在中、低压应用领域，SiC 外延的技术相对是比较成熟的。基本上可以满足低中 压的 SBD、JBS、MOS 等器件的需求，例如一个 1200 伏器件应用的 10μm 的外延片，它的厚度、掺杂浓度都非常优秀，而且表面缺陷可以达到 0.5 平方以 下。然而在高压领域外延的技术发展相对比较滞后。展示的应用于 2 万伏的器件 上的 200μm 的一个 SiC 外延材料，它的掺杂浓度均匀性、厚度和浓度都比低 压的要差很多。
SiC 外延生长技术的不断发展。经过几十年的不断发展完善，行业通过台阶控制 外延法、TCS 法等改进生长工艺，提升生长速率、保障晶型稳定。以行业龙头企 业道康宁（Dow Corning）为例，该公司生长的 6 英寸 4H-SiC 同质外延材料 厚度均匀性小于 2%，掺杂浓度均匀性小于 3%，表面粗糙度小于 0.4nm。
SiC 外延市场由 Wolfspeed 和昭和电工双寡头垄断。SiC 外延厂商从商业模式 来看，可分为中国的大陆的 EpiWorld、东莞天域以及台湾的嘉晶电子这类纯外 延厂商；业内龙头 Wolfspeed 这样垂直一体化，能够提供衬底、外延、器件的 公司；日本昭和电工这样 SiC 单晶和外延制备的上游原材料厂商。 由于外延市场处于产业链中间环节，通常器件厂商具备一定外延能力，因而市场 规模以及玩家数量相对较小。据 Yole 数据，2020 年 SiC 导电型外延片市场中 Wolfspeed 和昭和电工市占率分别为 51.4%和 43.1%。Wolfspeed 在外延产 能 和 质 量 在 全 球 范 围 内 均 处 于 领 先 地 位 ， 昭 和 电 工 在 外 延 质 量 方 面 和 Wolfspeed 处在同一水平，产能方面略逊于 Wolfspeed。国内厂商东莞天域及 瀚天天成同属第二梯队，均计划向 8 英寸方向布局，在外延片产能与质量方面不 及国际一线厂商 Wolfspeed 与昭和电工。南京百识因体量较小，行动较慢，逊 于东莞天域及瀚天天成。
3.3. SiC 芯片技术成熟和价格改善，封装工艺同步跟进
芯片方面，目前 SiC SBD 出货最大，SiC MOSFET 接力 SiC 二极管有望成为市场 增长点。Yole 预测到 2027 年全球 SiC MOSFET 占 80%的市场规模（约 50.38 亿美元）。由于各环节良率提升、多企业布局促价格竞争、终端需求开始放量摊薄生 产固定成本，SiC 器件与 Si 器件价差缩小，预计 2023-25 年可达到合理性价比。 封装方面，从传统 HPD 升级到 AMB，材料、工艺方面升级，由传统器件厂商 ST、 英飞凌占主导地位，国内如斯达、三安、士兰微、中车等企业也在陆续研发验证。
3.3.1. SiC MOSFET 成为市场增长点，多因素推动 SiC 器件价格下降
中高压二极管产品逐年增多。Mouser 数据显示，2021 年共有 828 款 SiC SBD 产品在售，较 2020 年新增约 30 款，中高压商业化产品逐年增多。其中，80% 以上的产品耐压范围集中在 650V 和 1200V；1700V 的 SiC SBD 产品达到 31 款，与 2020 年相比新增 10 款；3300V SiC SBD 产品约 6 款，单芯片导通电 流最高达 90A（Microchip，3300V/90A）。
实际应用中的需求促使 IGBT FRD 的组合成为标配，SiC MOSFET 未来有望 替代该组合。受结构限制，IGBT 的内部没有寄生二极管，电感突然断电所释放 的电容易烧坏回路中的 IGBT，若有快恢复续流二极管，其电就会通过续流二极 管回路放电,不至于烧坏 IGBT，因此 IGBT 厂家就索性在 ce 之间再加上快速恢 复二极管。目前，对于大电流的功率模块，由 Si 的 IGBT 和 FRD 组合而成的 IGBT 模块已得到广泛应用。 SiC MOSFET 高温、高压特性使其能够更好的应用于大功率设备，在 600V 以 上具有较强优势，最高可应用于 6500V 高压，相较于传统的 Si-IGBT 体积缩 小了 50%，效率提升了 2%，器件的使用寿命得到延长，并且在相同功率下损耗 小，散热需求低，在电流密度、工作频率、可靠性、漏电流等性能指标方面优势 明显。实际使用中，通过优化 SiC MOSFET 器件结构和布局，可以提升 SiC 体二极管通流能力，不需要额外并联二极管，有效降低系统成本、减小体积。
200V SiC MOSFET 新品增多, 国际企业加速布局汽车领域 SiC MOSFET。 根据 Mouser 数据，2022 年上半年 12 家主流厂商推出的 179 款 SiC 晶体管新 产品中，SiC MOSFET 占比较大。其中，1200V 的新品推出速度明显加快， 2022 年上半年，II-VI、PI、KEC 等分别推出车规级 SiC MOSEFT，电压集中 在 1200V、1700V。国际领先厂商 GeneSiC、英飞凌、ROHM、Wolfspeed 的 1200V 以上的新产品均已经超过一半。
高压 SiC 模块产品增多。2022 年上半年，Wolfspeed、TDSC（东芝电子元件 及存储装置株式会社）、英飞凌、三菱电机等国际厂商推出新款高压 SiC 功率模 块，产品额定电压多在 1200V、1700V；并在积极推进与标准 IGBT 兼容，模 块目标解决更小尺寸、更好扩展性和更高功率密度。
多种因素推动 SiC 器件价格下降。第一，上游衬底产能持续释放，供货能力提 升，量产技术趋于稳定，良品率提升，器件制造成本降低；第二，规格由 4 英寸 转向 6 英寸、制造技术进一步提升，单片晶圆产芯片量大幅提升，成本大幅下降； 第三，随着更多量产企业加入，竞争加剧，导致价格进一步下降。第四，SiC MOSFET 产品较硅基产品 DieSize 更小，未来 Wafer Cost 下降情况下将进一 步推动 SiC 技术产业化。第五，主流豪华电动车品牌中全 SiC 逆变器预计从 2022-23 年量产，终端需求逐步释放将提升厂商产能利用率，摊薄 SiC 器件生 产成本。
供应链紧缺情况缓解，单种器件价格呈下降趋势。2022 上半年，供应链紧缺得 到缓解，供不应求的情况好转，根据材料深一度，SiC MOSFET 产品价格回落 至 2020 年底水平，650V、900V、1200V、1700V 的产品均价分别为 1.88 元 /A、2.94 元/A、2.88 元/A、5.78 元/A；较 2021 年底分别下降了-7.13%、 56.49%、-7.25%、-5.33%。 SiC、GaN 器件与 Si 器件价差缩小，价差收窄长期趋势不改。据 Mouser， 2022 年上半年，650V SiC、GaN 功率晶体管均价分别为 1.88 元/A、2.78 元 /A，与 650V 的 Si IGBT（0.36 元/A）的价差缩小到 7.8 倍、5.3 倍，较上年底 缩小了 69%、42%。随着 SiC、GaN 资源持续投入，技术产品不断改良及各家 厂商大力推进，SiC、GaN 材料、芯片、器件、模组均有大量新增产能，成本显 著下滑，SiC、GaN 产品价格进一步下降，价差收窄长期趋势不改。
SiC 器件预计 2023-25 年可达到合理性价比。根据 CASA 的跟踪，SiC 产品 价格近几年来快速下降，较 2017 年下降了 50%以上，而主流产品与 Si 产品的 价差也在持续缩小，已经基本达到 4 倍以内，部分产品已经缩小至 2 倍，已经达 到了甜蜜点。加上考虑系统成本（包括周边的散热、基板等成本）和能耗等因素， SiC 模组已经有一定竞争力。
3.3.2. 模块及单管双路线同时存在，模块亟需新的封装材料和工艺
电机控制器中硅基 IGBT 上车方案可以分为模块和单管并联两种，两者主要的 区别是封装形式的不同： （1）电控厂商外采 IGBT 模块（斯达半导、时代电气提供），然后集成电机、变速器做“三合一/多合一”方案上车，典型厂商如“央腾”。目前 IGBT 模块仍然 是主要的应用路线，在国内主要造车新势力以及部分自主品牌中渗透率较高。 （2）单管并联技术主要使用 MOS 管，主要应用在低速电动车如 60～72V 或者 是 96V 等电压平台系统。而涉及高电压、大电流平台 IGBT 单管并联方案主要 的使用者包括特斯拉和英搏尔。 中长期内 IGBT 模块和单管并联两种方案仍将并存，IGBT 单管并联方案主要应 用在 A00、A0 车型上；IGBT 模块方案将广泛应用在 A 级别车型上。单管并联 方案具有低成本、设计开发周期短的特性，因此主要用在 A00、A0 车型上，主 要电控供应商为英搏尔、阳光电源和奥斯伟尔；模块方案产品线相比 10 年前丰 富程度更高，因为 IGBT 芯片经过了模块制造商的筛选，参数一致性更好，有更 高的安全性与可靠性，因此 IGBT 模块方案在 A 级以上车型中搭载的场景更多。
SiC MOS 在主驱上车预计和 IGBT 方式类似，模块及单管并联同时存在： 国外特斯拉 model3 主逆变器选用 SiC MOS 单管并联方案。特斯拉的 Model3 是第一个应用碳化硅（SiC）功率元器件的电动车型，供应商选用来自 ST 的 650v SiC MOSFET。Tesla 的 TPAK（TeslaPack）用在主驱逆变器电力模块上共 24 颗，采用单管并联方式排布，拆开封装每颗 TPAK 有 2 个 SiC 裸晶(Die)， 共 48 颗 SiC MOSFET。
国内碳化硅供应商更多采用模块技术路线作为电控中功率模块解决方案。2021 年 12 月，基本半导体位于无锡市新吴区的汽车级碳化硅功率模块制造基地正式 通线运行，首批碳化硅模块产品成功下线。上汽大众与臻驱科技共同开发 SiC 功 率模块及电控搭载“三合一”电桥亮相大众 IVET 创新技术论坛，这款搭载臻驱 科技碳化硅电控的“三合一”电驱动系统可提升 ID4X 车型至少 4.5%的续航里 程。
现 SiC 封装技术大多沿用硅基器件封装方式，基于传统封装结构，碳化硅模块 封装主要会带来以下两方面问题： 1）引线键合，复杂内部互联结构会产生较大的寄生电容/电感。SiC 器件由于具 有高频特性、栅极电荷低、开关速度块等因素，在开关过程中电压/电流随时间的 变化率会变得很大（dv/dt；di/dt）。因此极易产生电压过冲和振荡现象，造成器 件电压应力以及电磁干扰问题。 2）高工作电压以及电流下的器件散热问题。SiC 器件可以在更高的温度下工作， 但在相同功率等级下，SiC 功率模块较 Si 在体积上大幅降低，因此 SiC 器件对 散热的要求更高。如果工作温度过高会引起器件性能下降，不同封装材料热膨胀 系数失配，进而出现可靠性问题。这意味功率模块需要更多地依赖封装工艺和散 热材料来进行散热。 当前传统的封装工艺达到了应用极限，亟需新的封装工艺和材料进行替代。
未来 SiC 模块封装有以下演进趋势：
1）在互联、烧结技术方面
内部互联技术将从铝线键合/超声焊接将改用铜线方式形式，芯片/衬板烧结方式 将采用银烧结技术代替传统 pb/Sn 合金焊。 银烧结工艺烧结体具有优异的导电性、导热性、高粘接强度和高稳定性等特点。 用该工艺烧结的纳米银烧模块可长期工作在高温环境；另外银烧结工艺会在芯片 烧结层形成可靠的机械连接和电连接，半导体模块的热阻和内阻均会降低，提升 模块性能及可靠性。银烧结技术可使模块使用寿命提高 5-10 倍，烧结层厚度较 焊接层厚度薄 60-70%，热传导率提升 3 倍。
