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Telegram群组搜寻器:中国碳化硅持久战:脱钩时代,如何才能超越西方供应商?

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碳化硅衬底正在取代更多的汽车硅基 IGBT,常用于主驱动逆变器、OBC(车载充电器)、DC-DC车载电源转换器和大功率DCDC充电设备。


在蓬勃发展的电动汽车需求和半导体自给自足的长期目标的推动下,中国致力于发展基于碳化硅 (SiC) 的电力电子产品。中国超越西方碳化硅供应商的计划是什么?


问题来了:中国的碳化硅“玩家”有哪些?中国在新兴技术和生产设施上投入了多少资金?中国供应商是否正在制定不同的商业战略来征服 SiC 市场?这些谜题中的每一个都让全球电力电子高管彻夜难眠。


Yole Intelligence 化合物半导体团队首席分析师 Ezgi Dogmus 表示,中国SiC 是“脱钩时代”的典型代表。



在当今复杂的形势下,技术沿着不同的路径发展。例如,西方 SiC 供应商可能在中国成立合资企业,从而实现统一的全球 SiC 研发和生产的日子已经一去不复返了。我们在这个脱钩时代”看到的是两个独立的 SiC 技术、制造和供应链基础设施的并行发展。


“我们将看到竞争格局如何形成,”Onsemi 执行副总裁兼电源解决方案集团总经理 Simon Keeton 在最近接受 Ojo-Yoshida Report 采访时指出。“迄今为止,我还没有看到中国在碳化硅器件方面的竞争。”


为了满足电动汽车的动力需求,中国仍然从美国、欧洲和日本的制造商那里采购SiC器件。其中包括 Onsemi、Infineon、STMicroelectronics、Wolfspeed 和 Rohm。谁也无法猜测中国多久能够扭转供应链。


目前,西方的许多SiC企业淡化了中国在全球市场上的作用,主要是因为中国的投资集中在SiC晶圆上,而不是SiC MOSFET等器件级开发。Yole的Dogmus表示,那些在中国建立SiC产能和能力的器件厂商还没有能力与欧盟和美国的厂商竞争。


但情况正在开始发生变化。在上个月的慕尼黑电子展上,英飞凌科技公司的首席执行官Jochen Hanebeck指出:"我看到中国打算用宽带隙半导体,尤其是用碳化硅来取代硅功率半导体。”


鉴于中国需求的增长,Hanebeck 警告不要低估中国:“如果一些中国芯片制造商很快能够提供SiC 创新,我不会感到惊讶。从统计上来说,这很有可能。”


动机


中国将电力电子视为进入全球半导体行业的跳板。中国正在 SiC 领域打一场持久战,目标是在未来十年内最终超越西方制造商。


计划


在2021年3月发布的最新五年计划(2021-2025)中,北京将 SiC 确定为“第三代半导体”中最有前途的技术之一。规划者认为碳化硅对中国的“新基建”至关重要。功率半导体器件的快速采用将加速中国在手机快速充电、电动汽车和 5G 通信方面的发展。


主流


由硅组成的半导体材料改变了我们的生活,相信在未来很长的一段时间里,硅半导体依然会是主流。在硅材料几十年的发展过程中,也遇到了一些问题,很多人尝试用不同的材料去替代它。半导体材料也发展了三代。碳化硅就是第三代半导体材料。由于SiC具有宽禁带宽度,从而导致其有高击穿电场强度等材料特性。受益于SiC的材料特性,SiC功率器件具有耐高压、体积小、功耗低、耐高温等优势。


资料来源:公开信息整理


这种优势主要体现在功率器件上。基于前述特性,相同规格的SiC-MOSFET比Si-MOSFET相比,导通电阻降低为1/200,尺寸减小为1/10;相同规格的使用SiC-MOSFET的逆变器和使用Si-IGBT相比,总能量损失小于1/4。


功率器件是电力电子行业的重要基础元器件之一,广泛应用于电力设备的电能转化和电路控制等领域,是工业体系中不可或缺的核心半导体产品。新能源汽车的快速增长为功率器件带来了广阔的发展空间。


碳化硅MOSFET替代硅基IGBT是大势所趋。SiC-MOSFET具有导通电阻低,开关损耗小的特点,更适合应用于高频电路。在新能源汽车电机控制器、车载电源、太阳能逆变器、充电桩、UPS等领域有广泛应用。


关于碳化硅,我们还有几点需要明确。首先,SiC并不能全面替代硅。碳化硅的优势是耐高压、耐高温、低能量损耗,但这些优势在消费电子产品中完全体现不出来。相反地,SiC晶圆制备困难,成本过高,且刻蚀困难,因此无法全面替代硅材料。


其次,碳化硅和氮化镓的性能各有侧重,应用领域不同。SiC侧重高压,GaN侧重于高频,两种材料的竞争属性不大,应用场景也不尽相同。


另外,即使是SiC的优势领域——功率器件当中,SiC也不是一家独大,硅基IGBT也并非不能用。虽然硅材料在高温、高压性能上先天不足,但海外龙头凭借着极强的技术优势,能够将硅基IGBT的性能做到和SiC-MOSFET一样的性能,成本上可能还更有优势。中国硅半导体产业链外强中干,硅基IGBT产业并不领先,所以才大力发展SiC材料,这恐怕也是一种无奈之举。


在未来很长的一段时间内,SiC都只能攫取半导体材料中一块不大的市场空间。因此我们在分析SiC时,切不可盲目乐观。


催化剂


SiC在中国的发展势头源于强劲的电动车需求。自从比亚迪在2020年推出汉EV——中国第一辆基于SiC主逆变器的电动车以来,从Nio到Xpeng的众多中国电动车OEM正在推出基于SiC技术的电动车车型。


基于 SiC 的器件的优点包括能量耗散更少。SiC 器件在更高频率下的开关效率也高于标准芯片。其结果是运行效率更高、尺寸更小、重量更轻,从而提供更小的设计,同时降低了电动汽车的冷却要求。


中国的电动车公司现在正从西方供应商那里采购SiC器件。其目的是减弱其电动车行业对外国供应商的依赖性。


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参与者


与西方SiC供应商处理整个供应链不同,中国企业采取了一种更细分的方法,专注于SiC生产过程的某些部分。其中包括SiC 晶锭(或衬底)、SiC外延和芯片加工、二极管和晶体管设计以及模块封装。在每个SiC供应链环节都出现了“玩家”。


中国的SiC“玩家”来自非常不同的背景,范围从晶圆制造商到汽车制造商。


中国领先的SiC衬底企业包括TankeBlue和SICC。Yole的Dogmus补充说:"Sunlight和SEMISiC也是值得密切关注的企业。" 三安集成电路公司采用混合业务模式,将代工和集成器件制造(IDM)业务结合起来,同时也在从事衬底制造。


虽然缺乏一个领先的IDM,但中国可以通过利用其整体制造能力来弥补其目前在SiC晶圆、器件和模块方面的不足。Dogmus说,"中国因其在消费产品方面的成功而闻名,在代工厂、封装等方面形成了成熟的分工。


例如,"中国企业在SiC衬底、外延片和封装方面都有很好的定位"。SiC器件制造 "被认为是下一轮竞争的关键步骤,"她说。Dogmus预计主要的IDM将建立大规模的器件产能。"这是一个谁在价值链中占据更高份额的问题"。


Yole 断言,中国器件制造商可能很快会生产用于汽车应用的 SiC 二极管。像 SiC MOSFET 这样的器件是另一回事。“(对中国供应商而言)可能需要三年或更长时间才能实现量产。截至目前,三安集成发布了车规级 MOSFET,但尚未实现量产。”Yole 报道称。


来源:Yole Intelligence


投资


世界各地的 SiC 厂商都在对晶圆进行大量投资。


Yole化合物半导体技术和市场高级分析师Poshun Chiu告诉我们:"衬底是SiC器件成本的一个非常大的部分....。对于参与者来说,拥有自己的内部供应是非常重要的,这样他们就可以长期控制其器件开发的内部成本"。


这也解释了最近几个月西方 SiC 厂商纷纷宣布投资 SiC 晶圆生产的原因。


中国的投资活动也集中在SiC晶圆生产上。中国领先的n型SiC供应商TankeBlue公司已投入10亿美元在大兴和北京建设6英寸和8英寸晶圆生产线。Yole表示,一期工程预计今年完成,年产10万片晶圆,计划在 2025 年扩大产能。TankeBlue 还瞄准了制造设备领域。


SICC是另一家专注于射频应用的碳化硅晶圆公司,于1月在上海交易所上市,为位于上海临港保税区的生产n型碳化硅晶圆的工厂融资。据Yole报道,其产能目标是在2024年达到每年30万片6英寸n型碳化硅晶圆。


立足于LED(GaN/GaAs)领域的三安光电,与三安集成电路在厦门开展化合物半导体代工业务。三安在湖南的一家工厂投资 23 亿美元,以支持 SiC 晶体生长、晶圆和外延片生产以及器件制造和封装。


SMIC通过投资位于绍兴的中芯集成(SMEC) 进入 SiC 市场。SMEC 成立于 2018 年,为 MEMS、IGBT 和 MOSFET 提供工艺平台。中芯国际现在为包括 SiC 在内的宽带隙半导体提供代工服务和模块封装。


比亚迪计划分拆其半导体业务,通过宁波的6英寸晶圆厂开发内部IGBT和SiC器件。到2026年,1亿美元的产能扩张将每月提供2万块6英寸晶圆。


竞争


西方碳化硅供应商在面对中国碳化硅竞争对手之前可能有几年的缓冲期。


英飞凌首席执行官Hanebeck指出,为了在基于SiC的电源系统中处于领先地位,制造商必须超越 "单个开关,了解应用和整个系统"。因此,英飞凌正在研究的不仅仅是电源开关的芯片组,还有驱动器、微控制器和配套的软件。


Wolfspeed 首席执行官 Gregg Lowe 将 SiC 描述为“一项棘手的技术,目前世界上还没有真正大量的知识。”


Lowe 预见 SiC 行业还有很长的路要走,以推动技术创新,同时削减成本和提高产量,这需要很大的耐心。


到目前为止,还没有西方碳化硅供应商向中国供应碳化硅晶锭。Yole 的 Dogmus 观察到:“一般来说,晶圆供应商更愿意在内部拥有‘神奇秘方’,并将其保存在增长的国家/地区。”


Dogmus指出,鉴于中美之间的技术竞争,知识产权保护势在必行。晶圆生产商必须拥有自己的配方和知识产权。知识产权将是所有新加入者的问题,包括中国和欧洲。在制造设备领域,中国有多家熔炉和备件供应商,这有助于中国新企业的发展和进入。


来源:Yole Intelligence


结语


如果碳化硅是一场持久战,那么中国可以通过培育其电力电子行业而占得先机。Yole报告说,由于没有季度目标,中国有 大量的时间和金钱以及数百万熟练的员工,可以在SiC领域取得成功。在“脱钩时代”, 全球SiC产业将呈现出两个动态并行发展的SiC生态圈。




来源:SICC,星空财富BJ,肥瘦相间0072003

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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