產(chǎn)能翻番，安森美半導(dǎo)體碳化硅為何“必不可少”？

導(dǎo)讀

安森美半導(dǎo)體的市場(chǎng)份額增長(zhǎng)極快，2019年成為了排名第五的碳化硅供應(yīng)商，而這家廠商的愿景是在2025年躋身前三甲。

具有優(yōu)異特性的“第三代半導(dǎo)體材料”碳化硅（SiC）相比傳統(tǒng)硅材料，因具有良好的帶隙、擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)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(yīng)用于汽車和工業(yè)市場(chǎng)。

Si、GaAS、GaN和SiC半導(dǎo)體材料特性對(duì)比 同被稱為第三代半導(dǎo)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(lǐng)域，而碳化硅（SiC）則主要用在650V以上的高壓功率器件領(lǐng)域。 利用碳化硅器件可以明顯獲得小型輕量，高能效和驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)的系統(tǒng)性能。經(jīng)過研究和長(zhǎng)期的市場(chǎng)認(rèn)證，利用碳化硅材料的特性優(yōu)勢(shì)，不僅可以縮小模塊的體積的50%以上，減少電子轉(zhuǎn)換損耗80%以上，還可全面降低綜合成本。

碳化硅功率半導(dǎo)體器件相較于硅基功率器件優(yōu)勢(shì)

資料來源：賽迪智庫(kù) 據(jù)Yole稱，碳化硅功率半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到15億美元，另?yè)?jù)IHS數(shù)據(jù)，碳化硅市場(chǎng)總量在2025年將有望達(dá)到30億美元這一規(guī)模。

SiC市場(chǎng)總量走勢(shì) 資料來源：Yole、IHS 隨著汽車和工業(yè)市場(chǎng)的不斷增速，碳化硅市場(chǎng)“瘋狂生長(zhǎng)”。據(jù)悉，安森美半導(dǎo)體的市場(chǎng)份額增長(zhǎng)極快，2019年成為了排名第五的碳化硅供應(yīng)商，而這家廠商的愿景是在2025年躋身前三甲。

擁有多重優(yōu)勢(shì)的碳化硅產(chǎn)品

安森美半導(dǎo)體（ON Semiconductor）寬禁帶產(chǎn)品線經(jīng)理Brandon Becker告訴記者，安森美半導(dǎo)體在汽車和工業(yè)應(yīng)用方面取得了許多成就。 他強(qiáng)調(diào)，安森美半導(dǎo)體在全球電源行業(yè)中排名第二，因此與客戶互動(dòng)，使碳化硅(SiC)產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于廣泛的領(lǐng)域，包括但不限于電動(dòng)汽車、逆變器、充電器、可再生能源、渦輪機(jī)、鐵路、醫(yī)療、建筑、電器、照明等。

安森美半導(dǎo)體寬禁帶產(chǎn)品線經(jīng)理 Brandon Becker 他表示，取得如此優(yōu)異的成就源于安森美半導(dǎo)體所具有的多重優(yōu)勢(shì)：首先，器件性能和質(zhì)量均堅(jiān)固耐用，并符合AECQ101規(guī)格；其次，安森美半導(dǎo)體的供應(yīng)鏈?zhǔn)菬o與倫比的，從基板到封裝或模塊均為自產(chǎn)；第三，擁有才華橫溢、多元化的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)著SiC性能的極限。 據(jù)了解，安森美半導(dǎo)體提供大范圍的SiC MOSFET和SiC二極體，并推出了多代技術(shù)的產(chǎn)品。我們的所有器件都符合汽車標(biāo)準(zhǔn)，因此工業(yè)市場(chǎng)真正能同時(shí)獲得最佳品質(zhì)的器件。 在二極管方面，安森美半導(dǎo)體自2016年開始，便發(fā)布了650V和1200V二極管產(chǎn)品組合，并在2019年7月首次發(fā)布1700V二極管產(chǎn)品組合。

在MOSFET方面，安森美半導(dǎo)體在2018年12月發(fā)布了初代1200V產(chǎn)品，650V/750V/1700V產(chǎn)品現(xiàn)均已提供樣品，將在今年發(fā)布。

650V SiC 二極管

1200V SiC 二極管

1700V SiC 二極管

650V SiC MOSFET(現(xiàn)提供樣品,2020年發(fā)布)

750V SiC MOSFET(現(xiàn)提供樣品,2020年發(fā)布)

900V SiC MOSFET

1200V SiC MOSFET

1700V SiC MOSFET(現(xiàn)提供樣品,2020年發(fā)布)

6英寸晶圓產(chǎn)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(shí)，晶圓短缺和價(jià)格高昂一直是碳化硅之前難啃的“硬骨頭”，目前市場(chǎng)已逐步從4英寸轉(zhuǎn)向6英寸。 據(jù)Yole預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在2017年4英寸導(dǎo)通型碳化硅晶圓市場(chǎng)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(chǎng)需求已超過8萬片，并將在2030年逐步超越4英寸晶圓。

導(dǎo)通型碳化硅晶圓市場(chǎng)預(yù)測(cè) 數(shù)據(jù)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(chǎng)迅速提升到4-5萬片。

半絕緣碳化硅晶圓市場(chǎng)預(yù)測(cè) 數(shù)據(jù)來源：Yole 那么在晶圓產(chǎn)能方面，安森美半導(dǎo)體處在什么狀態(tài)呢？Brandon Becker告訴記者，安森美半導(dǎo)體每年的產(chǎn)能都在翻番，以領(lǐng)先于客戶的進(jìn)度計(jì)劃量。 如此產(chǎn)能下，價(jià)格必然可以快速下降，究其原因Brandon Becker坦言，主要在于三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：(1)基板質(zhì)量在提高，帶來更好的芯片良率；(2)更多的基板供應(yīng)商達(dá)到了生產(chǎn)質(zhì)量；(3)客戶的采用率在增加，推動(dòng)了更高的產(chǎn)量。 值得一提的是，在2020年3月19日，安森美半導(dǎo)體與美商GT Advanced Technologies（GTAT）宣布執(zhí)行一項(xiàng)為期五年、潛在價(jià)值5000萬美元的協(xié)議。 根據(jù)協(xié)議，GTAT 將為推動(dòng)節(jié)能創(chuàng)新的全球領(lǐng)導(dǎo)者安森美半導(dǎo)體生產(chǎn)和供應(yīng) 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(zhǎng)市場(chǎng)和應(yīng)用。 另外，科銳（CREE）與安森美半導(dǎo)體也于去年8月簽署多年協(xié)議，將向安森美半導(dǎo)體供應(yīng)價(jià)值8500萬美元的先進(jìn)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(dǎo)體40余年的大批晶圓生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，不僅保證了充足的市場(chǎng)供應(yīng)，也能夠引領(lǐng)器件性價(jià)比的提升。 此前，安森美半導(dǎo)體低壓金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管高級(jí)董事兼總經(jīng)理Bret Zahn曾表示，碳化硅市場(chǎng)下一步關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)IGBT成本平價(jià)。加速成本平價(jià)及更低的關(guān)鍵是完全垂直整合，因此，實(shí)現(xiàn)完全垂直整合也是安森美半導(dǎo)體的目標(biāo)之一。 不過，雖說碳化硅的單器件成本的確高于傳統(tǒng)硅器件，但從整體系統(tǒng)成本來說碳化硅仍然比硅器件更具“系統(tǒng)級(jí)”成本優(yōu)勢(shì)，這主要?dú)w功于碳化硅的高能效以及低發(fā)熱下使用壽命的延長(zhǎng)。 Bret Zahn強(qiáng)調(diào)，碳化硅已為許多汽車應(yīng)用提供了“系統(tǒng)級(jí)”成本效益，一旦碳化硅可以在器件級(jí)實(shí)現(xiàn)與IGBT的成本平價(jià)，更高的效率結(jié)合更低的價(jià)格所帶來的優(yōu)勢(shì)必然可以牽引電動(dòng)汽車市場(chǎng)的應(yīng)用。

不平凡的開局下目標(biāo)仍然明確

這個(gè)不平凡的2020年，開局便迎來重大公共衛(wèi)生事件。Brandon Becker表示，新冠病毒給全球市場(chǎng)帶來了嚴(yán)峻的沖擊，在這前所未有的時(shí)期，我們祝愿大家健康安全。 “對(duì)于安森美半導(dǎo)體來說，這是個(gè)真正的機(jī)會(huì)，因?yàn)楫?dāng)供應(yīng)鏈和材料保證被重視時(shí)，我們有內(nèi)部供應(yīng)能力，這在行業(yè)內(nèi)是獨(dú)一無二的。因?yàn)樵S多其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都依賴外部的代工或封裝服務(wù)，其供應(yīng)鏈有不確定性。此外，我們還通過電話會(huì)議與客戶保持緊密聯(lián)系合作，遠(yuǎn)程支持他們的設(shè)計(jì)需求?！? 那么在這種考驗(yàn)下，安森美半導(dǎo)體在汽車和工業(yè)業(yè)務(wù)原定目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)？Brandon Becker告訴記者，盡管新冠病毒大流行擾亂了市場(chǎng)，但我們的業(yè)務(wù)被認(rèn)為是必不可少的，在全球范圍內(nèi)都在非常嚴(yán)格的準(zhǔn)則下運(yùn)營(yíng)。目前，即使員工在早期遇到困難，大家仍致力于實(shí)現(xiàn)這些項(xiàng)目，所以仍然看到業(yè)務(wù)和發(fā)展目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。 碳化硅整體市場(chǎng)逐步發(fā)展至今，安森美半導(dǎo)體認(rèn)為，整個(gè)市場(chǎng)格局將是汽車約占60%的市場(chǎng)總量，其他40%來自一些不同的工業(yè)領(lǐng)域。 Brandon Becker強(qiáng)調(diào)，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(shí)現(xiàn)了應(yīng)用的最大差異化。 值得一提的是，安森美半導(dǎo)體在中國(guó)擁有龐大的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，擁有汽車和工業(yè)的專門碳化硅團(tuán)隊(duì)。相信伴隨市場(chǎng)的腳步和安森美半導(dǎo)體強(qiáng)大的開發(fā)團(tuán)隊(duì)和合作網(wǎng)絡(luò)，碳化硅器件的性價(jià)比會(huì)越來越高，相信未來的汽車和工業(yè)市場(chǎng)也將更加繁茂。