【导读】近年来，在5G和新能源汽车等市场驱动下，市场上不断传来IGBT缺货的消息，国际大厂的IGBT厂商交期拉长、涨价使得IGBT一再处于风口浪尖。
近年来，在5G和新能源汽车等市场驱动下，市场上不断传来IGBT缺货的消息，国际大厂的IGBT厂商交期拉长、涨价使得IGBT一再处于风口浪尖。
国内厂商虽在大力发展IGBT，但由于技术人才不足、工艺基础薄弱等历史原因，在技术和规模等各个方面都不足以与国外大厂比肩。目前，IGBT行业95%的市场被国外企业所垄断，包括新能源汽车、国家电网、光伏逆变器等。
然而，SiC器件将替代硅基IGBT，是包括英飞凌、罗姆等国际大厂一直推崇的观点，也获得了业内普遍认同，5G和新能源汽车等高功率的应用，也是 SiC器件取代IGBT最重要的市场。那么 SiC为何迟迟未能替代IGBT，国内外布局SiC厂商有哪些？
SiC为何没能替代IGBT？
众所周知，Si是集成电路最基础的材料，据资料显示，从半导体器件产值来看，全球95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路采用硅作为衬底材料。
不过，Si材料的物理性质却限制了其在高频、高功率器件上的应用，由于其在高频下工作性能较差，不适用于高压应用场景，使得 SiC等第三代半导体（宽禁带半导体）逐步受到各大半导体厂商的青睐，成为继Si之后最有前景的半导体材料。
根据YoleDéveloppement报告指出，到2024年， SiC功率半导体市场规模将增长至20亿美元，2018年至2024年期间的年复合成长约30%。其中，汽车市场无疑是最重要的驱动因素，其占 SiC功率半导体市场比重到2024年预计将达50%。
众所周知，应用在5G和新能源汽车上的产品大多具备高功率、高压、高温等特性，而据环球晶表示，碳化硅的性能具备高击穿电场强度与宽能带隙，可承受大电流与耐高压的运作，同时具备高热传导的特性，可在 SiC元件上实现高切换频率，耐高压，且缩小元件/模组体积，同时可使元件在高热环境下有效作动，适合制造超高效能的功率装置。
由于性能优异，特斯拉率先把 SiC MOSFET用到了其主驱动控制器上面。特斯拉在其Model 3中集成全 SiC功率模块，Model 3 使用了SiC后，AC / DC 的电流转换效率在长距离电动车市场上排名第一，驱动了 SiC器件在新能源汽车应用领域呈现爆发式的增长。
不过，据业内人士表示，由于成本过高，又是新技术， SiC器件在应用方面并不如成熟的硅基IGBT。
业内人士进一步指出，受制于制造成本和产品良率影响， SiC产品的价格是同类Si产品价格的10倍左右，由于其在中功率、高功率应用领域表现出来的高性能，未来随着技术改进和成本下降， SiC器件肯定会取代IGBT，但 SiC产品还得在可靠性上多做努力。
除成本过高外，近年来， SiC材料一直处于供不应求的状态，这也是影响其市场应用的不利因素。
SiC晶圆供不应求，国际大厂纷纷加码
火爆的市场需求驱动着 SiC晶圆厂商纷纷加码。2019年年初，科锐（Cree）剥离照明业务，专注于化合物半导体射频和功率应用市场，以满足5G通信和新能源汽车的市场需求，同年宣布斥资10亿美元，扩大碳化硅产能。
近年来，日本昭和电工已三度进行了碳化硅晶圆的扩产，罗姆也宣布在2026年3月以前投资600亿日圆(约5.6亿美元)，让 SiC功率半导体产能提高16倍。德国X-Fab、台湾环球晶、嘉晶、汉磊也都斥资新建碳化硅生产线。
为了强化关键半导体材料的自制率，2019年，ST完成了对瑞典 SiC晶圆制造商Norstel的整体收购，SK Siltron也宣布，以4.5亿美元收购美国杜邦的碳化硅晶圆业务。
值得一提的是，由于 SiC的技术、资金门槛都很高，且目前单晶生长缓慢、品质不够稳定，导致生产出的 SiC晶圆良率不高、成本相对高，新入局的 SiC晶圆厂商普遍处于亏损状态。
美国、日本、欧洲在 SiC领域起步早，6 英寸碳化硅衬底已经量产，8 英寸已研制成功，仅Cree一家便占据了 SiC衬底市场约40%份额。
据业内人士表示，国内 SiC衬底厂商主要天科合达、河北同光、山东天岳、中科节能等，产品以4英寸为主，6 英寸尚处在攻关阶段，质量相对薄弱。在外延方面，国内厂商主要有东莞天域、瀚天天成等，部分公司已能提供4、6英寸碳化硅外延片，针对1700V及以下的器件用的外延片已比较成熟，但对于高质量厚外延的量产技术主要还是国外的Cree、昭和电工等少数企业具备。
国内厂商积极布局
在 SiC器件方面，英飞凌、Cree、Rohm、ST四家占据了近90%的市场份额，均为IDM模式，Cree和Rohm甚至覆盖了碳化硅衬底、外延片、器件设计与制造全产业链环节，ST收购Norstel后亦是如此。
由此可见，SiC产业尚处于起步阶段，垂直整合型的生产模式更适合SiC企业发展。
值得一提的是，国内 SiC厂商也趋向这一模式，世纪金光在2017年完成了从粉料到功率器件产业链的建成并投产；山东天岳也从碳化硅衬底材料开始纵向扩展，2019年2月宣布投资 6.5 亿元人民币建设碳化硅功率芯片、碳化硅电动汽车驱动模块生产线各一条；中电55所从4-6寸碳化硅外延生长、芯片设计、制造领域实现全产业链；基本半导体旗下碳化硅器件产业链覆盖了外延制备、芯片设计、制造工艺、封装测试、驱动应用等多个环节。
同时，中车时代、泰科天润、芯光润泽等均已完成 SiC产线建设，均为IDM模式，中车时代在2019上半年报告中表示，公司正在争取 SiC产品市场化订单。
不过，面向上海瞻芯电子等初创企业，国内也有专业的 SiC制造代工厂商，例如，三安光电旗下的三安集成可提供衬底、外延、芯片制造一站式服务，为Fabless厂商代工。
此外，扬杰科技也在积极布局，早在2015年，扬杰科技就与中电55所开展碳化硅芯片和模块产品方面的合作，并募资1.5亿元用于碳化硅芯片、器件研发及产业化建设项目。
2019年12月，扬杰科技表示，公司目前可批量供应650V、1200V 碳化硅JBS器件，积极研发碳化硅MOSFET器件；同时，持续增强碳化硅领域的专利布局，加大碳化硅芯片工艺相关的自主知识产权储备。
写在最后
业内人士表示，目前英飞凌、ST、罗姆等国际大厂600-1700V碳化硅SBD、MOSFET均已实现量产，国内碳化硅厂商目前主要推出二极管产品，MOSFET只有极少数厂商量产，还有待突破，产线方面Cree、英飞凌等已开始布局8英寸线，而国内厂商还在往6英寸线过渡。
三安集成技术中心技术总监叶念慈曾表示，在单位面积 SiC芯片制造上，6英寸的生产成本较4英寸最少可降低50%，国内 SiC芯片因局限于国外6英寸衬底的供应及国内6英寸量产技术尚未成熟，仅局限于4英寸的 SiC功率芯片晶圆制造，在价格上已无法与国外先进大厂相抗衡。
虽然无论从价格、技术还是规模上，国内厂商都无法与国外先进大厂相抗衡，但好在 SiC在5G、新能源汽车、光伏等各个领域的表现都极佳，市场足够大，且国产替代需求持续，使得国内外厂商都有自己的生存空间，未来可期。
