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碳化硅:预见未来

      材料来源:化合物半导体杂志

Omdia分析师RichardEden告诉RebeccaPool,从8英寸晶圆的产业转型到未来的市场领导者,他预计接下来会发生什么。

 

问Omdia 的高级市场分析师 Richard Eden,近几个月来对 SiC 市场影响最大的单一开发项目是什么,他的答案是英飞凌科技推出的 CoolSiC CIPOS Maxi:全球首款 SiC IPM。 1200 V 集成功率模块包括一个带有六个 1200 V CoolSiC MOSFET 的六通道硅栅极驱动器,标志着这家功率半导体公司在 2020 年推出 CoolSiC 产品的完结。

 

正如 Eden 所说:“英飞凌是功率半导体领域的巨头,尤其是在分立器件和模块领域……IPM 早在不久前就有了预期,我们一直认为这是合乎逻辑的做法。”

 

“我们将看到更多公司推出 SiC IPM——像安森美半导体这样的公司可能会成为下一个——但英飞凌是第一家完成并发布这一产品的公司,”他补充道。

 

根据功率半导体分析师的说法,IPM 提供了 SiC MOSFET 的优势,优于硅 MOSFET 和 IGBT,但易于拥有共同封装的栅极驱动 IC。至关重要的是,此举可能会使 IPMs 用于国内和要求更高的工业应用。

 

但 2020 年并不全是英飞凌。其他关键 SiC 开发集中在新一代现有产品上,例如 ST Microelectronics 的第 4 代 750 V SiC FET 平台,以及来自 ROHM Semiconductor公司、X-Fab公司、II-VI 公司以及 Wolfspeed公司、Cree公司不断增加的生产能力。

 

事实上,Eden 认为 Wolfspeed 位于纽约州的 Mohawk Valley Fab 将成为世界上第一家 8 英寸 SiC 晶圆厂,计划于 2022 年投产——这将改变游戏规则。

 

“许多其他半导体公司购买 Wolfspeed 晶圆,因此该设施可以引发行业从 6 英寸晶圆到 8 英寸晶圆的转变,”Eden 说。 “此外,目前使用 6 英寸晶圆的许多公司正在使用旧的 8 英寸硅晶圆设备,因此转向更大的晶圆尺寸可能不会太困难。”

 

“最初这些 8 英寸晶圆的产量将很低,而且需要一两年的时间才能让它们恢复到更大的晶圆尺寸,”他补充道。

 

在各方齐心协力提高 SiC 晶圆产量并与许多行业供应协议相结合之后,Eden 认为,从 2017 年到 2019 年困扰该行业的 SiC 晶圆供应短缺目前已不再是问题。分析师预测市场增长强劲,他认为这可能会给未来的供应水平带来压力。 “我知道 ROHM、Cree 和 II-VI 等公司正试图在他们认为需要的时候增加产能,但我们将不得不拭目以待,”他说。

 

Eden 还认为,当前的疫情并未显著影响 SiC 市场需求。正如他所说,工厂在 2020 年第一次大规模封锁期间暂时关闭,但此后随着市场也略有增长而恢复。 “硅半导体市场受到的影响比宽带隙市场更严重,”他说。

 

市场领导者

 

今年早些时候,Eden 与 Omdia 首次对 SiC 半导体供应商的市场份额进行了排名,结果令人感兴趣。对于2018年和2019年的整体功率分立和模块市场,Wolfspeed领先,意法半导体、英飞凌、安森美半导体和罗姆紧随其后。但个别市场的情况则不同。

 

仅在 SiC 整流器件市场,Wolfspeed 在 2018 年和 2019 年就占据了巨大的领先地位,每年占据超过 40% 的市场份额。 “Wolfspeed 处于领先地位,因为它是最早的现有 SiC 分立器件供应商,并且已经生产这些产品大约 20 年了。”Eden 强调说。

 

英飞凌、罗姆、意法半导体和安森美半导体分别位列第 2 位到第 5 位,这在很大程度上要归功于长期深耕。 “ ROHM 是这里最新的供应商,但它也早在 2010 年第一家大规模生产 SiC MOSFET 的公司,并在同一时间开发了 SiC 整流器,”Eden 说。

 

对于 SiC 功率 MOSFET 市场,意法半导体占据了领先地位,据 Eden 称,这要归功于该公司与电动汽车制造商特斯拉签订的重要合同。然而,尽管它依赖特斯拉,他预计 ST 将保持领先地位。

 

“如果在 2010 年代中期,英飞凌在 SiC MOSFET 之前没有专注于开发 SiC JFET,那么目前(紧随 ST、Wolfspeed 和 ROHM 之后)排名肯定会更高,”他补充道。

 

全 SiC 和混合 SiC 模块市场大不相同,三菱电气和安森美半导体在 2019 年分别领跑各个市场。德国的 Vincotech、英飞凌和 Wolfspeed 在这些市场中也占有重要地位,中国公司嘉兴斯达和中车时代也跻身模块供应商前五名。根据 Eden 的说法,许多模块供应商倾向于购买功率晶体管并将其组装在模块中,而不是自己制造芯片。此外,展望未来,他还希望看到更多中国企业进入模块市场。

 

“StarPower 目前是中国最大的功率模块制造商,但在整体市场中仍然很小,”他说。“但还有其他中国公司生产功率模块,例如南京SilverMicro Electronics,随着中国政府推动将碳化硅用于电动汽车和工业应用,它们将变得更加普遍。”

 

 

Eden 不认为美中贸易紧张局势对 SiC 市场的影响特别大。但正如他补充说的那样:“由于受到中国政府的强烈影响,中国公司有购买中国产品的趋势。”

 

那么 Eden 认为 SiC 市场接下来会发生什么?目前,他预计 SiC 技术将与硅和 GaN 愉快地共存,在整个十年中从硅中夺取市场份额。但是,超出此时间范围可能会带来变化。 “目前,GaN 市场落后于 SiC 市场,但最终,到 2030 年代和 2040 年代,GaN 最终可能会拥有比 SiC 更大的市场份额,”他说。

 

事实上,由于晶圆成本,Eden 认为 GaN 将始终提供比 SiC 更便宜的替代品。他强调了目前硅晶圆的成本约为 10 美元,硅基 GaN 晶圆的成本约为 25 美元,而 SiC 晶圆目前的价格高达 1000 美元。

 

“衬底是决定器件成本的决定性因素,我认为一旦解决了成品率、设计和其他挑战,GaN 器件将比 SiC 器件便宜,”Eden 说。 “ 2020 年代,在 GaN 完善之前,SiC 可能是一个权宜之计——然后这项技术将为分立功率半导体和功率模块提供更大的市场。”然而到了最后,硅、碳化硅 (SiC)、氮化镓 (GaN) 和潜在的氧化镓 (Ga2O3) 半导体将共存,各自占据市场不同应用场景,具体取决于每种产品的成本和性能优势。

 

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