海内外SiC产业在技术节点、产业链结构上有哪些差异？

电子发烧友网 2022-12-19 544

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电子发烧友网报道（文/梁浩斌）最近海外关于中国第三代半导体的讨论颇为热闹，不少机构都对中国SiC产业布局的进展、优势等进行了分析，Yole Intelligence化合物半导体团队的首席分析师甚至还表示，中国SiC产业是全球“脱钩”时代的典型代表。

英飞凌CEO Jochen Hanebeck在上个月也公开谈到，考虑到中国日益增长的需求，“如果一些（中国芯片制造商）能在短时间内推出SiC上的创新，我不会感到惊讶，从统计学上来说，这种可能性很大。”

当然，也有机构认为，SiC行业中，中国企业和海外同行的差异很大，无论是技术节点还是产业链结构上，与海外公司相比还有较大差距。

那么这篇文章将综合多方信息，结合电子发烧友近期的观察，从技术节点差别、产业链结构/布局、市场空间这三个方面简单分析下海内外SiC产业的差异。

技术节点

SiC器件生产中成本最高的部分是衬底，在SiC衬底方面，国内目前商业SiC衬底产品以4英寸小尺寸为主，近几年逐步往6英寸推进，在实现量产后，正在加速扩产6英寸衬底产能。

而国际厂商目前主流SiC衬底产品为6英寸，龙头企业已经完成8英寸衬底的研制，并小规模量产。2022年4月Wolfspeed的全球首座8英寸SiC晶圆厂在美国投产，三季度交付客户，预计工厂2024年达产；日本的昭和电工在2022年9月宣布其8英寸SiC衬底的样品开始出货。其他海外厂商，如贰陆、罗姆、安森美、ST等则预计在2023-2025年间陆续开始8英寸SiC衬底的量产。

更大的衬底尺寸，意味着单片SiC晶圆所能够制造的芯片数量更多，晶圆边缘的浪费减少，单芯片成本降低。Wolfspeed的报告显示，以32mm2面积的裸片（芯片）为例，8英寸晶圆上的裸片数量相比6英寸增加近90%，同时边缘裸片数量占比从14%降低至7%，也就是说8英寸晶圆利用率相比6英寸提升了7%。

所以更大尺寸的SiC衬底对于器件产能来说是一个跨越性的节点，在大尺寸方面国内SiC衬底厂商还有一定差距，但8英寸相比在6英寸节点时国内外量产时间差7年来说，绝对有所缩短。根据目前的公开消息，河北同光以及天科合达、晶盛机电都宣布了自己的8英寸SiC衬底研发成功的信息，其中同光表示预计2023年年底可以小规模试产。

另外，器件方面也不容忽视。根据CASA报告，目前国际上的SiC二极管产品的击穿电压涵盖600V-3300V，导通电流最高达到109A。同时在产品分布上，中高压产品逐年增多，按照2020年的数据，市面在售SiC SBD产品中80%集中在650V和1200V上。国内SiC二极管已经实现650V-1700V全系列批量供货，部分厂商比如泰科天润3300V/50A SBD也已经投入批量生产。

在器件中更加核心的是SiC MOSFET，特别在电动汽车800V趋势下，高压应用中SiC MOSFET组成的SiC功率模块相比于硅基IGBT具有很大的效率等优势。虽然在新能源汽车产业上，中国目前处于第一梯队，但目前从市面上应用情况来看，车规级SiC MOSFET市场由海外半导体巨头所垄断，几乎只有ST、罗姆、英飞凌的SiC MOSFET有大规模上车的实例。

与国内产品相比，海外的SiC MOSFET产品比导通电阻更低、阈值电压更高、元胞尺寸更小。但国内的SiC器件厂商近几年发展迅速，自2021年开始，国内就有多家厂商推出车规级SiC MOSFET产品，包括华润微、瞻芯电子、派恩杰、蓉矽半导体、清纯半导体等IDM以及Fabless都在将SiC MOSFET加速导入车企。

不过有IDM相关厂商的人士表示，在衬底和外延的部分，国内供应商的产品还不够稳定，所以很多国内做SiC MOSFET的厂商都采购海外原材料。而在应用端，由于SiC MOSFET本身属于较新的产品，在没有大规模应用的先例之前，车企对于采用国产SiC MOSFET应用到汽车的驱动部分持比较谨慎的态度。

另一方面国内SiC MOSFET的产能以及性能相比海外厂商产品都有一些差距，未来主要会被应用到OBC上，主驱可能要至少三到五年的时间周期，才能看到国产产品的出现。

产业链结构

如果看国际上SiC厂商的产业布局，主要是以IDM为主的，过去十多年时间里，通过并购、自研等方式，全球SiC龙头 Wolfspeed、罗姆、ST、英飞凌、安森美等都已经形成了SiC 衬底、外延、设计、制造、封测的垂直供应体系，而上下游厂商也在持续互相渗透。

国内的SiC产业布局则显得更加复杂多样，一般来说，国内SiC厂商在产业链中分工较为明确，在衬底/外延片、器件设计制造、模块封装等几个部分有明显的区分。

比如国内的SiC衬底供应商，包括天岳先进、河北同光、烁科晶体等都倾向专注于衬底，外延方面瀚天天成、东莞天域也专注于外延，像天科合达这样衬底与外延都有布局的厂商不多。

国内的SiC 领域IDM厂商主要是布局设计、制造、封测这几个部分，比如华润微、泰科天润、杨杰、爱仕特等等，基本半导体则在此基础上布局了外延的部分。

当然，三安光电、世纪金光也是为数不多的全产业链布局SiC的国内厂商，从衬底、外延、到芯片设计、制造、封测都覆盖到。

总体而言，国内SiC产业分布偏向明确分工，特别是多家初创企业，集中在SiC芯片设计的部分，轻资产之下的发展速度也较快。但未来国内SiC产业会不会同样走上上下游互相并购渗透，往垂直供应体系发展？可能在可以预见的未来几年时间里暂时都不会出现，百花齐放、分工明确，或许是中国SiC产业在高速发展期的一个体现。

市场空间

中国发展碳化硅等第三代半导体产业，在技术上有一个巨大的优势，就是相比于硅基集成威廉希尔官方网站产业链，SiC由于应用于功率半导体为主，对制程的需求很低，整个产业链自主化程度可以做到很高。

而在市场上，中国则拥有SiC产业发展的最佳土壤。中国电动汽车产业在全球无疑处于领先地位，与此同时，中国还是最大的汽车市场以及汽车生产国。而目前全球汽车产业正在从燃油车往电动汽车转移，电动汽车也正在从400V到800V的高压架构发展。

在一系列市场需求的转变下，SiC对电动汽车的能量利用效率、充电速度、电机功率等都带来巨大的提升。东芝的试验数据显示，碳化硅基 MOSFET 在相同环境下，对比同规格硅基 IGBT 的能量损失减少66%，主要来自于开关损耗的大幅减少。相同规格的碳化硅基 MOSFET 与硅基 MOSFET 相比，其尺寸可大幅减小至原来的1/10，导通电阻可至少降低至原来的 1/100。

而这些数据转化成为续航里程，在城市工况下主驱采用SiC器件的电动汽车，要比采用IGBT的电动汽车续航里程多5%-10%。所以自2017年特斯拉首次将SiC器件应用到主驱逆变器上，截至今年，比亚迪、吉利、蔚来、小鹏、现代等多家车企都已经推出采用SiC模块的车型。随着电动汽车的市占率不断提高，SiC成本下降以及产能的持续爬升，未来无论是800V还是400V平台的电动汽车都会陆续应用到SiC。

从目前的供应情况来看，车规级SiC MOSFET主要由英飞凌、ST、罗姆三家供应，供不应求现象较为严重。但另一方面，这对于中国庞大的汽车产业来说，也是本土SiC行业发展并抢占市场份额的良机，据一些业内人士的反馈，在考虑到车企新车研发周期、以及国内产能扩张速度，2025年前后就能见到国产SiC MOSFET在汽车上的大规模落地了。

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