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中國電科實現車規級高壓碳化硅MOSFET批量生產

碳化硅是典型的第三代半導體材料,應用廣泛,近年來發展迅速。中國電科產業基礎研究院(13所)自2004年開始對碳化硅材料、器件進行工藝研究,與國際先進水平同步。經過多年的建設和發展,2017年,4英寸碳化硅電力電子工藝線正式實現批產供貨;為進一步擴充產能、對標國際先進,2019年,產業基礎研究院(13所)採用改擴建方式完成了碳化硅電力電子6英寸工藝線。

截至目前,6英寸碳化硅電力電子工藝線已穩定生產供貨。期間通過不斷優化產品性能指標,產業基礎研究院(13所)技術團隊又基於6英寸工藝線完成了第三代薄片工藝碳化硅SBD和第三代碳化硅MOSFET產品開發,產品指標均可對標國際一線品牌。
近年來,電動汽車市場快速增長,其中高壓碳化MOSFET作為電動汽車主逆變器和車載充電器的核心元器件,市場需求量巨大。尤其是用於主逆變器的1200V/100A高壓、大電流碳化硅MOSFET芯片,代表了當前碳化硅電力電子芯片技術的最高水平,全球範圍內具備批量供貨能力的廠家屈指可數。

產業基礎研究院(13所)經過多年的技術積累和艱苦攻關,突破多項關鍵技術,完成了車規級1200V/100A碳化硅MOSFET芯片產品批量生產,實現了多款產品的系列化,產品品質得到了國內多家車企的認可。

2022年,產業基礎研究院(13所)大力推進碳化硅在電力電子領域運用發展,全面開啟「碳化硅年」,並深入布局,圍繞「技術突破」和「市場拓展」兩個重點,以現有的6英寸碳化硅工藝線為硬件基礎,同時布局產業化公司發展。上半年,產業基礎研究院(13所)當選河北省半導體產業聯盟理事長單位、河北省第三代半導體產業創新聯合體理事長單位,將牽頭打造河北省SiC產業鏈。

中國電科集團在第三代半導體領域布局

(一)55所布局車規SiC項目年產能1000萬顆:國揚電子主要負責中電科55所碳化硅器件和模組項目。6月16日,江蘇省工信廳公示了《2022年度江蘇省工業和信息產業轉型升級專項資金》,其中就包括揚州國揚電子主導的車規級SiC MOSFET芯片和功率模塊項目。據悉,此次項目產業化後,碳化硅芯片將形成年產1000萬顆的能力,功率模塊形成年產15萬隻的能力,新增營業收入1.5億元,利稅1500萬元。

(二)13所布局2大項目年產能超過12萬件:中電科13所旗下的國聯萬眾在前段時間公示了總投資3.13億元的碳化硅項目環評表,其中提到他們在建設2個碳化硅相關項目:(1)7月20日,國聯萬眾半導體官網公示了「碳化硅項目」的環評報告表。該項目總投資3.13億元,主要研發3300 V SiC MOSFET芯片及3300 V高壓功率模塊封裝技術,將於2023年1月1日開工建設;

(2)此外,國聯萬眾還在建設另一個碳化硅、氮化鎵相關項目,主要產品包括6英寸SiC、GaN晶圓;GaN功放模塊;SiC功率模塊及單管。

(3)截至目前,6英寸碳化硅電力電子工藝線已穩定生產供貨。期間通過不斷優化產品性能指標,產業基礎研究院(13所)技術團隊又基於6英寸工藝線完成了第三代薄片工藝碳化硅SBD和第三代碳化硅MOSFET產品開發,產品指標均可對標國際一線品牌。

(三)中電科材料公司將建200萬片襯底項目:中電科材料公司方面,碳化硅襯底有爍科晶體,碳化硅外延有普興電子和國盛電子。

爍科晶體:爍科晶體一期項目已於2020年2月正式投產。截至2021年底爍科晶體實現銷售收入5億元。據山西爍科晶體有限公司總經理李斌介紹,他們們下一步也將投資30億,形成接近200萬片的產能。今年3月,爍科晶體還成功研製出8英寸碳化硅晶體,實現了8英寸N型碳化硅拋光片小批量生產。

普興電子:8月15日,據河北長城網報道,河北普興電子的碳化硅搬遷項目將於今年年底全面竣工。該項目總投資5億元,項目投產後,普興電子將新購置各類外延生產及清洗檢驗設備共392台(套),預計可達到年產300萬片8英寸硅外延片、36萬片6英寸碳化硅外延產品的生產能力。

國盛電子:南京國盛電子是國內優秀的硅外延、碳化硅外延生產服務供應商,其產品覆蓋4英寸至8英寸的各類型外延片,產能達到25萬片/月(折合6英寸)。2021年9月,國盛電子的「外延材料產業基地項目」簽約落戶南京江寧開發區,一期將建設成立第三代化合物外延材料。

(四)中電科裝備公司,關鍵設備屢屢實現突破:中電科裝備公司目前已經實現了碳化硅關鍵核心設備的研製,包括碳化硅外延設備、高能離子注入設備、高溫氧化/激活,以及碳化硅晶體激光切割。

(1)中電科2所:今年8月,中電科2所激光剝離項目取得突破性進展,基於工藝與裝備的協同研發,實現了4英寸、6英寸碳化硅單晶片的激光剝離。其激光剝離設備有機結合激光精密加工和晶體可控剝離,實現半導體晶體高可靠切片工藝,可將晶體切割損耗降低60%以上,加工時間減少50%以上,並實現晶體加工整線的高度自動化。此外,今年2月,該所還成功研製出山西省首片碳化硅芯片。據悉,2021年9月,中電科二所就建設了碳化硅芯片mini線,並負責整線運行和維護。

(2)中電科48所:2021年底,據該所半導體裝備研究部副主任鞏小亮介紹,他們的第三代半導體裝備產業布局優勢明顯,SiC外延生長設備方面,在國內率先開發出碳化硅器件製造關鍵裝備,並形成成套應用態勢。截至2020年,SiC設備已在生產線應用/簽訂合同逾20台套,意向合同多台套。6英寸單片式機型滿足厚外延、高均勻、低缺陷等工藝發展需求;SiC高溫高能離子注入機,注入能量、束流、均勻性、穩定性和產能持續提升,批量應用。SiC高溫激活爐滿足量產要求,已小批量應用;SiC高溫氧化爐生產出的1200 V/80mΩ MOSFET器件進入下游用戶可靠性測試階段。


行業活動推薦

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論壇聚焦碳化硅襯底、外延、功率器件製造及相關應用等領域的技術難點與前沿發展趨勢,旨在突破碳化硅半導體產業技術瓶頸,吸收頂尖研究機構與企業的行業遠見,整合對接碳化硅半導體產業鏈資源,推進突破性的實驗室研究成果轉化,讓科研賦能產業、產業反哺科研,共同推動碳化硅半導體行業的高質量發展!

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