“功率半導體在節約能源方面起著(zhù)重要的作用，然而之前令人無(wú)奈的是市場(chǎng)卻很小，但是，2017年世界市場(chǎng)規模超過(guò)了2兆日元（約1,200億人民幣），特別是EV、混合動(dòng)力汽車(chē)、燃料電池車(chē)等方面發(fā)展迅猛。尤其是SiC（碳化硅）被高度評價(jià)具有優(yōu)越的材料特性�！�
  
就職于大阪大學(xué)研究生院的客座教授—-中村 孝先生發(fā)表了以上看法。中村先生從1990年到2018年在羅姆株式會(huì )社從事鐵電隨機存取存儲器（Ferroelectric Random Access Memory）、SiC 功率器件的的研發(fā)工作，是羅姆公司研究開(kāi)發(fā)總部的統括部長(cháng)。在功率半導體的世界里，可謂沒(méi)有人不知道他的名字。

SiC 功率半導體器件漸漸地開(kāi)始被車(chē)載市場(chǎng)開(kāi)始采用。（照片：infineon的SiC power device）

中村先生還說(shuō)到，功率半導體市場(chǎng)融合電力和周波數，同時(shí)開(kāi)發(fā)各種各樣的產(chǎn)品。在動(dòng)作周波數高的領(lǐng)域里，硅制MOSFET（金氧半場(chǎng)效晶體管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是“主角”；在家電領(lǐng)域里，反而更多使用動(dòng)作周波數更低的功率IC。從電力變換容量方面來(lái)說(shuō)，在最高領(lǐng)域里，晶閘管（Thyristor）和GTO(Gate—Turn-Off)是最活躍的。用途大約位于中等地位的是IGBT模組，可以說(shuō)可以“變著(zhù)花樣”使用。
 
各大公司積極進(jìn)行投資
  
功率MOSFET的正在擴大用于各種電源、適配器、照明、DVD、車(chē)載等領(lǐng)域，東芝是量產(chǎn)MOSFET的大公司，據他們公司的干部說(shuō)現狀是，“無(wú)論怎么生產(chǎn)，都不夠用”。為了滿(mǎn)足現狀市場(chǎng)需求，在石川縣的主力工廠(chǎng)正在進(jìn)行超過(guò)100億日元（約6億人民幣）的擴大產(chǎn)能工作，而且也在考慮再增加投資。
 
據日經(jīng)中文網(wǎng)透露，東芝計劃到2020年度，將把功率半導體產(chǎn)能增加至2017年度的1.5倍。將以保持滿(mǎn)負荷運轉的生產(chǎn)子公司加賀東芝電子為中心增強設備。此外，東芝姫路半導體工廠(chǎng)（位于兵庫縣太子町）和泰國的半導體工廠(chǎng)也將加強組裝工序。
 
投資額在3年里預計達到約300億日元。東芝正在制造被稱(chēng)為“分離式（Discrete）”的功率半導體。該產(chǎn)品的利潤率高達10％左右，因此東芝考慮將分離式功率半導體業(yè)務(wù)的銷(xiāo)售額到2020年度增加25％，達到2000億日元。在將全年銷(xiāo)售額達到4000億日元以上的存儲器業(yè)務(wù)出售之后，東芝為實(shí)現經(jīng)營(yíng)重建，希望將分離式功率半導體培育為新的盈利業(yè)務(wù)支柱之一。
 
日本國內最大企業(yè)三菱電機2018年度將以位于熊本縣和中國的主力工廠(chǎng)為中心，投資約100億日元。以功率半導體為中心的功率器件業(yè)務(wù)到2022年度力爭實(shí)現2000億日元銷(xiāo)售額。
 
富士電機也將在2018年度內投入200億日元，增強國內工廠(chǎng)設備。開(kāi)發(fā)面向純電動(dòng)汽車(chē)、小型輕量化的功率半導體。該公司2017年度剛剛形成量產(chǎn)體制。2020年度以后將追加投資300億日元，希望將功率半導體的2023年度銷(xiāo)售額增加至現在的1.5倍，達到1500億日元。
  
羅姆公司則集中于生產(chǎn)SiC 器件，為了擴大用于產(chǎn)業(yè)的機器和面向車(chē)載的IGBT模組，繼續進(jìn)行對位于滋賀縣石山工廠(chǎng)的已經(jīng)量產(chǎn)的8inch 晶元IGBT的投資。富士電機、三菱電機等公司在超過(guò)已投資金額的基礎上，繼續對功率半導體進(jìn)行投資，其投資的重點(diǎn)還是IGBT。
 
瞄準增長(cháng)市場(chǎng)的不僅僅是日本企業(yè)。世界最大企業(yè)德國英飛凌科技公司 (Infineon Technologies AG)3月與上海汽車(chē)合資，在上海成立了功率半導體模塊的制造公司。而美國半導體巨頭安森美半導體(ON Semiconductor）也將以車(chē)載半導體為中心，擴充功率半導體產(chǎn)品。
 
中國的比亞迪也在日前表示，明年會(huì )將其IGBT的產(chǎn)能從現在的5萬(wàn)片提升到十萬(wàn)片左右。
 
順便說(shuō)一下，IGBT的歷史并不是很久遠。1990年左右進(jìn)入市場(chǎng)，最初并未成為人們的話(huà)題。登場(chǎng)的契機居然是因為用在了豐田的混合動(dòng)力車(chē)--“PRIUS-普銳斯”上，自那以后，開(kāi)始逐漸推廣用于汽車(chē)上。
 
SiC功率器件以電動(dòng)車(chē)為中心，擴展用途
 
 以IGBT為“主角”功率半導體市場(chǎng)很活躍，SiC功率半導體也相當備受矚目。Band gap（禁帶寬度）比硅（1.12）高3.26，熱傳導率也比硅（1.5）高4.9。在周波特性方面也很突出，在對應高電壓方面也實(shí)現了1,200V以上�？梢哉f(shuō)，對于高電壓、高電流應用方面是最合適的功率器件。
  
據中村先生說(shuō)，“羅姆公司在本田的Clarity（一款氫燃料電池電動(dòng)車(chē)）上搭載了SiC功率器件，它是世界首次用Full SiC驅動(dòng)的燃料電池車(chē)，由于具有高溫條件下動(dòng)作和低損耗特點(diǎn)，可以縮小用于冷卻的散熱片，通過(guò)高頻切換也實(shí)現了電抗器的小型化。為此，擴大了內部空間，豐田的燃料電池車(chē)MIRAI可以坐4個(gè)人，本田的Clarity實(shí)現了5人座”。
 
 SiC功率器件的目標市場(chǎng)是EV、混合動(dòng)力車(chē)、燃料電池車(chē)等電動(dòng)車(chē)。最近也開(kāi)始用于功率調節器（power conditioner）、工業(yè)機器的電源等方面。成本方面相當具有優(yōu)越性。也開(kāi)始搭載在鐵道上，JR的新干線(xiàn)N700系列等已經(jīng)使用，但是只采用了三菱電機公司的Full SiC。富士電機、日立制作所、東芝等公司還沒(méi)有實(shí)現Full。
 
德國英飛凌同樣是SiC市場(chǎng)一個(gè)重磅玩家。
 
據英飛凌工業(yè)功率控制部門(mén)副總裁、大中華區副總裁于代輝介紹，英飛凌在SiC方面的研究已經(jīng)超過(guò)了十五年，近年來(lái)更是投入三千五百萬(wàn)歐元對SiC設備和相關(guān)工藝的研發(fā)，并和可靠6英寸SiC晶圓供應商建立了可靠的合作關(guān)系，保證了其SiC晶圓的供應；再加上他們頂尖的研發(fā)和技術(shù)支持團隊加持，英飛凌的SiC研發(fā)進(jìn)展順利，并推出了CoolSiC系列產(chǎn)品。
 
據介紹，不同于市場(chǎng)上大多采用類(lèi)似平面DMOS的設計，英飛凌的SiC產(chǎn)品是采用溝槽式概念，這種設計能緩和平面溝道的極低電導率，為此能夠克服性能與魯棒性之間的兩難問(wèn)題。
 
在今年十一月，11月13日，英飛凌（Infineon）宣布，其已收購一家名為 Siltectra 的初創(chuàng )企業(yè)，將一項創(chuàng )新技術(shù)（Cold Spilt）也收入了囊中�！袄淝懈睢笔且环N高效的晶體材料加工工藝，能夠將材料損失降到最低，這能大大提升SiC晶圓的切割效率，并能降低成本。
 
因為其SiC產(chǎn)品被全球的電動(dòng)車(chē)明星特斯拉采用的意法半導體在這個(gè)市場(chǎng)的表現也不容忽視。在早些時(shí)候，意法半導體CEO在接受半導體行業(yè)觀(guān)察等媒體采訪(fǎng)也談到，該公司的碳化硅產(chǎn)品已實(shí)現批量出貨，年出貨金額在今年能突破一億美元，市場(chǎng)占有率高達90%；
 
國內的比亞迪在日前同樣宣布了他們在SiC方面的布局。據介紹，公司已投入巨資布局第三代半導體材料SiC，并將整合材料（高純碳化硅粉）、單晶、外延、芯片、封裝等SiC基半導體全產(chǎn)業(yè)鏈，致力于降低SiC器件的制造成本，加快其在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的應用。
 
比亞迪宣布，他們已經(jīng)成功研發(fā)了SiC MOSFET（汽車(chē)功率半導體包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或 MOSFET等），有望于2019年推出搭載SiC電控的電動(dòng)車(chē)。預計到2023年，比亞迪將在旗下的電動(dòng)車(chē)中，實(shí)現SiC基車(chē)用功率半導體對硅基IGBT的全面替代，將整車(chē)性能在現有基礎上再提升10%。
 
其他諸如安森美、東芝、富士電機、三菱、、Littelfuse、通用電氣和GeneSiC等公司也都是SiC市場(chǎng)的重要玩家，他們都在摩拳擦掌，虛位以待。
 
晶圓完全供不應求
  
功率半導體繼續發(fā)展以車(chē)載應用為主要目標，實(shí)現了擴展IGBT、采用SiC，同時(shí)，它將在2030年成為4.5兆日元（約2,700億人民幣）的大市場(chǎng)。但是，最大的瓶頸問(wèn)題是晶片的供不應求，尤其是SiC。
 
以汽車(chē)應用為例，我們知道，功率半導體對硅片的消耗量巨大，一般情況下，一片8英寸硅片僅能切割70~80顆IGBT芯片。但新能源汽車(chē)的出現，將這個(gè)需求推到了一個(gè)新高度。
 
例如在純電動(dòng)車(chē)方面，一輛tesla model x汽車(chē)需要使用84顆IGBT，這樣算來(lái)，基本上一輛車(chē)就要消耗掉一片硅片�；旌蟿�(dòng)力汽車(chē)的功率半導體用量相對較少，以寶馬i3為例，單輛汽車(chē)的功率半導體硅片消耗量約為1/4片。
 
預計到2022年，全球電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量有望突破1000萬(wàn)輛，以平均每輛車(chē)消耗1/2片硅片計算，對應功率半導體硅片消耗量將達到500萬(wàn)片左右。這就給相應的硅片帶來(lái)了供應緊張，而今年以來(lái)的功率器件供應問(wèn)題，也是這種情況的反應之一。
 
而在面臨爆發(fā)的SiC的碳化硅，也同樣有晶圓問(wèn)題。據了解，碳化硅晶圓，光長(cháng)晶的時(shí)間，就約需要7至10天，而且生成的高度可能只有幾吋而已（硅晶棒可達1至2米以上），再加上后續的加工制程也因為硬度的影響而相對困難，因此其產(chǎn)能十分有限，品質(zhì)也不穩定。
  
據中村先生說(shuō)，羅姆公司收購了SiCrystal公司，實(shí)現了原材料的調配，但是其他廠(chǎng)家現狀非常嚴峻。
 
當今，只有一半的市場(chǎng)需求得到了滿(mǎn)足。長(cháng)此以往，有可能會(huì )失去市場(chǎng)，Cree公司的供給責任雖然比較大，但是SICCAS、SICC、CETC、CENGOL、SKC等亞洲公司和昭和電工等的增產(chǎn)體制應該會(huì )手握今后發(fā)展的“鑰匙”吧。