化合物半导体卡位“双碳”需求加速渗透功率电子市场碳化硅衬底是产业发展的关键

碳化硅产业链的崛起

在日前举行的2022集邦咨询第三代半导体前沿趋势研讨会上，集邦咨询化合物半导体分析师龚介绍，在下游需求持续强劲的带动下，碳化硅外延设备近五年复合增长率超过20%其中，碳化硅衬底是产业发展的关键目前，业界正致力于8英寸直径的扩展，以进一步降低成本

4英寸导电碳化硅衬底价格非常稳定，主要用于一些低端器件二极管市场，伴随着技术的不断成熟和产能的扩大，6英寸芯片价格持续下降，8寸膜刚推向市场，良品率比较低而且制造成本太高，短期内不划算，但未来有相当大的下降空间龚预计，6寸胶片将长期是市场主流产品，2026年8寸胶片的市场份额将达到15%左右，而4寸胶片将慢慢淡出市场

作为碳化硅材料的全球市场领导者，Wolfspeed一直在加速碳化硅器件的R&D和生产今年4月，全球最大的首家8英寸SiC工厂Wolfspeed正式开业该工厂预计2024年达产，届时产能将达到2017年的30倍Wolfspeed与多家器件制造商和车企签订了基板和器件的长期供应协议，SiC汽车业务规模稳步扩大

中国正在布局大量碳化硅衬底产能，代表厂商包括田可何达，田玉娥先进，硕科晶体，通光半导体，盛鑫材料，三安光电，南沙晶圆，卢晓科技，托尼电子等，产品结构逐步调整为导电型日前，田玉娥先进披露斩获近14亿元6英寸导电碳化硅衬底产品订单

受益于整车市场的繁荣，碳化硅市场开始大规模放量，但目前整个产业链尚未完全成熟，代工厂的壮大非常必要龚说，SAIC，，广汽，吉利都在大力投资当地的碳化硅产业链，泰科天润，，松杰等厂商正在迅速崛起

碳化硅的配套产业链也在快速发展爱强的工艺经理陈伟介绍，公司的外延片设备可以实现4/6/8英寸自由切换目前，爱强还向市场推出了8英寸SiC量产设备预计2022年公司设备出货量将是2020年的两倍

在材料方面，和利时推出的新材料体系可以将铜键合线和烧结工艺相结合，成功突破了现有封装材料的限制，是SiC电力电子器件封装和互连的创新解决方案，尤其适用于电动汽车大功率电力电子领域。

智能高压电网

碳化硅测试计划

根据TrendForce集邦咨询最新报告《2022年第三代半导体功率应用市场报告》，伴随着越来越多的车企开始将SiC技术引入电驱动系统，预计2022年汽车SiC功率组件市场规模将达到10.7亿美元，2026年攀升至39.4亿美元。

除了车载应用之外，碳化硅的替代品还被引入工业UPS系统，轨道交通和其他领域其中，日本的三菱和日立已经走到了行业的前列，国内的CRRC时代电气也有所布局

基础半导体技术营销副总监刘成介绍，2018年以来，公司布局了汽车碳化硅模块的R&D和制造现在已经推出了Pcore6，Pcore2，Pcell三大系列产品，并获得了几款机型的定点2021年，汽车级碳化硅功率模块封装生产线已进入量产阶段预计未来碳化硅在汽车空调，新型燃料汽车和新型储能电源方面的应用将会增加可是，由于产量和封装材料的特点，智能高压电网的应用仍处于起步阶段

厦门大学教授，原国家电网全球能源互联网研究院院长邱宇峰指出，在以新能源为主体的各级新型电力系统中，各类电力电子设备将起到关键支撑作用。

据介绍，传统的硅基器件具有耐压低，电流密度低，频率低，开关速度慢等固有弱点，导致器件体积大，重量高，功率密度低，限制了电力电子设备的应用与其他器件相比，SiC器件具有高压高温的优势，可以突破硅器件在电压和温度的限制是制备高压大功率器件的新型战略材料，高压大功率SiC器件将给电力系统带来深刻变革

邱玉峰还指出，目前碳化硅器件的应用还处于实验探索阶段，电网应用的碳化硅器件在大尺寸高质量衬底外延材料，芯片电流密度，高压绝缘封装材料等方面还需要进一步研究。

氮化镓膨胀

数据中心市场

目前氮化镓材料广泛应用于功率半导体，微波射频元件和光电元件据集邦咨询估计，2022年氮化镓功率组件市场规模将达到2.61亿美元，2026年将攀升至17.68亿美元，复合增长率为61%

伴随着氮化镓技术的不断成熟和成本的不断降低，氮化镓功率组件的应用市场正从目前的消费电子逐步延伸到数据中心，可再生能源和汽车等领域龚指出，目前硅基氮化镓市场上大多数厂商的产品都集中在600~650伏范围内得益于800V高压汽车平台的需求，碳化硅上车的时机已经非常成熟相比之下，氮化镓还处于非常初级的阶段，供应链生态，产能和技术都还不成熟

从技术定位来看，碳化硅目前适用于高压组件，氮化镓适用于混合OBC，激光雷达BMS等预计伴随着技术的成熟和成本的降低，氮化镓在汽车市场的比重将进一步增加

氮化镓厂商也在从快充向更多领域拓展市场基于GaN，INSEC开发了用于下一代数据中心电源系统的电源设备产品耐压覆盖40V，100V，150V，650V，适用于数据中心通信基站，电机驱动，移动储能，工业电源等不同应用场景

Innotec产品应用总监邹彦博表示，与传统的数据中心架构相比，该公司的氮化镓48V数据中心电源架构可以提高4倍的功率目前公司珠海基地氮化镓晶圆产能达到4000片/月，苏州基地产能在去年6月达到6000片/月，合计供应全球氮化镓产能的50%以上

InnoSeco首席营销官冯雷在接受证券时报采访时指出，InnoSeco是全球首家8英寸硅基氮化镓IDM公司目前，伴随着新产品的推出，充电器市场的收入正在逐渐减少氮化镓的产能基本可以满足今明两年的需求预计2024年后，氮化镓市场的需求将开始呈指数级增长，主要受来自数据中心和服务器的应用驱动

氮化镓作为第三代半导体的成功代表，在数据中心电源中具有效率更高，尺寸更小，功率密度更高的优势各大数据中心和服务器供应商都已经明确把氮化镓作为大功率电源的方向，这条技术路径基本不可能走回头路冯雷说，目前氮化镓功率器件的成本也在降低，氮化镓功率器件和硅基器件的差异已经从5倍，6倍下降到2倍甚至1.5倍，已经非常接近水平了但相比器件本身的成本，市场更关注氮化镓带来的系统级降本增效，这为推广应用提供了可能

日前，美国总统拜登在华盛顿签署了《2022年芯片与科学法案》此外，美国商务部工业与安全局最新规定，从8月15日开始，升级超宽带隙半导体材料氧化镓和金刚石超宽带隙半导体衬底的出口限制

对于美国的芯片计划，冯雷告诉记者，半导体是全球化产业，不应该鼓励反全球化行为，另一方面说明一个国家拥有自己的半导体制造能力是非常重要的我相信这也会让更多的客户和行业同仁认同我们采用IDM模式是完全正确的

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