SiC MOSFET从平面栅转向沟槽栅,将推动功率器件产业链从“材料通用”走向“工艺定制”,上下游的协作关系与价值分布将围绕沟槽工艺能力重新洗牌——衬底和外延环节的材料一致性要求提升,器件设计环节的专利与工艺壁垒抬高,封装环节与器件设计深度绑定,而具备沟槽工艺能力的IDM或设计公司将在价值链中占据更主动的位置。

沟槽栅抬高上游材料门槛

平面栅(DMOS)转向沟槽栅(UMOS)并非简单的结构变更。沟槽结构会使栅极氧化层在刻蚀后变得脆弱,这对衬底和外延材料的晶体质量、缺陷密度和一致性提出了更高要求。参照行业公开信息,碳化硅衬底的一致性问题曾被视为特定参数漂移的潜在诱因之一。这意味着衬底和外延供应商需要从“提供标准规格”转向“配合器件厂优化工艺窗口”,材料环节与器件环节的协同开发将显著加深。

器件设计:从工艺代差到专利壁垒

从平面到沟槽的演进,在导通电阻(RonA)上带来显著收益,行业公开数据对比显示,沟槽结构在1200V和650V等级下的RonA约为平面结构的一半。但沟槽工艺的可靠性验证,尤其是车规级要求,需要大量时间和测试积累。目前海外厂商中,罗姆(Rohm)和英飞凌(IFX)已有沟槽型产品,克里(Cree)、意法(STM)、安森美(ON)仍以平面型为主,行业预计后者也会逐步转向。设计公司需围绕沟槽结构重新布局专利,工艺know-how成为核心竞争壁垒,而不再只是设计图纸的比拼。

封装环节深度绑定器件设计

特斯拉的TPAK封装模式提供了一个重要信号:封装不再是被动的后道工序,而是与器件设计、系统性能深度耦合的环节。特斯拉自主设计封装,外采裸芯片(来自意法半导体等),并将设计开放给多家供应商实现多供。这种模式意味着,封装厂需要理解器件特性来定制互连与散热方案,而下游车厂的参与度也在提升。碳化硅封装难度远大于IGBT,能重新设计封装以发挥碳化硅性能的厂商,将获得更高附加值。

产业链利润再分配

综合来看,产业链利润将向具备沟槽工艺能力、能完成碳化硅MOSFET量产并配套先进封装的IDM或设计公司倾斜。国内厂商目前在碳化硅领域多数集中于二极管产品,竞争激烈,而MOSFET市场因技术门槛高,尚属增量空间。碳化硅晶圆从6寸向8寸扩产是降本的关键路径,晶圆尺寸提升带来的单片产出增长(公开数据对比显示8寸相对6寸在相同Die尺寸下产出数大幅增加)将直接影响供应链的供货能力与成本结构。

常见问题

平面栅和沟槽栅的主要区别是什么?

平面栅(DMOS)是早期碳化硅MOSFET的主流结构,沟槽栅(UMOS)通过刻蚀形成垂直沟道,能显著降低导通电阻。行业公开数据显示,沟槽结构在1200V和650V下的RonA约为平面结构的一半,但沟槽栅的氧化层更脆弱,可靠性验证是量产难点。

特斯拉的TPAK封装对产业链有什么影响?

特斯拉自主设计TPAK封装,外采多家厂商的碳化硅裸芯片(如意法半导体),并将设计开放给海外大厂。这种模式表明封装环节与器件设计深度绑定,下游车厂对供应链的掌控力增强,封装能力成为产业链的关键竞争点。

国内厂商在碳化硅MOSFET领域的机遇在哪里?

国内厂商目前在碳化硅市场多集中于二极管产品,竞争激烈;而MOSFET因工艺要求高,市场主要由海外厂商占据。谁能率先突破碳化硅MOSFET的工艺并实现量产,谁就能在增量市场中抢占先机。