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SiC成本持續高企,大規模應用還需等待

2018-03-23

近年來討論熱烈的碳化硅(Silicon Carbide, SiC)材料,由于其耐高溫、切換速度快、可小型化的好處,未來各種半導體應用都將會往SiC材料發展。SiC的特性也能大幅提升電動車電源控制元件的效能,因此該材料導入電動車電源控制已然成為未來趨勢,約在2025年可已開始看見相關應用開始導入平價電動車款。


SiC能夠承受攝氏175度以上高溫環境,比傳統硅材料的攝氏150度還要耐高溫環境,因此將非常適合應用于電動車逆變器之中。英飛凌電源管理及多元電子事業處首席工程師林志宏指出,但由于使用SiC材料的逆變器成本較高,因此將會由高階汽車優先導入。在小型的平價車款應用中目前依然是以硅材料為主流,大約將在2025年之后才能看到SiC材料元件在電動車上有較為廣泛的應用。


英飛凌汽車半導體業務事業處大中華區經理楊雅惠指出,目前使用SiC材料的電源控制器已在工業上有許多應用,然而因為車用控制器的技術門檻更高,因此英飛凌將先由工業應用切入,再帶入車用領域。


電動車的產量提升帶動了各種半導體的應用增加。傳統燃油車中的半導體應用非常少,多是以電動座椅、影音裝置、車燈控制等等車體控制的元件為主,而在電動車應用之中,除了原本車用的車體控制半導體元件之外,更多了電力電子控制的相關需求,電源控制器的需求也隨之增加。楊雅惠指出,由于電源控制器單價較高,所帶動的營業額成長也將相當可觀,因此車用控制器將會是英飛凌未來非常重視的業務領域。


根據市場調研公司IHS Markit最新預測,至2020年中國生產的插電式混合動力和純電動汽車產量將達到200萬輛,2024年將達到430萬輛,約占全球預期總需求量的45%。根據中國汽車工業協會的統計,2017年中國生產的插電式混合動力和純電動汽車產量為79.4萬輛。


2022年SiC市場產值5.5億美元,國產仍需努力

據YOLE預測,到2020年全球SIC應用市場規模達到5億美元,而到2022年全球SiC市場將會進一步翻一番達到10億美元的規模。其中2016年到2020年年復合增長率(CAGR)將達到28%,而隨著整體市場的加快發展,2020年到2022年這兩年間的CAGR將會猛增到40%。

 

同時,電動汽車(EV/HEV)以及軌道交通(Rail)等領域的應用從2017年開始逐步擴大應用占比,其他領域應用保持穩定增長態勢。目前,全球有超過30家公司在電力電子領域擁有SiC相關產品的生產、設計、制造和銷售能力。

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國外器件系統研發,其中低功率器件已經產品化。目前國際上推出SiC芯片和模塊的公司包括Cree,英飛凌,羅姆,意法半導體(STMicroelectronics)等;英飛凌公司最早在2001年推出SiC肖特基二極管,Rohm公司最早在2010年推出SiC MOSFET產品。當前,國外SiC襯底制造技術已經達到8英寸的水平。


單晶襯底方面,主要企業有天科合達,山東天岳,目前天科合達已有6寸SiC單晶襯底產品;

 

外延生長方面,主要企業和科研機構有廈門瀚天天成、廣東東莞天域,可量產600~1700V級別的外延片,可定制厚度至100μm的外延層,以及P型摻雜的SiC外延層;

 

器件研制方面,主要企業和科研機構有中科院微電子所、中車時代電氣、中電55所、13所、電子科技大學,西安電子科技大學、浙江大學、國網、泰科天潤等,泰科天潤已實現600~1200V/1~50A肖特基二極管產業化,另有1700V和3300V電壓等級產品;

 

模塊應用方面,主要企業和科研機構有中車、中科院電工所等。

 

總體來講,全球SiC產業格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態勢。其中美國全球獨大,全球SiC產量的70%~80%來自美國公司;歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產業鏈;日本是設備和模塊開發方面的絕對領先者。

 

我國LED方面處于國際先進水平,但在三代半的電力電子和微波射頻領域是短板。未來,產業的發展可以圍繞這三個方向努力:1)集中優勢資源扶持龍頭企業和研究機構;2)公共研發平臺共同攻克基礎技術;3)借助行業協會的力量,先行規劃產業發展線路。


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