“大规模启动”在即,碳化硅产能仍待“爆发”。

 admin   2024-03-13 04:07   13 人阅读  0 条评论

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随着汽车“新四化”的加速演进,汽车芯片已成为整个半导体市场的关键增长点之一,而碳化硅以其优异的性能成为闪亮的明星。各大芯片公司已开始以碳化硅为核心的大规模扩产和收购。各大汽车厂商也担心芯片短缺,纷纷开始快速下单,并与芯片厂商签订长期供货合同。碳化硅的崎岖道路开始了。


电动汽车将推动碳化硅的大规模商业化应用。


随着新能源汽车市场的发展,韩国新能源汽车市场份额已超过28%。有机构预测,到2030年,全新能源汽车销量将占新车销量的近50%。


来源Trendforce


目前,碳化硅功率器件已应用于新能源汽车内部的主要电力系统,包括牵引逆变器、DC/DC变换器、车载充电机等。IEEE宽带隙半导体技术路线图委员会主席VictorVeliadis表示,电动和混合动力汽车可能是推动碳化硅大规模商业化的“杀手级”应用。


“碳化硅比硅具有更宽的带隙,可以实现更高的电压抑制,适用于高功率和高压应用。这使得DC/DC转换器和车载充电器更加高效,同时降低了成本。电动汽车可以快速充电,并且可以快速充电。”更长的行驶里程使它们非常具有竞争力,”VictorVeliadis解释道。


“随着车内空间变得更小,提高功率密度是未来的发展趋势。与硅相比,碳化硅器件不仅可以使功率半导体的封装方法更加复杂,还可以创造更多的无源器件来支持功率器件。”而且散热器也更小。”泰科天润半导体科技有限公司营销副总裁邱琪告诉中国电子报编辑。


泰科天润6英寸碳化硅生产线


其在缩小体积、提高效率方面的出色表现,帮助碳化硅成功“上路”。其中,碳化硅技术在新能源汽车上的应用主要集中在两个方面。首先,在车载充电器、DC-DC等电源领域,基于现有硅技术的系统功率密度小于2KW/L,而采用碳化硅技术的OBC系统可以实现超过2KW/L的功率密度。3千瓦。/L,效率也从95提高到97以上,节省了消费者的能源。第二是主驱动逆变器领域。安森美半导体电源解决方案事业部汽车主驱动逆变器半导体中国区负责人陆涛告诉小编“碳化硅应用于主驱动逆变器最直接的体现就是提高系统的效率,实现相同的电池容量,提高汽车的续航里程。根据一些市场反馈,碳化硅主”驱动逆变器的效率至少提高了两倍,从整个车辆系统来看,大多数新能源汽车制造商现在都在推出或准备推出采用碳化硅的主驱动逆变器。”


由于快速充电的需求,800V高压系统逐渐进入市场。陆涛预计,未来一两年将会出现更多采用800V系统的新能源汽车。碳化硅在高压下低阻抗的优异表现也将增加其市场份额。


企业多措并举,强化产业链稳定性。


随着汽车市场对碳化硅器件的需求持续增长,它创造了市场机会,但也带来了不稳定的影响。芯片制造商和汽车制造商都认识到了这一点,并开始增强其碳化硅产品。改善供应链,避免重蹈之前汽车芯片短缺的覆辙。


数据来源YOLE


例如,Wolfspeed宣布将其全部射频业务出售给MACOM,交易所得款项将用于扩大其碳化硅业务,瑞萨电子宣布与Wolfspeed签订为期10年的碳化硅晶圆供应协议,意法半导体宣布三安光电已组建合资公司,在中国量产200mm碳化硅器件,意法半导体将继续在意大利和新加坡投资,到2030年实现碳化硅年销售额超过50亿美元。Frontier已同意收购该公司前国富工厂。该工厂将成为罗姆生产罗姆碳化硅功率半导体的主要生产基地。到2030财年,碳化硅产能预计将增加至目前产能的35倍。2021财年。


目前,中高端新能源汽车器件正在向碳化硅靠拢或过渡,这在800V系统中尤为明显,这也是整体碳化硅市场快速发展的原因之一。“但任何市场的快速发展都会导致相应的供应短缺或生产过剩。新能源汽车的一个具体标志就是这两年碳化硅产品的短缺。”陆涛告诉小编。


碳化硅行业是技术密集型行业,不仅需要大量资金和时间建设晶圆生产线,还面临核心生产设备采购困难、碳化硅器件制造工艺复杂、原材料短缺等困难。相关人员。事实上,随着专业人才的加入,进入门槛也随之提高。其次,由于汽车级碳化硅功率器件的性能和可靠性要求较高,目前只有少数公司能够提供。这些题都会导致目前碳化硅器件的供应短缺。


整个供应链都面临着产能挑战。


安森美半导体推出下一代1200VEliteSiC碳化硅M3S器件


安森美半导体一直积极参与改善碳化硅供应链,并在过去两年收购了GTAdvancedTechnologies,以确保高质量的衬底生产能力和研发能力。与此同时,安森美半导体也在积极投资,包括扩建捷克外延工厂以确保外延产能,以及扩建韩国晶圆厂以增强FAB能力。


国内碳化硅企业泰科天润也坚持IDM。以自有晶圆生产线为基础,不断积累碳化硅器件制造及生产工艺经验,进一步掌握核心技术。预计2022年底开始建设8英寸碳化硅生产线,到2025年达到年产10万片的产能。下游企业方面,泰科天润正积极与比亚迪、五菱迷你、广汽、玛莎拉蒂、吉利、北汽、东风等车企合作,进一步了解市场需求。


“近期,各大碳化硅企业都在积极布局,加强与上下游企业的联系,以确保碳化硅供应链的安全。”中国电子时报总编辑杨俊康告诉中国电子时报。“这两种碳化硅装置都属于新兴市场,如果这两种装置联合研究相关技术,预计会开发出更适合市场的新产品。”他说。


将碳化硅大规模引入汽车仍需要降低成本和提高效率。


碳化硅进入市场的速度很快,但要大规模完全替代汽车中的硅,降低成本仍然是关键因素。碳化硅的价格远高于硅功率器件。


邱奇告诉小编,目前碳化硅芯片降低成本主要有三个方向一是加大晶圆尺寸。单片晶圆能生产的可用芯片越多,单片芯片的价格就越低;二是通过减薄或沟槽设计等工艺减少芯片面积;三是通过工艺提高良率。优化。


最初,大多数碳化硅制造商能够生产4英寸晶圆,但随着衬底和外延技术的进步,大型晶圆生产成为可能。现在许多碳化硅制造商表示将把生产线从6英寸扩大到8英寸。尺寸和功率器件之间最直接的关系体现在DPW中。安森美半导体现场应用工程师、中国汽车主驱动碳化硅技术支持专家牛家豪给小编打了这样的比喻“以32mm碳化硅器件为例,一块6英寸晶圆可生产约450个器件,一块8英寸晶圆可生产约450个器件,一个晶圆可生产约850个器件,因此该比例将大幅降低”。


然而,仅仅增加晶圆尺寸并不能提高效率。如果技术发展不成熟,“大晶圆”的优势可能会变成劣势。“我们不仅关注DPW,还关注GDPW。GDPW/DPW是实际良率。用8英寸晶圆生产芯片,需要高质量的衬底、高质量的外延、高质量。这三个主要是“对于高端设备来说非常重要。它是加工技术中不可或缺的元素。”陆涛说。


牛家豪告诉小编,“目前市场还没有实现8英寸碳化硅晶圆产品的量产,碳化硅晶圆尺寸从6英寸升级到8英寸还存在很多技术。衬底采用的是硅硬质合金器件。“它们被使用并占成本的很大一部分,主流制造商正在不断努力增加尺寸并提高质量,以便在单板上获得更多器件并最终降低成本。”


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