經過近五年新能源汽車市場的高速發展,過去價格高昂的SiC功率器件已經被廣泛應用到電動汽車上。而SiC的降本,一方面是源自整體產能的不斷提高,包括襯底、外延以及晶圓制造等產線擴張;另一部分是源自過去十多年時間里,SiC襯底尺寸從4英寸完全過渡至6英寸,加上良率的提升。更大的襯底尺寸,意味著單片SiC晶圓所能夠制造的芯片數量更多,晶圓邊緣的浪費減少,單芯片成本降低。
因此目前SiC產業都往8英寸晶圓發展,Wolfspeed的報告顯示,以32mm2面積的裸片(芯片)為例,8英寸晶圓上的裸片數量相比6英寸增加近90%,同時邊緣裸片數量占比從14%降低至7%,也就是說8英寸晶圓利用率相比6英寸提升了7%。Wolfspeed是全球最早量產8英寸SiC襯底以及晶圓的廠商,2022年4月,Wolfspeed的全球首座8英寸SiC晶圓廠在美國投產。而國內方面,8英寸襯底在近兩年的進展神速,多家襯底廠商已經完成研發,部分國內SiC襯底廠商已經實現8英寸的批量出貨。
比如天岳先進在2023年度業績說明會上,就已經宣布公司8英寸SiC襯底產品實現了批量化銷售;另外包括爍科晶體、晶盛機電、天科合達、同光股份等都已經進行了小批量生產。8英寸外延片方面,天域半導體、瀚天天成、百識電子都已經具備8英寸SiC外延片的供應能力。晶圓制造方面,由于晶圓尺寸的迭代需要先與上游的襯底和外延片廠商緊密合作,晶圓制造產線需要配合上游襯底的量產節點來推進。而當前8英寸SiC襯底和外延片已經開始出貨后,自然晶圓制造端也要跟上。
最近芯聯集成宣布8英寸SiC工程批順利下線,成為了國內首家開啟8英寸SiC制造的晶圓廠。目前,碳化硅單器件價格普遍為硅器件的4、5倍左右。碳化硅器件要被廣泛采用,成本必須持續優化,如今業內的目標是將碳化硅器件的成本降到硅器件的2.5倍甚至2倍以內。芯聯集成8英寸SiC晶圓產線的打通,一方面是打通了在功率器件在8英寸SiC晶圓上的制造能力,通過擴大晶圓面積,來降低單芯片的成本;另一方面也能夠配合國產8英寸SiC襯底,將SiC本土制造產業鏈打通,進一步降低成本的同時,也能夠保障供應鏈安全。
因為芯聯集成總經理趙奇在5月份的采訪中也提到,目前公司SiC外延片和襯底片供應商90%來自國內,未來8英寸規模量產后采用國內供應商完全沒有問題。當然,降低成本的方向也不僅是晶圓尺寸的增加,比如從生產上提高良率、在器件設計上采用溝槽柵等。MOSFET等功率芯片是由多個元胞組成,以往SiC MOSFET芯片是使用平面柵結構,但這種結構限制了元胞間距。采用溝槽柵結構后,能夠有效縮小元胞間距,降低芯片面積,同尺寸晶圓下就能切出更多的功率芯片。
目前,國內8英寸SiC產業鏈上,還有眾多項目正在進行建設,包括上游襯底、外延,下游晶圓制造/代工、功率模塊封測等。而隨著整體產業鏈在8英寸產線上的落地速度加快,未來SiC降本的節奏可能還將會繼續加速。
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