​5G时代最重要的半导体材料:碳化硅

2020-01-02
14:00:15
来源: 半导体行业观察


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进入 5G 世代,5G 产品大多具备高功率、高压、高温等特性,传统的硅 (Si) 原料因无法克服在高压、高频中的损耗,所以已无法满足新世代的科技需求,这使得碳化硅 (SiC) 开始崭露头角。



而利用 SiC 制作出的电子零组件相对于 Si 的优势主要来自三个方面:


降低电能转换过程中的能量损耗、更容易实现小型化、更耐高温高压。



根据 Yole Développement 报告指出,到 2024 年,SiC 功率半导体市场规模将增长至 20 亿美元,2018 年至 2024 年期间的年複合成长约 30%。


其中,汽车市场无疑是最重要的驱动因素,其占 SiC 功率半导体市场比重到 2024 年预计将达 50%。


​5G时代最重要的半导体材料:碳化硅


SiC 最大应用市场: 车用电子


由于 SiC 能够提供较高的电流密度,常被用来制作功率半导体的零组件。


根据 Yole 指出,SiC 最大的应用市场来自汽车,与传统解决方案相比,利用 SiC 的解决方案可使系统效率更高、重量更轻及结构更加紧密。



目前 SiC 零组件在新能源车上应用主要是功率控制单元 (PCU)、逆变器,及车载充电器等方面。



功率控制单元:


此为车电系统的中枢神经,管理电池中的电能与电机之间的流向、传递速度。


传统 PCU 使用硅原料製成,而强电流与高压电穿过硅制晶体管和二极体时的电能损耗是混合动力车最主要的电能损耗来源。


至于使用 SiC 原料则可大幅降低这过程中的电能损耗,约 10%。



逆变器:


SiC 用在车用逆变器上,能够大幅度降低逆变器尺寸及重量,做到轻量化与节能。


在相同功率等级下,全 SiC 模组的封装尺寸明显小于 Si 模组,约 43%,同时也可以使开关损耗降低 75%。


​5G时代最重要的半导体材料:碳化硅


特斯拉 Model 3 就是采用 ST 与 Infineon 生产的 SiC 逆变器,是第一家在主逆变器中整合全 SiC 功率模组的车厂。



车载充电器:


SiC 零组件正在加速渗透至车载充电器领域。


根据 Yole 统计,截至 2018 年有超过 20 家车厂在自家车载充电器中採用 SiC SBD 或 SiC MOSFET 零组件,且这一市场在 2023 年之前可望保持 44% 的增长。



SiC 产业链


全球 SiC 产业格局呈现美国、欧洲、日本三强鼎立态势。


其中又以美国独大,占全球 SiC 产值约 70% 至 80%。


当中主要的企业有 Cree、Transphorm、II-VI、Dow Corning。



欧洲方面则是拥有完整的 SiC 产业链,包含基底、磊晶、零组件及应用产业链。


主要企业则有:


Siltronic、ST、IQE、Infineon 等。



日本则是 SiC 设备和模组开发方面的领导者。


主要企业则有:


松下、罗姆半导体、住友电气、三菱化工、瑞萨、富士电机等。



中国大陆虽有涉入,但发展仍在初期,规模远不如上述三个国家和地区的规模和实力。


中国大陆厂目前在基底、磊晶和零组件方面均有布局。


主要企业有: 中电科、天科合达、泰科天润、山东天岳、东莞天域、深圳基本半导体、上海瞻芯电子、三安集成等。

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