SiC MOSFET从平面栅转向沟槽栅,将推动功率器件行业从“材料成本主导”走向“工艺与制造能力主导”的成本结构,并重塑产业链各环节的盈利分配。沟槽栅结构在降低导通电阻的同时,对工艺可靠性和设备投入提出更高要求;而衬底成本高企、晶圆尺寸升级缓慢,仍是制约降本的核心瓶颈。盈利模式上,国内厂商以碳化硅二极管为主的红海竞争激烈,而MOS管这一蓝海市场为率先突破工艺的企业打开了更大盈利空间。
从平面到沟槽:工艺升级重塑成本重心
SiC MOSFET的技术演进正沿着IGBT的历史路径,从平面栅(DMOS)走向沟槽栅(UMOS)。以罗姆(Rohm)公布的数据为例,1200V沟槽栅产品的导通电阻(RonA)从平面栅的8.2mΩ·cm²降至4.1mΩ·cm²,650V产品也从6.5mΩ·cm²降至3.1mΩ·cm²。导通电阻的显著降低,意味着芯片面积可以进一步缩小,单片晶圆可产出的芯片数随之增加。
然而,沟槽栅工艺的复杂性也直接推高了成本。沟槽结构会使氧化层变得脆弱,可靠性验证成为车规级应用的关键门槛,这要求设备折旧和工艺成本大幅提升。目前,克里(Cree)、意法(STM)、安森美(ON)的产品以平面型为主,而罗姆(Rohm)和英飞凌(IFX)已推出沟槽型产品——行业普遍判断,沟槽型是SiC MOSFET的终极目标,但能否满足车规可靠性要求,仍取决于工艺的持续进步。
衬底与晶圆尺寸:降本的核心制约
碳化硅的成本结构中,衬底占据极高比重,而晶圆尺寸的升级进度直接决定了降本速度。当前,碳化硅的主流产线仍是6寸,克里(Cree)的8寸线仍在扩产,需要大量时间。对比来看,8寸晶圆(Die尺寸5×5mm)的单片产出数为1033颗,而12寸晶圆同样尺寸的Die产出数可达2461颗——晶圆越大,单片产出芯片越多,单位成本越低。碳化硅晶圆厂若无法快速放量8寸线,供货不足与降本滞后的局面将持续存在。
盈利模式:红海与蓝海的分化
国内厂商在碳化硅领域的布局,目前大部分只能做成二极管,对于工艺要求更高的MOS管仍无能为力。这形成了明显的市场分层:碳化硅二极管领域竞争激烈,已是红海;而MOS管市场原本完全是国外厂商的领地,属于增量空间更大的蓝海。谁能率先突破碳化硅MOS管的工艺瓶颈,谁就能抢占这一市场先机。
此外,特斯拉的封装自研模式也对产业链盈利分配构成影响。特斯拉使用自有封装TPAK(Tesla Pack),不仅可接入碳化硅MOSFET裸芯片,还可连入IGBT芯片,甚至未来可装入氮化镓芯片。特斯拉对裸芯片进行外采,官方合作伙伴为意法半导体(ST),而意法的大部分衬底来自Wolfspeed(即Cree)。这种由整车厂主导封装设计的模式,改变了传统封装环节的价值分配,也促使更多海外大厂开放设计,形成多供应商供货的格局。
常见问题
沟槽栅SiC MOSFET相比平面栅有哪些优势?
沟槽栅结构能显著降低导通电阻,以罗姆公布的数据为例,1200V产品的RonA从平面栅的8.2mΩ·cm²降至4.1mΩ·cm²,650V产品从6.5mΩ·cm²降至3.1mΩ·cm²。导通电阻降低使芯片面积可缩小,单片晶圆产出芯片数增加,有利于摊薄单位成本。
为什么碳化硅降本缓慢?
核心制约在于衬底成本高企与晶圆尺寸升级缓慢。碳化硅主流产线仍是6寸,克里(Cree)的8寸线扩产需要大量时间。以芯能半导体提供的数据为例,8寸晶圆(Die尺寸5×5mm)单片产出1033颗,而12寸晶圆可达2461颗,晶圆尺寸越大越有利于降本。
国内厂商在碳化硅领域的盈利机会在哪里?
国内厂商目前主要集中在碳化硅二极管领域,竞争激烈属红海;而MOS管因工艺门槛高,市场原由国外厂商主导,属蓝海增量市场。率先突破MOS管工艺的国内厂商,有望获得更大的盈利空间。