應用的最大差異化。

值得一提的是,安森美半導體在中國擁有龐大的業務網絡,擁有汽車和工業的專門碳化硅團隊。相信伴隨市場的腳步和安森美半導體強大的開發團隊和合作網絡,碳化硅器件的性價比會越來越高,相信未來的汽車和工業市場也將更加繁茂。

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