碳化矽作為一項關(guān)鍵技術(shù)，憑藉其優(yōu)異的功率效率和性能，已廣泛應(yīng)用於從車用領(lǐng)域（尤其是電動車和混合動力車）到工業(yè)領(lǐng)域（如人工智慧伺服器和可再生能源系統(tǒng)）等多個領(lǐng)域。意法半導(dǎo)體中國及APeC車用SiC產(chǎn)品部門經(jīng)理Gaetano Pignataro指出，儘管傳統(tǒng)的技術(shù)，如IGBT和MOSFET，仍然佔有主導(dǎo)地位，但碳化矽正迅速成為未來功率電子領(lǐng)域的核心，特別是在高功率應(yīng)用中。

圖一

在車用領(lǐng)域，碳化矽已經(jīng)在牽引逆變器等高效能應(yīng)用中取得顯著成果。Pignataro提到，過去依賴矽基超接面MOSFET的車載充電器（OBC）正逐步轉(zhuǎn)向碳化矽技術(shù)，這使得性能和功率密度大幅提升，滿足了現(xiàn)代電動車對高效能的需求。

圖四

Pignataro進一步指出，碳化矽的應(yīng)用範圍不僅限於電動車，還涵蓋了包括工業(yè)設(shè)備、AI伺服器、資料中心、通訊基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域。隨著對更高功率、更高頻率開關(guān)及更小型化系統(tǒng)的需求日益增長，碳化矽正成為滿足這些需求的理想材料。特別是在可再生能源領(lǐng)域，碳化矽的應(yīng)用越來越廣泛，例如風(fēng)力發(fā)電和太陽能逆變器等領(lǐng)域，這些應(yīng)用需要在高電壓、高開關(guān)頻率及極端環(huán)境下運行。

圖五

在發(fā)電與配電領(lǐng)域，尤其是在高功率充電站中，碳化矽也已經(jīng)成為主流技術(shù)，能夠應(yīng)對高功率需求。隨著碳化矽的成本逐漸接近傳統(tǒng)技術(shù)，許多過去依賴矽MOSFET的應(yīng)用正在轉(zhuǎn)向碳化矽技術(shù)，這也使其在工業(yè)和能源領(lǐng)域的應(yīng)用潛力不斷增大。

圖六

Pignataro強調(diào)，汽車市場無疑是碳化矽最大的成長機會。儘管電動車和油電混合車（xEV）在全球輕型車產(chǎn)量中仍佔比較低，但其市佔率正在穩(wěn)定增長。隨著電動車成本逐漸接近傳統(tǒng)燃油車，消費者對環(huán)保選擇的接受度提高，這也促使半導(dǎo)體在車輛中的需求快速增加，為ST等企業(yè)創(chuàng)造了龐大的機會。

圖七

特別是在中國，Pignataro指出，電動化的發(fā)展仍處於領(lǐng)先地位，預(yù)計今年市場增幅將超過4%。儘管增長速度較以往放緩，但市場依然強勁。相對而言，歐美市場的增長較為緩慢，這主要是受到政府補助政策變動和車貸利率上升等因素的影響。

圖八

在討論電動車設(shè)計的關(guān)鍵挑戰(zhàn)時，Pignataro指出，消費者最關(guān)心的問題之一就是續(xù)航力。隨著電動車需求的增加，如何提升單次充電的行駛距離成為了核心指標。碳化矽材料的特性使其能有效提高效率和功率密度，從而縮小動力系統(tǒng)體積並釋放更多空間以增加電池容量，最終達到延長續(xù)航力的目標，Pignataro稱之為「效能續(xù)航力」。

圖九

此外，系統(tǒng)整合性也是一個重要議題。透過減小元件尺寸並最小化冷卻系統(tǒng)，車身重量可以進一步降低，提升行駛距離及整體性能。Pignataro強調(diào)，對於汽車製造商和Tier 1供應(yīng)商而言，模組化設(shè)計至關(guān)重要，這樣可以將同一動力系統(tǒng)的元件應(yīng)用於多款車型中，從而節(jié)省研發(fā)時間與資源，對於電動車的普及具有重要意義。

圖十

Pignataro進一步提到，除了電動車，充電站和儲能系統(tǒng)也正見證著碳化矽的快速發(fā)展。高功率充電站中的矽含量已達到5,000美元，這為市場創(chuàng)造了可觀的規(guī)模。尤其在與電網(wǎng)相連的儲能系統(tǒng)中，碳化矽的應(yīng)用已顯示出巨大潛力，這些系統(tǒng)的矽含量通常在2,500到5,000美元之間，並且今年新增的儲能容量已達12GW，顯示出半導(dǎo)體行業(yè)的強大增長動能。

圖十一

Pignataro也談到，除了汽車外，碳化矽在航空領(lǐng)域也顯示出巨大的潛力。混合動力飛行器和電動垂直起降飛行器（eVTOL）等特殊應(yīng)用也開始受益於碳化矽的高效能。碳化矽能夠顯著減輕系統(tǒng)重量，對這些應(yīng)用來說至關(guān)重要。根據(jù)與空中巴士等合作夥伴的估算，碳化矽可以減輕電子系統(tǒng)的重量達50%，同時提升功率密度。由於碳化矽在更高溫度下運作效率更佳，這也有助於減少對大型冷卻系統(tǒng)的需求，簡化熱管理並提升整體系統(tǒng)的效能。

圖十二

在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，碳化矽（SiC）技術(shù)逐漸成為高效能功率電子的核心，而意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）作為這一領(lǐng)域的先行者，早在2007年便推出了首批碳化矽產(chǎn)品，並且至今已經(jīng)出貨超過5億顆元件。

Pignataro表示，該公司已經(jīng)全面量產(chǎn)第三代碳化矽產(chǎn)品，而第四代碳化矽產(chǎn)品預(yù)計將於2025年第一季完成認證並推出市場。這一代的技術(shù)將進一步提升性能，滿足未來更高功率、更高效率的應(yīng)用需求。

圖十三

然而，意法半導(dǎo)體的創(chuàng)新並不止步於此。Pignataro透露，研發(fā)團隊已經(jīng)開始著手開發(fā)第五代碳化矽產(chǎn)品，這款基於平面結(jié)構(gòu)的新產(chǎn)品將為碳化矽技術(shù)帶來顯著的性能提升，預(yù)計將成為技術(shù)發(fā)展的重要轉(zhuǎn)捩點。這種新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計靈感來自超接面高壓MOSFET，將有助於在高壓應(yīng)用中實現(xiàn)更高效的運行。

圖十四

作為碳化矽技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)，意法半導(dǎo)體並不僅僅關(guān)注前端製程，封裝技術(shù)的創(chuàng)新同樣是其成功的關(guān)鍵。Pignataro強調(diào)，ST的碳化矽產(chǎn)品線覆蓋多種封裝解決方案，從單一晶片到複雜的模組，都能提供全方位的解決方案，包括高功率封裝、先進鍵合技術(shù)以及與其他廠商相容的標準模組。這種產(chǎn)品組合不僅結(jié)合了碳化矽的卓越性能，還提供了最先進的封裝技術(shù)，滿足不同市場的需求。

圖十五

Pignataro還指出，碳化矽的設(shè)計和上市過程相當複雜，需要不斷的回饋與改善。他表示，ST積極從故障分析中汲取經(jīng)驗，並根據(jù)實際情況對產(chǎn)品進行調(diào)整，以保證其品質(zhì)和可靠性。此外，ST也與客戶保持密切合作，深入了解產(chǎn)品在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)，並進行FIT（故障率）分析，根據(jù)不同的使用情境來估算產(chǎn)品壽命，這樣的回饋機制對提升設(shè)計、優(yōu)化篩選方法和測試程序至關(guān)重要。

圖十六

Pignataro強調(diào)，ST的垂直整合策略是其成功的核心之一。從原材料到最終產(chǎn)品的整個製造過程，ST都能夠進行全面掌控，這使得他們能夠更有效地控制品質(zhì)並降低成本。尤其在碳化矽材料的製造方面，ST自主管理晶圓生產(chǎn)過程，並且掌控從碳化矽粉末製造晶棒的關(guān)鍵步驟。這一過程非常耗時且成本高，但其對最終產(chǎn)品的品質(zhì)至關(guān)重要，ST能夠通過內(nèi)部生產(chǎn)來確保高品質(zhì)的基板。

圖十七

此外，ST也持續(xù)投資擴充生產(chǎn)規(guī)模，並在全球範圍內(nèi)設(shè)立了多個製造據(jù)點，確保產(chǎn)能能夠滿足日益增長的市場需求。Pignataro透露，ST目前正在積極投入8吋晶圓的量產(chǎn)，並已完成卡塔尼亞的首條8吋試產(chǎn)線認證，目標是全面投入8吋晶圓的量產(chǎn)。

圖十八

Pignataro表示，電動化和工業(yè)應(yīng)用將是未來碳化矽需求增長的主要驅(qū)動力。隨著電動車市場的快速增長，尤其是在高功率AI伺服器和高效能電源供應(yīng)系統(tǒng)方面，碳化矽技術(shù)的需求也呈現(xiàn)顯著增長。他指出，意法半導(dǎo)體正大力投資於生產(chǎn)能力的擴張，以確保能夠在競爭激烈的市場中保持優(yōu)勢，並且將持續(xù)專注於研發(fā)，推動新材料、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。

圖十九

此外，意法半導(dǎo)體也積極進行併購，以加強其在碳化矽領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。例如，該公司收購了瑞典諾雪平的Norstel，這將有助於提高基板的生產(chǎn)能力，進一步提高生產(chǎn)效率。Pignataro強調(diào)，這些策略性舉措將幫助ST確保在未來市場中的領(lǐng)先地位。

圖二十

Pignataro對碳化矽技術(shù)的未來充滿信心。他指出，儘管目前碳化矽的應(yīng)用已經(jīng)取得顯著進展，但未來的市場機會仍然巨大，尤其是在電動化和工業(yè)領(lǐng)域。隨著ST在技術(shù)創(chuàng)新、製程優(yōu)化和產(chǎn)能擴張方面的持續(xù)努力，該公司無疑將在這一領(lǐng)域繼續(xù)保持領(lǐng)先地位，迎接更加電動化、可持續(xù)的未來。

圖二十一

Pignataro最後強調(diào)，隨著碳化矽技術(shù)的規(guī)模經(jīng)濟效益不斷擴大，製程愈加競爭力，成本結(jié)構(gòu)接近傳統(tǒng)技術(shù)，這使得碳化矽有望在各個領(lǐng)域，從電動車到能源、航空等行業(yè)，發(fā)揮更大的作用。STMicroelectronics將繼續(xù)致力於擴展碳化矽的應(yīng)用，並在這一技術(shù)革命中處於領(lǐng)先地位，迎接未來更加電動化、可持續(xù)的世界。