SiCMOSFET技术路线及竞争格局

EV汽车邦 2024-12-13 09:39

1、中国MOSFET行业竞争派系

MOSFET行业是技术壁垒较高的行业,在高压MOSFET依旧有部分尖端产品未实现国产替代的背景下,中国MOSFET行业可以划分为国内厂商和海外厂商两大派系,其中国内厂商数量较多,代表性的包括华润微电子、士兰微、韦尔半导体等,海外则包括英飞凌、安森美、意法半导体等厂商。随着国内厂商的技术水平持续上升,国内厂商在MOSFET市场中的市占率将呈现出增长的态势。

2、中国MOSFET行业市场排名

MOSFET作为半导体功率器件中占比最大的细分种类,各功率器件领先厂商均涉及MOSFET产品的研发生产,在MOSFET产品过于细分、尚未有权威榜单公布,因此前瞻选择通过功率器件厂商排名反映企业在MOSFET领域的企业竞争情况。2023年7月20日-21日,第十七届中国半导体行业协会半导体分立器件年会暨2023年中国半导体器件技术创新及产业发展论坛于杭州萧山举行。会上,中国半导体行业协会公布了2022年中国半导体行业功率器件十强企业名单,其中,士兰微、扬杰科技、华润微等知名上市厂商位列其中。

3、中国MOSFET行业市场集中度

结合ICWISE对各大厂商在中国市场的占有率情况进行市场集中度的计算,目前国内MOSFET市场中,依旧有较大的市场份额掌握在海外厂商的手中:其中英飞凌依靠全面的产品布局占据着20%以上的市场,安森美亦占据了10%以上的市场份额。综合来看,中国MOSFET行业CR4接近50%,CR8超过60%,市场集中度较高。

4、中国MOSFET行业企业布局

从中国MOSFET行业厂商的业务布局情况来看,多数厂商均在其总部所在区域进行布局的基础上,在国内多个地区设立生产基地以及技术支持中心,除此之外,包括扬杰科技、燕东微等领先厂商则逐步实现了海外布局。

5、中国MOSFET行业竞争状态总结

从MOSFET行业现有竞争者情况来看,当前行业厂商数量规模一般,且市场集中度较高,因此现有竞争者的竞争程度一般,但行业竞争程度有进一步加剧的趋势。

上游厂商的议价能力方面,由于上游厂商供应的产品的技术具有较高的技术壁垒,在高制程、高精度的产品生产上,上游厂商的议价能力之强则更加凸显。而对于下游厂商的议价能力上,MOSFET行业的格局则呈现出分化的情况,在中低压MOSFET领域,由于厂商技术实力较为接近,因此容易出现价格竞争的情况,消费者的议价能力较强;而在高压MOSFET领域,由于下游需求较大,而具有相关技术的厂商较小,因此导致消费者议价能力相对较弱。综合来看,下游厂商的议价能力一般。

潜在进入者威胁方面,由于MOSFET行业是技术性较强的行业,具有较高的技术壁垒,且需要长期的研发投入,因此,潜在进入者的威胁较小。

SiC MOSFET技术路线,SiC MOSFET竞争格局
SiC MOSFET是近年来MOSFET行业进行技术迭代的主要方向,相较于其他可用技术,碳化硅MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)表现出显著的性能提升,为众多电子应用带来了新的可能性。目前,SiC MOSFET的发展主要经历了三个阶段,其发展历程具体如下:

——SiC材料的优越性
SiC即碳化硅,作为一种半导体材料,具有可耐高压、高温、高频的性质,在助力设备轻量小型化上具有较为明显的优势。SiC的禁带宽度大,具有击穿电场高、热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射能力强等性质,且器件在关断过程中不存在电流拖尾现象,开关损耗低,可以大幅提高开关频率。碳化硅材料的优越性能使得相同规格的碳化硅基MOSFET与硅基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MOSFET的逆变器与硅基IGBT相比,总能量损失小于1/4。

——SiC MOSFET技术路线
功率SiCMOSFET主要有2种技术路线,根据栅极工艺分为平面型MOSFET(VDMOS)和沟槽型MOSFET(TMOS),。多数产品均采用SiC VDMOS结构,其工艺简单、阻断能力强,然而导通电阻较大;SiC TMOS是目前的研究热点,其沟道迁移率高,但工艺较为复杂,受栅氧可靠性影响导致阻断能力较差。

——SiC MOSFET竞争格局
近年来,随着新能源市场的爆发,电动汽车、光伏、储能等下游应用驱动下,包括SiC MOSFET在内的额碳化硅功率器件迎来了新一轮增长期。结合TrendForce数据,2022年SiC功率半导体的主要厂商的市场份额情况,意法半导体(36.5%),其次是英飞凌(17.9%)、Wolfspeed(16.3%)、安森美(11.6%)、罗姆(8.1%)占据了较大的部分,剩余厂商的仅占9.6%,可以认为目前SiC MOSFET市场主要依旧掌握在海外厂商手中。前瞻汇总的SiC MOSFET主要厂商产品概况如下:

SiC MOSFET发展趋势

2023年全球SiC MOSFET模块市场规模为6.285亿美元,到2029年将达到16.121亿美元,预测期内复合年增长率为17.0%。

碳化硅 (SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 模块代表了电力电子技术的尖端进步。Sic 是一种宽带隙半导体材料,与传统硅基半导体相比,具有更高的击穿电压、热导率和电子迁移率。这一特性使 SiC MOSFET 能够在更高的温度和电压下工作,特别适合功率转换器、逆变器和电机驱动器等应用。

SiC MOSFET 模块具有多种优势,包括降低功率损耗、提高效率和提高功率密度。Sic 卓越的热性能可实现更紧凑、更轻量的设计,从而提高电动汽车、可再生能源系统和工业电力应用的能源效率和性能。随着制造工艺的进步使这些模块更具成本效益,SiC MOSFET 模块的采用不断增长,使其成为现代电力电子系统中高性能和高功率应用的有吸引力的选择。


当前,在650-3300V的电压范围内,SiC MOSFET已形成了较为成熟的技术,同时相关产品已逐步推出,目前,为提高半导体元器件的性能与可靠性,未来SiC MOSFET的发展方向主要聚焦于以下几个方面:


2023年国内厂商有从模拟芯片入局到SiC功率器件领域,有初创公司推出首款车规SiC MOSFET产品,也有一些厂商的SiC MOSFET产品成功导入到主驱逆变器应用并量产。下面就来盘点一下2023年国内厂商推出的车规SiC MOSFET产品(排名不分先后)。

纳芯微

纳芯微在2023年7月宣布了他们的SiC MOSFET产品,全系列具有1200V的耐压能力。该系列产品包括四种规格的Rdson(Vgs=18V),分别为14/22/40/60mΩ,并计划经过全面的车规级认证,以确保完全符合汽车级应用的需求。

纳芯微的SiC MOSFET产品将为其在新能源汽车领域的应用提供有力支持,并与公司的其他产品线形成协同效应,共同推动公司在新能源汽车领域的业务发展。

昕感科技
昕感科技在2023年5月自主研发的1200V/80mΩ SiC MOSFET器件通过了国内第三方可靠性认证,成功获得了全套AEC-Q101车规级可靠性认证。在12月,他们又推出了另一款面向新能源领域的1200V/7mΩ规格的SiC MOSFET产品。这款产品采用了先进的结构和制造工艺,兼容18V栅压驱动,采用TO-247-4L Plus封装,并且可以封装进定制化功率模块,以支持在汽车主驱等新能源领域中的广泛应用。

瞻芯电子
瞻芯电子在2023年8月宣布,依托自建的SiC晶圆产线,他们开发了第二代SiC MOSFET产品。其中,IV2Q12040T4Z (1200V 40mΩ SiC MOSFET)已获得AEC-Q101车规级可靠性认证证书,并通过了新能源行业头部企业的导入测试,正式进入量产交付阶段。

澎芯半导体

澎芯半导体在2023年5月发布了1200V车规级平台SiC MOSFET新品,规格为1200V 40mΩ。这款产品经过了6个月全面的设计开发和可靠性考核,封装形式包括TO-247-3、TO-247-4、TO-263-7、TOLL。此前,澎芯半导体已经在该1200V车规级平台上量产了80mΩ、60mΩ、32mΩ的SiC MOSFET产品。


基本半导体

2023年4月,基本半导体位于深圳光明区的车规级碳化硅芯片产线项目举行了通线仪式,该产线主要生产6英寸碳化硅MOSFET晶圆等产品。项目达产后,每年将能满足约50万辆新能源汽车的相关芯片需求,为新能源汽车产业的快速发展提供了有力支持。

芯塔电子

2023年,芯塔电子在碳化硅功率器件领域取得了令人瞩目的成果。他们自主研发的1200V/80mΩ TO-263-7封装SiC MOSFET器件已成功获得第三方权威检测机构(广电计量)的全套AEC-Q101车规级可靠性认证,并且在头部OBC企业通过测试,已进入批量导入阶段。此外,该公司的SiC MOSFET器件已导入多家充电桩、光伏储能等领域客户,并实现了批量出货。


中科汉韵

中科汉韵在2023年9月宣布,他们的车规级SiC MOSFET晶圆已经成功实现交付。这款产品包括1200V/17mΩ和750V/13mΩ两种型号,将应用于电动汽车的主驱系统中。经过一系列的验证,包括工程批工艺开发、工艺平台逐步稳定、小批量交付客户、器件参数稳定以及客户模块参数验证和模块产品可靠性验证等,中科汉韵从今年开始批量交付车规级SiC MOSFET晶圆产品,良率达到70%以上。

澜芯半导体

澜芯半导体在2023年11月发布了业界最低导通电阻的SiC MOSFET单管产品,规格为1200V/6mΩ。这款产品采用澜芯半导体最新的第二代SiC MOSFET技术平台,TO247-PLUS封装,可以广泛应用于光伏、储能、高压充电以及单管集成主驱逆变器等领域。


蓉矽半导体

2023年4月,蓉矽半导体宣布他们的200V 12mΩ NovuSiC® MOSFET已经开始量产。这一重要里程碑的实现得益于他们的高效研发和卓越的生产工艺。首批次量产的平均良率高达80%,这充分证明了该产品的高可靠性和高质量,完全满足车规主驱芯片的标准。

国星光电
2023年10月,国星光电研发的1200V/80mΩ SiC MOSFET顺利获得了AEC-Q101车规级认证,并通过了高压960V H3TRB(HV-H3TRB)可靠性考核。这一成就使国星光电成为国内少数几家能够通过双重考核的SiC功率分立器件厂商之一。

南瑞半导体
2023年12月,南瑞半导体宣布其自主研发的1200V/40mΩ SiC MOSFET器件(NCM40S12T4K2)已顺利通过AEC-Q101车规级可靠性认证。这款器件采用了低比导微元胞芯片结构设计技术,使得其比导通电阻Ron,sp低至3.1mΩ·cm2,良率高达90%,达到了国际一流水平。该公司的产品主要面向大功率应用,其IGBT/FRD产品电压等级涵盖650V-6500V,SiC MOSFET产品电压等级涵盖1200V-3300V。这些产品已广泛应用于高压柔性输电、电能质量治理、特种电源、工业传动、风力发电、光伏发电、新型储能、制氢电源、充电设施和新能源汽车等领域。

飞锃半导体

2023年11月,飞锃半导体就展示了其车规级SiC MOSFET产品。这些产品包括1200V 35/70/160mΩ和650V 30/45/60mΩ规格,不仅已经实现量产,还通过了第三方车规AEC-Q101可靠性验证以及960V高压H3TRB加严测试。飞锃半导体的车规级SiC MOSFET目前已经发展到第二代,通过工艺优化,降低了单位晶圆面积内的导通电阻,进一步优化了开关性能。

国联万众半导体

2023年12月,中瓷电子在投资者互动平台上宣布,其子公司国联万众半导体的电驱用1200V SiC MOSFET芯片已研发成功,并开始交由客户进行上车验证,同时有小批量销售。
国联万众目前拥有包括650V、1200V和1700V在内的多种SiC功率模块系列产品,并计划未来进军高压SiC功率模块领域。令人振奋的是,国联万众的车规级SiC MOSFET模块已成功向国内一线车企稳定供货数百万只。此外,国联万众的OBC用SiC MOSFET芯片月产能已达到5kk只以上,完全能够满足车企的需求。

中汽创智

2023年11月,中汽创智自主研发的首批1200V 20mΩ SiC MOSFET芯片在积塔工厂正式下线!这款芯片采用平面栅型结构,拥有独立自主的知识产权。其独特的新型终端结构设计,带来了更高的工艺可靠性。在相同耐压水平下,该芯片体积更小,非常适合应用于新能源汽车的主驱逆变器等车载电源系统。

杰平方半导体

2023年7月,杰平方半导体发布了自主研发的SiC MOSFET产品JPM120020B,这款产品规格为1200V/20mΩ,具有出色的稳定工作温度达175℃,采用了先进的减薄工艺。它具备优异的低阻抗特性,能有效减小器件能量损耗。同时,经过严苛的可靠性认证,包括大批量的HTRB、HTGB测试和HV-H3TRB测试,确保了其在光伏逆变、新能源汽车、充电桩、储能等领域的应用可靠性。


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