全球碳化硅巨頭Wolfspeed:三大因素驅動應用落地顯著加速

2022年08月11日 17:38   21世紀經濟報道 21財經APP   駱軼琪
在同一個功率密度要求下,采用碳化硅器件實現的系統成本降低效果,已經可以低于硅基相關器件。

21世紀經濟報道記者駱軼琪 廣州報道 

作為在“雙碳”時代將發揮重要作用的材料,化合物半導體如今正走在高速發展時期。在這其中,頭部公司的動態和理解某種程度上也是一種行業風向標。

8月9日由TrendForce集邦咨詢主辦的第三代半導體前沿趨勢研討會上,Wolfspeed中國區銷售與市場副總裁張三嶺在演講時表示,鑒于終端應用市場對于高效率、高功率密度、節能省耗的系統設計需求日益增強,與此同時,各國能效標準也不斷演進,在此背景下,碳化硅憑借耐高溫、開關更快、導熱更好、低阻抗、更穩定等出色特性,正在不同的應用領域發光發熱。

且經過多年沉淀發展,Wolfspeed在8英寸碳化硅晶圓量產方面也走在加速的轉折期。

系統性成本降低

張三嶺介紹,簡單來說,碳化硅電壓、功率比較集中,雖然電流沒有IGBT模塊大,速度沒有氮化鎵快,但它符合絕大多數功率應用場景。

目前在商用的硅基MOSFET中,較少有超過1000伏的產品。但對于碳化硅來說,做1200伏產品是每家廠商第一步的選擇,它最具優勢的是1200伏-1700伏范圍,晶片不需要那么厚、那么大??梢詭砗芏鄳脠鼍暗姆奖闶褂?。當然再往上的6000伏、甚至10千伏都可以商用落地。

在常見平面結構下,對同樣900伏耐壓等級的硅基MOS和碳化硅MOS器件做對比可發現,外延層厚度會有明顯差距。原因在于,采用碳化硅材料可以令器件每微米耐電壓程度比硅基高出10倍,因此碳化硅相關器件外延層只需要硅基器件的1/10,令成本降低,技術參數下降。

另以電動汽車的22kW OBC應用為例,碳化硅器件有助于減少30%的功率損耗、縮短充電時間,并將功率密度提升50%,帶動系統效率的提升及系統成本下降。

那么總體看,碳化硅器件能夠帶來的不僅是性能改善,更是系統拓撲的革新,令器件數量大大降低,如開關、驅動IC、DCDC功率器件等都能減少一半的數量。這些減少后,就意味著功率器件的設計可以更簡潔可靠、成本可控,同時功率密度提升。從而令用戶感受到性價比提升。

由此發現,在同一個功率密度要求下,采用碳化硅器件實現的系統成本降低效果,已經可以低于硅基相關器件。

應用場景拓維

結合第三方機構的預估,張三嶺也提出了對碳化硅應用趨勢的思考和判斷。

“我們認為碳化硅在中國增長最大的市場是電動汽車;其次是光伏和儲能,這兩年在快速增長,光伏裝機量和出口量都可觀?!彼a充道,第三是充電樁市場,此前行業應用還相對蕭條,但自2020年開始,廠商相繼推出高效版充電樁,以追求效益、節能和可靠性等,由此也帶來對碳化硅器件的需求。

近兩年來,碳化硅有顯著的加速應用趨勢。究其原因,張三嶺分析道,其一,各行各業都追求更高效率和更高功率密度與可靠性的融合,諸如充電樁市場,都在拼成本的背景下,就必須通過性能革新來應對;其二,行業能效標準在不斷迭代驅動;其三也是最重要的,如今碳化硅行業已經有越來越多的參與者,國內外廠商加起來有十余家,由此帶來豐富的供應、成本下降、更好的服務等,推動系統工程師可以積極進行相關模塊設計。

綜合看,在能源效率新時代,碳化硅開始加速滲透電動汽車、光伏儲能、電動車充電樁、PFC/開關電源、軌道交通、變頻器等應用場景,接下來將逐步打開更大發展空間。

8英寸碳化硅晶圓路

作為碳化硅領域的龍頭公司,Wolfspeed目前在碳化硅材料市場占據超過60%的行業份額,且在加速推進碳化硅器件研發和生產。

據介紹,今年4月,Wolfspeed全球最大的首座8英寸(200mm)碳化硅工廠正式開業,該工廠預計2024年達產,屆時產能將達2017年的30倍。

市場拓展方面,Wolfspeed已與多家器件廠商、車企簽訂了襯底、器件相關的長期供貨協議,碳化硅車用等業務規模穩步擴大。

(目前全球碳化硅晶圓市場份額分布,Wolfspeed占據超過六成份額。圖源:Wolfspeed結合Yole數據在官網的展示)

即便此前行業中還存在“是否一定需要現階段向8英寸推進研發”的聲音。但一種觀點認為,Wolfspeed的技術演進正為后來者向8英寸加速研發帶來推動力。

張三嶺介紹,自2017年公司開始逐步推進產能擴充至今,已經經歷了轉變、爬坡、執行三段曲線發展。如今能推出可量產的8英寸碳化硅晶圓,Wolfspeed也是自2015年發布第一代后繼續迭代演進,至今到了8英寸碳化硅晶圓的第三代才實現,期間有諸多不易。

根據Wolfspeed的目標,在碳化硅材料領域,其希冀長期保持60%以上的市場份額;公司同時在推進碳化硅器件和模塊的發展,對器件也有較高成長目標。

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