产业链垂直整合如何为SiC功率器件工厂赋能？

由于其宽带隙和优异的材料特性, SiC基功率电子器件现在正成为许多杀手级应用的后起之秀，例如汽车、光伏、快速充电、PFC等。然而，在整个SiC功率器件中，材料成本（即衬底和外延层）通常占比50%~75%。这将大大推迟SiC电力电子产品的真正市场爆炸。

近日，在第九届国际第三代半导体论坛&第二十届中国国际半导体照明论坛上，湖南三安半导体技术总监叶念慈在“碳化功率器件及其封装技术分会”上，带来了“产业链垂直整合如何为SiC功率器件工厂赋能”的主题报告。

“碳化功率器件及其封装技术分会”作为重要分会之一，由三安半导体、广州南砂晶圆半导体技术有限公司、北京北方华创微电子装备有限公司、 赛迈科先进材料股份有限公司、清软微视（杭州）科技有限公司、九峰山实验室、德国爱思强股份有限公司、 河北普兴电子科技股份有限公司、 江苏博睿光电股份有限公司、哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司、上海瞻芯电子科技有限公司、清纯半导体(宁波)有限公司协办支持。

报告指出，在世界各国政府针对脱碳、可再生能源需求不断增加以及提高电源效率的需求不断增加的背景下，功率半导体市场持续增长。Yole Group 旗下市场研究公司 Yole Intelligence 表示，报告称，2022年功率半导体市场规模将达到209亿美元，包括分立器件和模块，2022年至2028年将以8.1%的复合年增长率（CAGR）增长，这就意味着到2028年将达到333亿美元。其中，离散器件2022年估值为143亿美元，预计到2028年将增长至185亿美元。推动这一增长的主要应用是 xEV、直流充电基础设施和汽车，其中消费市场仍然是最大的市场。此外，2022年占功率半导体总体市场68%、模块市场31%，但预计到2028年模块占比将增至总量56%、模块市场43% 。

叶念慈在报告中指出，与硅基工业中传统的水平分工供应链相比，垂直整合正成为降低SiC功率电子产品整体成本和确保成品质量的一种有吸引力的方式。因此，许多SiC玩家相应地倾向于IDM（集成器件制造商）模式。

然而，在电力电子代工业务中，情况并非如此。特别是在SiC领域，占主导地位的铸造企业主要专注于晶圆工艺。材料（即衬底和外延层）要么从外部购买，要么由客户指定提供。SiC器件代工通常只是因为缺乏技术、不熟悉IDM模型或资本投资保守而提供晶片处理服务。这通常会导致高COO和质量责任归属问题对最终客户的影响，特别是基于目前水平分工的商业模式。湖南三安半导体正致力于解决这一问题，通过在长沙聚集4H-SiC晶体生长、衬底、外延、芯片加工和组装测试设施，为代工客户赋能，建立中国第一个垂直集成供应链。报告中展示了SiC半导体功率器件代工服务垂直整合的力量。

他表示，碳化硅功率器件在高功率和高电压应用中具有巨大潜力，如600-1700V光伏逆变器、工业电源、电动汽车和数据中心。具有垂直集成能力的制造服务，真正使参与者能够通过多种优势抓住这个快速增长的市场。

此外，三安光电在10月23日曾宣布，旗下湖南三安在碳化硅产品上取得阶段性进展，实现8英寸衬底准量产，部分产品已进入主流新能源汽车企业供应链。

在大尺寸碳化硅衬底方面，湖南三安8英寸碳化硅衬底已完成开发，依托精准热场控制的自主PVT工艺，实现了更低成本及更低缺陷密度，产品进入小批量生产及送样阶段，后续公司将继续注重良率提升，加快设备调试与工艺优化，并持续推进湖南与重庆工厂量产进程。

碳化硅MOSFET方面，该公司推出650V-1700V宽电压范围的SiC MOSFET产品，具有高性能、高一致性和高可靠性等优点。其中，1700V/1000mΩ MOSFET主要使用在光伏逆变器的辅助电源，1200V/75mΩ MOSFET主要应用于新能源汽车的OBC，两款产品均已处于客户端导入阶段，将逐步批量供货；1200V /16mΩ车规级芯片已在战略客户处进行模块验证。

此外，湖南三安与意法半导体在重庆设立三安意法半导体（重庆）有限公司，专门生产8英寸碳化硅晶圆，该项目前期相关审批事项已成功获批，各项工作有序推进，预计2025年完成阶段性建设并投产，2028年实现达产。

审核编辑：刘清