近年来讨论热烈的碳化(Silicon Carbide, SiC)材料,由于其耐高温、切换速度快、可小型化的好处,未来各种半导体应用都将会往 SiC 材料发展。SiC 的特性也能大幅提升电动车电源控制元件的效能,因此该材料导入电动车电源控制已然成为未来趋势,约在 2025 年可已开始看见相关应用开始导入平价电动车款。
 
SiC 能够承受摄氏 175 度以上高温环境,比传统硅材料的摄氏 150 度还要耐高温环境,因此将非常适合应用于电动车逆变器之中。英飞凌电源管理及多元电子事业处首席工程师林志宏指出,但由于使用 SiC 材料的逆变器成本较高,因此将会由高阶汽车优先导入。在小型的平价车款应用中目前依然是以硅材料为主流,大约将在 2025 年之后才能看到 SiC 材料元件在电动车上有较为广泛的应用。
 
英飞凌汽车半导体业务事业处大中华区经理杨雅惠指出,目前使用 SiC 材料的电源控制器已在工业上有许多应用,然而因为车用控制器的技术门槛更高,因此英飞凌将先由工业应用切入,再带入车用领域。
 
电动车的产量提升带动了各种半导体的应用增加。传统燃油车中的半导体应用非常少,多是以电动座椅、影音装置、车灯控制等等车体控制的元件为主,而在电动车应用之中,除了原本车用的车体控制半导体元件之外,更多了电力电子控制的相关需求,电源控制器的需求也随之增加。杨雅惠指出,由于电源控制器单价较高,所带动的营业额成长也将相当可观,因此车用控制器将会是英飞凌未来非常重视的业务领域。
 
根据市场调研公司 IHS Markit 最新预测,至 2020 年中国生产的插电式混合动力和纯电动汽车产量将达到 200 万辆,2024 年将达到 430 万辆,约占全球预期总需求量的 45%。根据中国汽车工业协会的统计,2017 年中国生产的插电式混合动力和纯电动汽车产量为 79.4 万辆。
 
2022 年 SiC 市场产值 5.5 亿美元,国产仍需努力
据 YOLE 预测,到 2020 年全球 SIC 应用市场规模达到 5 亿美元,而到 2022 年全球 SiC 市场将会进一步翻一番达到 10 亿美元的规模。其中 2016 年到 2020 年年复合增长率(CAGR)将达到 28%,而随着整体市场的加快发展,2020 年到 2022 年这两年间的 CAGR 将会猛增到 40%。
 
同时,电动汽车(EV/HEV)以及轨道交通(Rail)等领域的应用从 2017 年开始逐步扩大应用占比,其他领域应用保持稳定增长态势。目前,全球有超过 30 家公司在电力电子领域拥有 SiC 相关产品的生产、设计、制造和销售能力。
 
 
国外器件系统研发,其中低功率器件已经产品化。目前国际上推出 SiC 芯片和模块的公司包括 Cree,英飞凌,罗姆,意法半导体(STMicroelectronics)等;英飞凌公司最早在 2001 年推出 SiC 肖特基二极管,Rohm 公司最早在 2010 年推出 SiC MOSFET 产品。当前,国外 SiC 衬底制造技术已经达到 8 英寸的水平。
 
单晶衬底方面,主要企业有天科合达,山东天岳,目前天科合达已有 6 寸 SiC 单晶衬底产品;
 
外延生长方面,主要企业和科研机构有厦门瀚天天成、广东东莞天域,可量产 600~1700V 级别的外延片,可定制厚度至 100μm 的外延层,以及 P 型掺杂的 SiC 外延层;
 
器件研制方面,主要企业和科研机构有中科院微电子所、中车时代电气、中电 55 所、13 所、电子科技大学,西安电子科技大学、浙江大学、国网、泰科天润等,泰科天润已实现 600~1200V/1~50A 肖特基二极管产业化,另有 1700V 和 3300V 电压等级产品;
 
模块应用方面,主要企业和科研机构有中车、中科院电工所等。
 
总体来讲,全球 SiC 产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大,全球 SiC 产量的 70%~80%来自美国公司;欧洲拥有完整的 SiC 衬底、外延、器件以及应用产业链;日本是设备和模块开发方面的绝对领先者。
 
我国 LED 方面处于国际先进水平,但在三代半的电力电子和微波射频领域是短板。未来,产业的发展可以围绕这三个方向努力:1)集中优势资源扶持龙头企业和研究机构;2)公共研发平台共同攻克基础技术;3)借助行业协会的力量,先行规划产业发展线路。