在新能源汽车、5G通讯、光伏储能等终端应用的发展下，SiC/GaN等第三代半导体材料水涨船高，成为时下最火热的发展领域之一。为全面梳理第三代半导体行业的发展现状、面临的瓶颈以及技术突破的方向，TrendForce集邦咨询旗下化合物半导体市场、全球半导体观察于2022年8月9日，在深圳福田JW万豪酒店举办2022集邦咨询第三代半导体前沿趋势研讨会。
会议高朋满座，来自科研院校、企事业单位、媒体界众多菁英共聚一堂，共商行业未来。
会议伊始，集邦咨询总经理樊晓莉发表致辞，她向所有参会嘉宾表示欢迎和感谢，并表达了对的第三代半导体产业发展的美好祝愿。
随后，第三代半导体领域的行业专家与集邦咨询分析师相继发表精彩演讲，演讲精华汇总如下。
Wolfspeed
终端应用市场对于高效率、高功率密度、节能省耗的系统设计需求日益增强，与此同时，各国能效标准也不断演进，在此背景下，SiC凭借耐高温、开关更快、导热更好、低阻抗、更稳定等出色特性，正在不同的应用领域发光发热。
以电动汽车的22kW OBC应用为例，SiC器件有助于减少30%的功率损耗、缩短充电时间，并将功率密度提升50%，带动系统效率的提升及系统成本的下降。
Wolfspeed 中国区销售与市场副总裁 张三岭
在能源效率新时代，SiC开始加速渗透电动汽车、光伏储能、电动车充电桩、PFC/开关电源、轨道交通、变频器等应用场景，接下来将逐步打开更大的发展空间。
为应对不断增长的SiC市场需求，已占据全球SiC材料市场最大份额（＞60%）的Wolfspeed，也在加速碳化硅器件的研发和生产。
今年4月，Wolfspeed全球最大的首座8英寸（200mm）SiC工厂正式开业，该工厂预计2024年达产，届时产能将达2017年的30倍。市场拓展方面，Wolfspeed已与多家器件厂商、车企签订了衬底、器件相关的长期供货协议，SiC车用等业务规模稳步扩大。
国星光电
电子电力元器件在工作过程中可能出现可靠性失效的问题，而巨量的实例总结发现80%以上的元器件失效的根本原因就是“热问题”，因此热管理尤为关键。
国星光电通过数字化的仿真技术开展热管理分析，快速定位热点，提前发现可靠性失效，方案调整成本低，效率高，并通过仿真技术的多学科优化指引设计开发人员优化设计，提升开发质量和效率。
国星光电 研究院研发经理、高级工程师 成年斌
依托深厚的半导体器件封测经验，国星光电在第三代半导体领域积极进行技术、产品和产线的布局，已开始向该领域的客户提供高品质、高可靠性的封测产品，包括SiC-MOSFE、SiC-SBD功率分立器件、SiC功率模块以及GaN器件等不同系列的产品。
从应用场景来看，国星光电的SiC产品目前主要面向汽车充电桩、UPS不间断电源、电力储能传输等工业级领域，下一步将逐步向车规级领域靠拢。GaN功率器件则针对潜在规模约80亿美元的快充市场开展研究工作，同时前瞻布局智能IC控制领域。
英诺赛科
数字化浪潮推动着数据中心的蓬勃发展，但数据中心的能耗和碳排放贯穿其整个生命周期，其中CPUs和GPUs需要更大的功率供电。邹艳波表示，预计2030年数据中心的耗电量将达3000TWhr，数据中心在节能方面存在较大的提升空间。
英诺赛科 产品应用总监 邹艳波
针对这一现状，英诺赛科基于GaN开发了下一代数据中心供电系统。邹艳波指出，现有的100V-650V GaN技术比Si具有非常明显的优势，目前在应用上处于井喷初期；30-40V GaN同样展示出性能的优势，吸引着业界的关注。
他指出，英诺赛科可以提供全链路的GaN的数据中心供电解决方案，使数据中心的供电更高效，更高的功率密度，更高的动态响应，助力数字中心实现绿色低碳发展。同时，针对不同应用领域英诺赛科推出了三个新产品：INN040LA015A、INN100W032A、INN650D080B。
据悉，三款产品均为E-mode器件，耐压值分别为30V、100V、650V，面向通信基站、电机驱动、户外电源、电动工具、工业电源等不同的应用场景，具有高效率、高频、高可靠性等特征，可以助力碳达峰，碳中和。
厦门大学
双碳目标背景下，新型电力系统的构建面临诸多挑战，而基于电力电子技术的柔性交直流输电装置正在成为应对挑战的关键技术手段。邱宇峰指出，电力电子设备在新型电力系统中将成为“刚需”，各类电力电子设备将在以新能源为主体的新型电力系统的各个层面发挥关键支撑作用。
厦门大学讲座教授、国网全球能源互联网研究院原院长 邱宇峰
但硅基器件固有的耐压低、电流密度低、频率低、开关速度低等弱点，导致装置体积大、重量高、功率密度低，限制了电力电子装备的普遍应用。
与之相比，SiC器件的优势在于高压（达数万伏）、高温（大于500℃），可突破硅器件在电压（数kV）和温度（小于200℃）等方面的局限性，是制备高电压、大功率器件的新型战略性材料，高压大功率SiC器件将给电力系统带来深刻变革。
但邱宇峰也指出，当前碳化硅器件的应用尚处于试验探索阶段，面向电网应用的碳化硅器件还需要在大尺寸高质量衬底外延材料，芯片电流密度，高压绝缘封装材料和应用等方面进一步开展研究。
泰科天润
高远介绍，目前，国产碳化硅芯片项目面临的问题主要有：
1、资金和时间。一座晶圆厂的建设成本包括厂房建设、设备购买及维护、人工、折旧费等，成本非常高，需要持续投入。
2、6寸、8寸的选择。短期内仍以6寸为主，可以谨慎布局8寸技术，未来瓶颈在国产8寸衬底供应。
3、人才稀缺和成体系发展。国内碳化硅产业布局很多，但人才供不应求。同时一家碳化硅器件厂商需要其内部各部门、上下游各环节协同发展才能不断前进，这一点往往没有引起足够的重视。
4、发展模式。半导体行业与互联网行业的特点还是有明显的区别的，不考虑赛道特点，直接照搬互联网的手段，大概率会水土不服的。
5、芯片制造工艺待突破。碳化硅是新材料，需要开发新工艺，也是现阶段碳化硅器件的瓶颈，也是碳化硅器件厂商的核心竞争力所在。
6、二极管已成红海市场。碳化硅二极管成为国产化的突破口，但随着价格的不断下降，导致新进玩家门槛越来越高。
7、主驱逆变器应用。碳化硅在主逆变器上的应用是碳化硅器件的主战场，国产器件需要在工业领域、OBC、车载DC-DC充分验证后才能放心上主驱逆变器，预计还需要3-5年时间。
泰科天润 应用测试中心主任 高远
最后，高远指出，事实上，国产碳化硅器件任重而道远，所面临的问题并不止以上7个。
此外，当下国际局势充满不确定性，国产碳化硅产业链仍需修炼内功，成为一名优秀的长跑者，才能迎接未来将会出现的各类问题。
晶能光电
Micro LED将在AR/VR、抬头显示、车用照明和显示、消费电子、高端电视等领域得到广泛应用，并正在开启一个千亿级的市场。
晶能光电 外延工艺经理 周名兵
目前Micro LED仍面临着关键技术和成本的挑战，包括红光光效、巨量转移、晶圆键合、及全彩化工艺，迫切需要提升良率，并优化检测和修复技术。
微米级的Micro LED产业化需要采用类IC制程以实现高良率和低成本。八英寸及以上的硅衬底GaN方案是兼容Micro LED和类IC制程的重要途径。晶能光电具有国际领先的硅衬底LED技术，并已成功实现产业化。
公司的硅衬底LED生产覆盖外延、芯片、器件、模组全链条，开发了高光效、高良率、大尺寸的近紫外、红、绿、蓝硅衬底GaN基LED外延片，并成功制备了三基色GaN Micro LED显示阵列。
晶能光电能够提供完整的硅衬底LED解决方案，期待和行业同仁密切合作，共同推动Micro LED产业的发展。
AIXTRON
在全球电力电子系统革新的大趋势推动下，第三代半导体在未来市场中有非常大的应用场景，GaN和SiC器件正在加速渗透进各级应用领域。
爱思强 工艺经理 陈伟
为了实现器件的优良性能，并实现大规划生产的需求，AIXTRON公司为市场量身定制了用于SiC外延的AIX G5 WWC和用于GaN外延的AIX G5+ C批量生产解决方案。
这两个机型都是基于全球量产客户验证的AIXTRON行星式反应器平台，配合全自动化卡匣式（C2C，SMIF可选）晶圆传输系统，目前标准配置为8×6英寸，并可以实现4/6/8英寸自由切换，目前爱思强也已经向市场推出8英寸的SiC量产设备。
中国市场一直是全球外延设备的主要驱动力量，未来爱思强还将持续提供更多的大规模量产的新技术与新设备，进一步促进第三代半导体市场的持续健康发展。
贺利氏
汽车、工业、轨道运输等应用领域对SiC电力电子模块的功率、工作温度及可靠性能各方面的要求越来越高，从上游材料来看，传统的封装材料已经达到了应用极限。
在此背景下，贺利氏Die Top System（DTS?）新型材料系统应运而生，该材料系统很好地结合了铜键合线和烧结工艺，成功突破了现有封装材料的极限，是SiC电力电子器件封装互联的创新解决方案，尤其是电动汽车高功率电力电子领域。
贺利氏 电子功率市场经理 董侃
DTS?系统具有四大特点：键合功能的铜箔表面、预敷mAgic烧结浆料、烧结前可选用胶粘剂来固定DTS?、匹配的铜键合线，相比传统材料，灵活性更强，优势凸显。
一方面，DTS?系统可以将电力电子模块的使用寿命延长50多倍，并确保芯片的载流容量提高50%以上；同时，该系统还能使结温超过200°C。因此，DTS?可大幅降低功率降额，或者在确保电流相同的情况下缩小芯片尺寸，从而降低电力成本。
另一方面，DTS?系统能显著提高芯片连接的导电性、导热性，以及芯片连接的可靠性，并对整个模块的性能进行优化。此外，DTS?系统还能简化工业化生产，很大程度提高盈利能力，加快新一代电力电子模块的上市步伐。
基本半导体
碳化硅目前主要应用于新能源汽车、轨道交通、光伏发电、工业电源等领域，其中尤以新能源汽车为典型应用。
据悉，电动汽车中需要使用碳化硅器件的装置包括汽车空调、DC/AC主逆变器、OBC车载充电器、DC/DC变换器。目前，知名车企纷纷布局碳化硅，采用碳化硅器件的电驱系统，可实现体积节省40%、重量减轻30%、效率提升10%。
基本半导体 技术营销副总监 刘诚
据悉，基本半导体于2018年开始布局汽车级碳化硅模块研发和制造，现推出了Pcore6、Pcore2、Pcell三个系列产品，并获得多个车型的定点。2021年通线的汽车级碳化硅功率模块封装产线已进入量产阶段。
光伏方面，随着光伏行业迈入大电流时代，碳化硅的性能优势凸显。据悉，采用碳化硅后，光伏逆变器系统可以提高转化效率、降低能量损耗、增加功率密度，同时显著提高循环设备的使用寿命，降低系统体积，节约系统成本。
充电桩方面，30kW及以下电源模块主要使用SiC JBS；60kW及以上电源模块主要使用SiC MOSFET。
集邦咨询
在全球疫情反复、国际冲突等客观因素的影响下，消费电子等终端市场需求有所下滑，但应用于功率元件的第三代半导体在各领域的渗透率仍然呈现持续攀升之势，其中，800V汽车电驱系统、高压快充桩、消费电子适配器、数据中心及通讯基站电源等领域的快速发展，推升了2022年SiC/GaN功率半导体市场需求。
集邦咨询化合物半导体分析师 龚瑞骄
根据TrendForce集邦咨询最新报告《2022第三代半导体功率应用市场报告》显示，随着越来越多车企开始在电驱系统中导入SiC技术，预估2022年车用SiC功率元件市场规模将达到10.7亿美元，至2026年将攀升至39.4亿美元。
GaN方面，基于Si衬底构建的GaN功率元件已成为业界主流，但至今仍受限于中、低压应用场景，因此业界持续尝试以GaN-on-Sapphire、GaN-on-GaN以及GaN-on-QST等其他结构来解决这一问题。
结语
突破材料瓶颈和工艺技术瓶颈需要一定的时间。但可以期待的是，在全球、全产业链的共同推动下，第三代半导体将在技术、产品、应用等方面持续发力。（文：集邦咨询）
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