罗姆、英飞凌率先量产沟槽栅SiC MOSFET,Cree(Wolfspeed)、意法半导体(ST)、安森美(ON)目前仍以平面栅为主,技术路线分歧正在重塑功率器件SiC MOSFET的竞争格局。从行业演进看,参照IGBT的历史,沟槽型被视为SiC MOSFET的终极目标结构,但沟槽栅的可靠性(尤其是氧化层脆弱性问题)仍是其能否大规模通过车规验证的关键变量。
技术路线分野:沟槽栅与平面栅的博弈
目前全球SiC MOSFET市场呈现清晰的技术路线分化。罗姆与英飞凌两家已推出沟槽栅产品,而Cree、意法半导体、安森美三家仍以平面栅为主,不过行业普遍预计后三家也会逐步转向沟槽型结构。
罗姆的沟槽栅演进路线展示了这一技术方向的性能潜力。其官方数据表明,从第二代平面栅(DMOS)升级至第三代沟槽栅(UMOS)后,1200V产品的RonA(单位面积导通电阻)由8.2mΩ·cm²降至4.1mΩ·cm²,650V产品则由6.5mΩ·cm²降至3.1mΩ·cm²,性能提升近乎翻倍。
英飞凌则宣称其沟槽结构与其他厂商不同,并已完成多项可靠性测试。但需注意,英飞凌在IGBT领域虽居王者地位,在碳化硅领域却是后来者,加之碳化硅封装难度远大于IGBT,其产品最终能否满足车规要求,仍需参考车厂的验证结果。
特斯拉供应链与国内厂商的蓝海机会
特斯拉作为SiC MOSFET应用的标杆,其供应链策略值得关注。特斯拉采用自研TPAK封装设计,可接入SiC MOSFET裸芯片、IGBT芯片乃至未来成熟的氮化镓芯片。其官宣的碳化硅合作伙伴为意法半导体,而意法的大部分衬底来自Cree(Wolfspeed)。特斯拉已将封装设计开放给其他海外大厂,形成多供应商供货格局。
国内厂商在SiC MOSFET领域的处境则是机遇与挑战并存。碳化硅模块出货量较大的比亚迪,实际采购意法或博世的晶片后自行封装;斯达同样采购Cree晶片进行封装。在成品阶段,国内厂商大多只能制造二极管,对工艺要求更高的MOS管尚无能为力。这意味着二极管市场已成红海,而MOS管市场由于此前完全由国外品牌占据,对国内厂商而言是名副其实的增量蓝海。
此外,晶圆尺寸也是影响竞争格局的重要因素。当前IGBT已可实现12寸线生产,而SiC主流仍是6寸线,Cree的8寸线尚在扩产中。以5×5mm的Die尺寸计算,12寸晶圆单片产出2461颗,8寸晶圆产出约1033颗,晶圆尺寸的扩大直接关系产能供给与降本进程。
常见问题
SiC MOSFET为何要从平面栅转向沟槽栅?
沟槽栅结构可显著降低单位面积导通电阻(RonA),罗姆第三代产品较第二代实现近半的降幅。参照IGBT的发展历史,沟槽型被视为终极目标结构,但沟槽栅会使氧化层变脆弱,可靠性验证是当前最大挑战。
国内厂商在SiC MOSFET领域的机会在哪里?
国内厂商目前在碳化硅成品端以二极管为主,竞争激烈已成红海。而工艺要求更高的MOS管市场此前完全由国外品牌占据,属于增量蓝海,谁能率先实现SiC MOSFET量产,谁就有望抢占市场先机。
特斯拉的SiC供应链有何特点?
特斯拉采用自研TPAK封装,对裸芯片进行外采,官宣合作伙伴为意法半导体,衬底主要来自Cree。特斯拉将封装设计开放给其他海外大厂,形成多供应商供货格局,以保障供应链安全。