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SiC陶瓷基板,市場潛力如何?

3 2023-12-18
SiC陶瓷基板

SiC具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率高以及電子飽和速度高等優(yōu)點(diǎn)。


SiC陶瓷的導(dǎo)熱率超過BeO, 達(dá)·270W/(K·m) 熱膨脹率 接近SiC, 強(qiáng)度是Al2O3的兩 倍, 絕 緣 電阻高, 但可變電阻特性的絕緣耐壓/介電特性比Al2O3差。 


高致密碳化硅陶瓷制備方法包括反應(yīng)燒結(jié)法、無壓燒結(jié)(常壓燒結(jié))法、熱壓燒結(jié)法、熱等靜壓燒結(jié)法等。


學(xué)界關(guān)注較多的是熱壓燒結(jié)的辦法,即在制備以SiC為原材料制備陶瓷基板時(shí),在其中添加少量的BeO和B2O3可以增加它的電阻率。采用不同的燒結(jié)方法、燒結(jié)助劑制備出的不同純度的SiC陶瓷。燒結(jié)時(shí),其室溫下熱導(dǎo)率為 100~490 W/( m·K) ;在1900 ℃以上的溫度中使用熱壓燒結(jié),制備出的SiC陶瓷密度達(dá)98%以上, 平均晶粒度約為6微米。 


這里采用了高導(dǎo)熱率的原理,由于BeO難于在SiC中固溶,原料中所含的各種不純物在高溫及真空中蒸發(fā),因此作為聲子散亂的最大因素的不純物固溶少 , 使的導(dǎo)熱率比原來提高約50%。



由于SiC陶瓷的介電常數(shù)非常大,因而其只適合低頻應(yīng)用,并不適合高頻應(yīng)用。目前,主要應(yīng)用在高溫應(yīng)用領(lǐng)域、加熱與熱交換工業(yè)領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域、腐蝕環(huán)境下的應(yīng)用、磨削領(lǐng)域、耐磨損機(jī)械領(lǐng)域、國防軍工及航空航天領(lǐng)域、光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域、半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用、核工業(yè)領(lǐng)域等。


根據(jù)Wolfspeed的預(yù)測,2026年碳化硅器件市場規(guī)模有望達(dá)到89億美元,碳化硅有望在新能源汽車、工業(yè)和能源、射頻市場逐步完成對(duì)硅基器件的替代。


以碳化硅為原材料的功率器件有良好的開關(guān)效率及高效的熱量積累性能,可以在升溫系統(tǒng)中保持功能穩(wěn)定,在高轉(zhuǎn)換頻率的同時(shí)擁有99%以上的逆變效率。目前SiC器件已在城市軌道交通系統(tǒng)中得以應(yīng)用。


研究表明,在眾多下游市場的需求中,SiC陶瓷基板市場增長主要驅(qū)動(dòng)因素來自于汽車領(lǐng)域,特別是新能源汽車的蓬勃發(fā)展,助推了SiC的市場增長趨勢。


根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2021年全球SiC功率器件市場規(guī)模為10.9億美元,下游汽車電子領(lǐng)域占6.85億美元。其市場有望高速增長,至2027年達(dá)到62.97億美元,其中汽車電子占49.86億美元,復(fù)合增速高達(dá) 40%。


首先,800V高壓平臺(tái)為碳化硅帶來全新發(fā)展機(jī)遇。長久以來,充電速度較慢始終是純電動(dòng)乘用車用戶的痛點(diǎn),為提高充電功率、縮短充電時(shí)間,絕大多數(shù)的主流車企選擇高壓快充方案。為此,主機(jī)廠紛紛加速布局800V高壓平臺(tái)。據(jù)悉,在800V平臺(tái)下,SiC的性能優(yōu)勢會(huì)得到更好的發(fā)揮,總體效率提高6%-8%。預(yù)計(jì) 2023-2024 年將迎來 800V 高壓平臺(tái)的快速發(fā)展期。


未來,新能源汽車領(lǐng)域成為SiC陶瓷基板最大需求領(lǐng)域。在新能源汽車領(lǐng)域,碳化硅器件主要應(yīng)用于逆變器中。隨著SiC MOS開始供應(yīng)主驅(qū)逆變器,由于逆變器所需SiC MOS面積變大,對(duì)于陶瓷襯板的產(chǎn)能消耗量快速增長。


目前,特斯拉是全球碳化硅模塊用量最多的企業(yè),自Model3開始,特斯拉全系標(biāo)配碳化硅MOSFET模塊替代IGBT作為逆變器功率器件。隨后,比亞迪已在碳化硅方面取得重大技術(shù)突破,在旗艦車型上大批使用碳化硅模塊,蔚來旗下ET7、ES7、ES8、EC7等車型也已經(jīng)用上碳化硅電驅(qū)系統(tǒng),小鵬旗下G9亦采用了碳化硅器件。據(jù)估計(jì),一塊標(biāo)準(zhǔn)襯板單價(jià)為400元左右,預(yù)計(jì)2027年全球采用SiC車型將達(dá)到1032萬輛,SiC車規(guī)市場規(guī)模將達(dá)到34.3億元。


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