电动汽车大厂特斯拉(Tesla)带动第三代半导体碳化硅(SiC)应用,整体观察,全球碳化半导体业由美、日、欧等少数具全产业链生产能力大厂主导,为降低成本,8英寸芯片和基板成为兵家必争之地。
碳化硅材料具备高电压和高频特性,能在高温环境下稳定运行,电能消耗更少、散热特性佳,体积也可更小型化,介电系数、导热率及最高工作温度等关键参数具有优势,适用制造电动汽车、5G通信、太阳能等应用所需功率半导体组件,应对高温、高功率、高压、高频及抗辐射等极端运行环境。
碳化硅功率半导体在电动汽车领域初试啼声,SiC车用金氧半场效晶体管(SiC MOSFET)模块由电动汽车大厂特斯拉(Tesla)带动采用,先行导入Model 3车款逆变器和车载充电器,在降低反应恢复时间和开关损耗性能显著,也可让电动汽车加速快、充电后里程续航力拉长、充电速度缩短。
特斯拉带动电动汽车用碳化硅模块,使得其他电动汽车厂跟进,也让SiC MOSFET供应吃紧。资策会产业情报研究所(MIC)资深产业分析师何心宇指出,目前SiC MOSFET模块交期拉长至42周以上。
特斯拉电动汽车推动碳化硅模块应用浪潮,也促使全球大厂积极布局碳化硅供应链。资策会MIC指出,全球碳化半导体业由美、日、欧洲等企业主导,但目前具备碳化硅全产业链生产能力的厂商家数仍少。
观察大厂在电动汽车应用布局,亚系外资法人指出,目前美国Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、陶氏化学关系企业道康宁(Dow Silicones Corporation);日本罗姆(ROHM)株式会社、昭和电工(Showa Denko)、新日铁(NSC);欧洲意法半导体(STM)等,具有碳化硅全产业链生产能力,尤其是在基板与磊晶等关键技术。
何心宇举例,Wolfspeed已实现4英寸和6英寸产线量产,并开始建设8英寸产线,此外Wolfspeed以及昭和电工寡占碳化硅磊晶市场。
不过产业人士表示,碳化硅模块在电动汽车的渗透率仍处于初期阶段,主要是价格过高,其中碳化硅SiC芯片售价高出一般硅芯片达10倍至15倍;外资法人分析,受制于碳化硅磊晶速度、加工难度等因素,制造成本仍居高不下,因此仅有部分电动汽车厂采用。
资策会MIC指出,去年对碳化硅模块拉货需求较明显的品牌车厂,包括特斯拉(Tesla)、比亚迪(BYD)、现代(Hyundai)、保时捷(Porsche)与创业公司企业Lucid Motors等。
为了降低成本,扩大芯片尺寸是关键技术之一,不少国际大厂纷纷从6英寸转向8英寸芯片。根据分析,SiC芯片数量可从448颗增加到845颗,增加幅度达75%。
除了Wolfspeed、罗姆、Ⅱ-Ⅵ纷纷推出8英寸碳化硅基板外,法人指出,包括英飞凌(Infineon)、意法半导体、安森美(On Semi)等大厂,也积极布局8英寸碳化硅芯片生产线。Wolfspeed今年起已进入量产,其他大厂最快2024年起产线也开始量产。
台湾在碳化硅芯片制造包括汉磊、嘉晶、全新等,不过多以4英寸芯片为主,6英寸芯片逐步量产,广运集团关系企业盛新材料今年第3季规划开发8英寸晶体。
中国厂商也想布局8英寸碳化硅芯片,虽仍处于研发阶段,但今年3月中国烁科晶体已开发出8英寸碳化晶体硅体。此外,中国厂商积极布局碳化硅芯片制造,亚系外资法人指出,包括天科合达和中国电科等,已量产6英寸碳化硅芯片;三安光电、东莞天城等将于2023年量产6英寸碳化硅芯片。
(首图来源:shutterstock)