技术|IGBT的国产代替和技术趋势( 五 ) 功率|ic|器件|半导体|技术

文章插图
受制于成本问题，未来3-5年 IGBT 仍是最重要的应用
目前局限SIC用途的原因是成本太高，产品参数也不稳定。目前SIC芯片成本是IGBT的4-5倍，但业界预计SiC 成本三年内可以下降到2倍左右。目前有使用SiC MOS的车型是特斯拉的Model 3。
目前阻碍 SiC成本下降的主要原因是基材缺陷。应用材料的战略营销总监如此评价：“这种较宽的带隙使材料具有优良的特性，例如更快的开关速度和更高的功率密度，但是主要挑战是基材缺陷，基面位错和螺钉位错会产生“致命缺陷”，SiC器件必须减少这种缺陷，才能获得商业成功所需的高产量。”
成本下降和产品稳定需要时间验证，国产厂商的核心矛盾是国产替代。SiCMOSFET产品的稳定性需要进一步验证，根据英飞凌2020年功率半导体应用大会上专家披露，目前 SiC MOSFET真正落地的时间还非常短，在车载领域才刚开始商用，一些诸如短路耐受时间等技术指标没有提供足够多的验证，一个高端功率半导体从客户认证到产品试应用再到产品批量应用要比较长的时间，因此，未来 3-5年 IGBT还是主流的高端功率半导体产品，SiC 会在部分高端新能源车领域有一些逐步缓慢的渗透。但是对于国内厂商来说，未来5年核心矛盾是国产替代（龙头市占率从2%到20%）。
长期视角：国内IGBT国产替代的同时，也有对SiC进行前瞻布局
第三代材料SiC等作为功率半导体技术演进的方向之一，国内IGBT也有一些研发储备和样品推出，下面以斯达半导和中车时代电气为例：
一、斯达半导：公司SiC相关的产品和技术储备在紧锣密鼓的进行
1、公司已经成功研发出碳化硅模块相关技术
根据斯达半导招股说明书的披露：公司研发出碳化硅模块相关技术主要包括：
a.银浆烧结技术：采用银浆烧结后连接层熔点可达到900度以上，为锡焊工艺连接层熔点的4倍，适合于工作温度在200度以上的应用领域；银浆烧结层的电导、热导分别是锡焊连接层的5倍和4倍；
b.铜线键合技术：铜线相较于铝线，其熔点从660C提高到1083C，可大幅度提高铝线的过流能力。同时其热导率、电阻率以及杨氏模量均大幅优于铝线，并且其热膨胀系数从铝线的23.6降为16.5，可大幅降低芯片工作时升降温的连接层应力，提高芯片的抗功率循环能力。
2、公司重点项目储备进展
招股书中对于公司在研的重点项目储备进展有介绍，其中第四项储备：
1）项目名称：宽禁带半导体器件功率模块的开发；
2）项目进展：目前已经开发出应用于光伏的SiC器件模块，供客户批量使用，车用SiC模块已经完成样品认证。
3）项目拟达到的目的：进一步完善产品系列，2019年完善光伏应用的SiC器件及应用于新能源汽车的SiC模块产品。
3、公司在未来重点攻关技术研发与开发计划：
主要提到三项重要产品开发：1、全系列FS-Trench型IGBT芯片的研发；2、新一代IGBT芯片的研发；3、SiC、GaN等前沿功率半导体产品的研发、设计及规模化生产：公司将坚持科技创新，不断完善功率半导体产业布局，在大力推广常规IGBT模块的同时，依靠自身的专业技术，积极布局宽禁带半导体模块（SiC模块、GaN模块），不断丰富自身产品种类，加强自身竞争力，进一步巩固自身行业地位。
二．中车时代电气：官网中除了展示IGBT产品，还有展示5款SiC肖特基（SIC SBD产品）

文章插图
因此，目前来看，SiC产业链被国外高度垄断，未来2-3年当SiC成本由目前是Si基4-5倍下降至2倍，并且国内SIC上下游产业链也更加成熟、打破国外垄断时，预计SIC才会在国内开始提升渗透率，并且SiC只是一种基材，未来随着SiC技术的逐渐成熟，也会有SiC IGBT相关产品。
总结来看，未来3-5年Si IGBT还是应用主流，国内厂商的核心逻辑在于工控家电新能源领域进行国产替代提升份额，5年后SiC基材逐渐侵占Si基材份额的大趋势下，相信国内的技术领先优质的龙头功率半导体也能够积极储备相关技术和产品，积极拥抱迎接这一行业创新。
——END——