SiC冲64亿！意法半导体在第三代半导体方面有哪些动作？

✦ 作者：行家产研-许若冰

2021年，第三代半导体产业迎来了“高光时刻”，2022年，产业如何更好地“乘风破浪”？通过意法半导体专访，来一起了解：2022年，意法半导体又有哪些动作？

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全盘掌控SiC供应链 加速布局GaN市场

三代半风向：意法半导体预计到2024年SiC营收将达到10亿美元（约64亿人民币）。能否谈谈你们在SiC和GaN方面的部署？  

意法半导体：SiC和GaN是我们在电力电子领域的两个重点投资项目。

SiC方面，意法半导体的SiC目前是在意大利卡塔尼亚和新加坡宏茂桥2家6英寸晶圆厂完成前工序制造，后工序制造则是在深圳和摩洛哥的布斯库拉封测厂进行。

一方面，我们投资扩建了自有的SiC原材料晶圆制造能力，通过收购Norstel AB（现更名为ST Silicon Carbide AB），我们成为了一家全盘掌控SiC供应链的制造商。

同时，我们还加强了跟SiC供应商的合作伙伴关系，签订了超过7.5亿片晶圆供应协议，以便灵活地满足市场需求。

产品方面，我们提供各种采用不同技术的STPOWER SiC MOSFET产品，电压范围从650V到1700V，包括刚刚发布的第三代产品。这些器件可以降低能量损失50%，并提高开关频率，缩减产品尺寸，降低重量以及拥有成本。

三代半风向：你们在GaN方面有哪些布局？  

意法半导体：GaN是另一项前景非常光明的重要技术。GaN 器件可以让应用实现更高的能效、更高的功率密度和更小的尺寸。这项技术还减少了功率损耗，在某些应用中，是满足环保和可持续要求的理想产品。

我们收购了GaN 技术开发和创新公司EXAGAN的多数股权，并与代工厂建立合作伙伴关系，以缩短上市时间，并实现多地量产。

我们有一个GaN产品系列已经上市，产品性能非常好，令人印象深刻。该系列叫做MASTERGAN，在封装中集成 GaN HEMT 晶体管和匹配的硅驱动器，可降低在应用中集成这些高能效器件的复杂性和难度。

此外，2021年底，我们刚刚推出了一个新系列——PowerGaN GaN晶体管产品家族，能够显著降低各种电子产品的能耗和尺寸。

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成功制造出首批8英寸SiC晶圆量产

目标2024年量产并实现40%自主供应

三代半风向：2021年，意法半导体有哪些大事件？推出了哪些新技术、新产品？  

意法半导体：2021年7月，我们的瑞典北雪平工厂制造出首批8英寸SiC晶圆片。

首批8英寸SiC晶圆片质量上乘，影响芯片良率和晶体位错的缺陷非常少，这离不开意法半导体SiC公司(前身是Norstel)在SiC硅锭生长技术开发方面的深厚积累和沉淀。

SiC晶圆升级到8英寸标志着意法半导体面向汽车和工业客户的扩产计划取得重要的阶段性成功，巩固了意法半导体在这一开创性技术领域的领导地位，提高了电力电子芯片的轻量化和能效，降低客户获取这些产品的总拥有成本。

这个阶段性成功是意法半导体布局更先进的、高成本效益的8英寸 SiC量产计划的组成部分。SiC晶圆升级到8英寸属于公司正在执行的SiC衬底建新厂和内部采购SiC衬底占比超40%的生产计划。

除了晶圆片满足严格的质量标准外，SiC晶圆升级到8英寸还需要对制造设备和整体支持生态系统进行升级更换。意法半导体正在与供应链上下游技术厂商合作开发自己的制造设备和生产工艺。

▲意法半导体制造首批8英寸碳化硅晶圆

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2大新品面世 大幅提升能效

意法半导体提供一个产品丰富的STPOWER产品组合，包含SiC、GaN和硅基IGBT、高压MOSFET，交货形式可以是裸片、先进的分立器件和功率模块封装，以满足各种应用和客户的需求。

2021年12月，意法半导体推出第三代STPOWER SiC MOSFET，推进在电动汽车动力系统功率设备的前沿应用，及在其他以高功率密度、高能效、高可靠性为重要目标的场景应用。

随着电动汽车市场加速发展，许多整车厂商和配套供应商都在采用800V驱动系统，以加快充电速度，帮助减轻电动汽车重量。新的800V系统能够帮助整车制造商生产行驶里程更长的汽车。意法半导体的新一代SiC 器件专门为这些高端汽车应用进行了设计优化，包括电动汽车动力电机逆变器、车载充电机、DC/DC变换器和电子空调压缩机。

▲意法半导体推出第三代碳化硅MOSFET产品

2021年12月，意法半导体STPOWER产品组合又推出了一个新系列——PowerGaN。该系列能够显著降低各种电子产品的能耗和尺寸，目标应用包括消费类电子产品的内置电源，例如，充电器、PC机外部电源适配器、LED 照明驱动器、电视机等家电。在功率更高的应用中，意法半导体的 PowerGaN器件也适用于电信电源、工业驱动电机、太阳能逆变器、电动汽车及其充电设施。

PowerGaN具体包括G-FET，G-HEMT以及G-DRIVE晶体管系列。作为意法半导体新的G-HEMT晶体管产品家族的首款产品，650V SGT120R65AL具有120mΩ的最大导通电阻、15A的最大输出电流和优化栅极驱动的开尔文源极引脚。该产品目前采用行业标准的PowerFLAT 5x6 HV 紧凑型贴装封装，其典型应用是PC适配器、USB壁式充电器和无线充电。

▲意法半导体PowerGaN系列首发

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汽车电动化、能源转型带来新机遇

三代半风向：展望2022年，您认为第三代半导体产业会有哪些推动力？  

意法半导体：在电力和能源领域，在政府政策和投资计划的支持下，对电网、绿色公共交通和能源转型等关键基础设施的投资正在扩大。

中国在支持能源转型方面处于领先地位，并承诺实现碳中和。中国正在提高可再生能源的利用率，例如，利用风能、太阳能和水力发电，利用太阳能供暖，利用生物燃料为运输工具提供动力燃料。

▲意法半导体总裁兼首席执行官 Jean-Marc Chery

一方面，汽车行业正在向电动化和智能化转型，这两个转变引起汽车架构变化，为价值链中的新参与者打开了市场，同时也引起一些市场的动能和主要参与者发生了变化。电动汽车普及还将拉动快速充电站等基础设施投资。在每个充电站中，半导体价值超过300美元，以基于先进的高性能MCU和SiC MOSFET的数字充电解决方案为主。意法半导体产品和技术在这些方面上处于领先地位。

另一方面，风能和太阳能两种可再生能源技术需要大量使用电子产品，SiC 和GaN再次发挥重要作用。今天，SiC是风能和太阳能大功率应用的理想选择，GaN则特别适用于所谓的太阳能系统流或微型逆变器。举例来说，在太阳能功率变换中，我们的STPOWER SiC器件能帮助中国主要的新能源公司提高光伏板和光伏逆变器的能效，降低成本。

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投入巨资扩产 SiC产能提高10倍

三代半风向：2022年，你们会如何布局？  

意法半导体：意法半导体已规划在未来几年投入巨资，建设合理的产能，进一步支持客户业务发展。

2021年意法半导体的资本支出将达到约 21 亿美元，其中14 亿美元将投入全球产能扩建，7 亿美元将用于意法半导体的战略计划，为未来做准备。这里的战略计划包括在建的意大利Agrate 12英寸晶圆新厂、意大利Catania的SiC工厂和法国Tours的GaN工厂。

意法半导体也在继续投资供应链的垂直化整合，计划到 2024年将SiC晶圆产能提高到2017年的10倍，以支持众多汽车和工业客户的业务增长计划。与此同时，就像我们开发SiC 那样，我们正在投资提高内部产能，并辅以与外部合作伙伴签订代工协议，以维持功率GaN 的推出和量产，同时为我们提供足够的供货灵活性。

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GaN在车规领域开始渗透

三代半风向：您如何看待GaN器件的前景以及GaN在汽车领域的应用？  

意法半导体：SiC 和 GaN两种技术可以优势互补，共存于电动汽车的电力电子设备中，使OEM和一级供应商能够选择满足其需求的最佳技术解决方案。与SiC不同，GaN的开关特性和高频特性比较出色，主要优势是提高能效、缩减尺寸和提升性能，有助于任何系统设计提高开关频率，降低成本。意法半导体STPOWER产品组合已推出工业用功率 GaN晶体管，紧随其后我们再推出几款车规GaN晶体管。

我们预计到 2025 年，GaN 市场规模可能会略低于10亿美元。我们认为，虽然GaN 在汽车应用中具有广阔的前景，但是从中长期看，汽车行业很可能只是GaN的应用领域之一。

目前，我们看到客户已展出了几个基于GaN的中小功率车用解决方案，例如，OBC和DC-DC变换器，并且许多OEM和一级供应商在用GaN开发3kW-11kW的OBC充电机，因为开关频率高是GaN材料的固有优势。

动力电机逆变器是第三代半导体器件在汽车应用领域的另一个发展机会，其中 SiC应用已经加速增长，并开始渗透到高端电动汽车中。动力电机逆变器是否采用 GaN，取决于高压设备或多级系统的开发，以及产品的可靠性。

意法半导体汽车级产品生产线和GaN 技术的优势对汽车应用非常有吸引力，我们的产品在研发初期就完全符合汽车行业标准。

虽然技术优势让汽车行业非常感兴趣，但是GaN 器件的接受度还是取决于产品是否达到质量标准，是否满足供应链的需求。虽然技术的成熟度仍然在产品的最终选择中起作用，然而，我们相信一旦GaN证明了本身的可靠性和鲁棒性，就会获得相应的市场份额。