碳化硅(SiC)市场已渐渐落地


2021年慕尼黑上海电子展如期展开,第三次参展的瑞能半导体向我们展示了一方面给我们展示了传统的硅基器件,比如第四代快速恢复二极管、第五代超软恢复的二极管产品、IGBT以及一些保护器件,来应对需求端不断高频化和对效率极致追求的变化;另一方面,针对第三代半导体领域,瑞能半导体还推出了第六代碳化硅二极管产品。


 
图 | 瑞能半导体慕展展品示意


瑞能半导体市场部总监谢丰表示,“对于碳化硅器件来说,瑞能在国内算是头部供应商了,是目前国内唯一一家有平台和技术能够推出第六代的碳化硅二极管产品的厂商,采用主流的MPS或者JBS加上薄片工艺,产品性能媲美国际品牌。”


从市场的角度来看,空调、5G基站电源、充电桩以及新能源汽车是目前落地比较好的几个领域。空调方面,受到去年7月份国家颁布的新的《空调能效标准》的影响,对空调能效的要求变得更加严苛,空调厂商不得不做很多改进来适应能效要求,比如说以前空调工作频率20KHz,现在都是60、70KHz,但我们知道,工作频率越高,整机EMI困扰就会越大,一方面是系统设计的调整,另一方面是倒逼元器件供应商进行改进,瑞能半导体的第五代软恢复二极管就是在这样的环境中应运而生的。


 
图 | 瑞能半导体市场部总监谢丰


再比如说充电桩和新能源汽车这块,随着对IGBT的工作效率以及工作环境的要求的不断提高,不管是650V的还是1200V的碳化硅器件都扮演着重要的角色(硅器件在25℃和125℃的条件下,反向恢复能力可能会差1~2倍以上,而碳化硅器件在常温和高温下的变化不是很大),瑞能半导体市场部总监谢丰直言,“未来IGBT可能会被碳化硅器件替换掉”。根据外媒分析师的判断,随着电动汽车市场的快速发展,电动汽车所需的碳化硅功率半导体,在2025年将占到碳化硅功率半导体市场的37%,较2021年将提高25个百分点。


碳化硅(SiC)器件价格分析


碳化硅市场的铺开趋势已在预料之中,而价格一直是限制碳化硅器件快速普及的拦路石。那么目前,对比硅器件,碳化硅到底有多贵呢?瑞能半导体市场部总监谢丰表示,“碳化硅是一种衬底,衬底占了50%的碳化硅器件成本,再加上外延和封装成本,整体算下来基本比硅器件要贵上5~6倍。但对于系统商场而言,还有其他其它器件的存在,不太好评估价格。好消息是目前我们看到衬底的成本在急剧下降,不光是国外比较好的衬底厂商,现在国内也有很多厂商加入到衬底领域,比如像山东和北京的一些公司,他们做的东西也是不错的,市场因为竞争的关系,衬底成本在下降,整个碳化硅降价幅度也是比较快的。而对于瑞能半导体而言,还是要在设计环节上就开始考量,尽量从设计上完成性能以及降本的需求。”


硅(Si)器件马上要被碳化硅(SiC)器件所替代了?


近年来,一直有一种声音,那就是“第三代半导体普及后,是不是硅器件就要消失了?”其实不然,首先从可靠性的角度来看,硅已经发展了五六十年了,大家对硅都研究得很清楚了,包括怎么把器件设计得更加可靠,有非常多理论支持。而碳化硅的发展时间尚短,还需要更多的研究和探索,比如从衬底这块怎么把缺陷降低,器件上怎么做更好的设计,提升产品的质量和可靠性。以电源转换器件为例,可靠性是非常重要的,任何客户都不希望使用过程当中失效,而且你放在车上、光伏上或者充电桩上,室外的粉尘、高温、震动是没有办法避免的,怎么把这个做得很可靠,降低它的失效率,这是很大的挑战,需要花更多精力研究。因此,不管是从技术可靠性还是成本考量出发,硅器件都还有发光发热的地方,但这不影响碳化硅对其部分市场的挤压。