功率半导体市场重组的震中在哪里?

多家调研机构预测,全球SiC功率半导体市场将在2025年达到约30亿美元,并于2030年突破100亿美元。然而,行业参与者当前关注的焦点并不是"增长",而是"重组"。问题正在从"谁将占领市场"转变为"谁能存活下去"。

2024年至2025年间的市场调整——以EV需求增速低于预期、库存过剩和价格压力为特征——不仅仅是供需周期的正常波动,更是残酷揭示了各参与者在财务实力和技术能力上的巨大差距。从这个意义上说,"2026年版"重组图谱所需的解读视角,与增长期时有着根本性的不同。

解构"重组":三个层面正在发生什么

简单概括功率半导体市场的重组过于表面化。实际上,材料、器件和供应链三个层面各自发生着截然不同的变化,且这三个层面相互影响。

在材料层面,两种宽禁带(WBG)半导体——SiC与GaN——之间的竞争仍在持续。WBG是指禁带宽度大于硅(Si)的半导体类别,具备适合高压、高温、高频环境的材料特性。目前SiC主要用于约1200V额定电压的器件,GaN则主要用于650V以下及高频开关应用,但两者的边界正在变得模糊。

在器件层面,SiC MOSFET各代际之间的性能差距正在迅速拉大,这意味着仅仅"使用SiC"已无法在竞争中实现产品差异化。尤其值得关注的是短路耐受时间(SCWT)与导通电阻(Ron)之间的权衡取舍。能否同时兼顾这两项指标,正成为器件选型和竞品比较中的决定性评估标准。

在供应链层面,向8英寸SiC晶圆过渡的竞争,与采购风险的不均衡分布同步推进。以Mitsubishi Electric与Coherent共同开发8英寸SiC衬底的深化合作为典型案例,器件制造商正越来越多地介入上游晶圆生产环节。

解读重组图谱的三个层面
01

材料层面:SiC vs. GaN

按电压等级和应用场景的细分持续推进,但随着GaN电压能力的提升和SiC成本的下降,两者的边界正变得模糊。资本投资方向,取决于哪种材料被视为长期赢家。

02

器件层面:代际差距扩大

短路耐受时间与导通电阻的平衡随每一代产品更新,使旧器件的性能差距日益凸显。所采用的代际差异,直接影响可靠性评估结论。

03

供应链层面:向上游延伸

向8英寸晶圆过渡的竞争与采购风险的集中化同步发生。器件制造商开始介入晶圆供应,从根本上改变了采购结构。

理解"哪个层面正在发生什么变化"——而非将三个层面割裂看待——是解读重组图谱的起点。

SiC MOSFET的代际竞争:短路耐受时间这个"隐性指标"

对于SiC MOSFET而言,导通电阻和击穿电压往往是最先讨论的性能指标,但还有一个已引发实际问题的指标:短路耐受时间(SCWT)。该参数表示器件在电机堵转或桥臂短路等异常情况下能够承受的时长,本质上是为保护电路争取动作时间的缓冲窗口。

SCWT的价值至关重要,因为它与保护电路设计直接挂钩。若过流检测关断栅极所需的时间超过器件的耐受极限,保护就无法及时生效。Microchip的700V/1200V SiC MOSFET在数据手册中规定了特定条件下典型SCWT为3μs,该数值是保护电路设计的参考依据,与栅极驱动器的选型密不可分。

SCWT并非固定值,会随条件变化而变化。较高的漏源极电压、较高的栅极电压和较低的结温通常会缩短耐受时间;放宽上述条件则可改善耐受时间。另有观察发现,在高温环境下,RDSon的升高会限制饱和电流,从而增强短路耐受能力。

这正是竞争对手在设计方案上产生差异的地方。Mitsubishi Electric通过在沟槽型SiC MOSFET中引入p型保护层,大幅提升了SCWT;ROHM的第四代SiC MOSFET则通过专有器件结构,同时实现了低导通电阻和高短路耐受能力。关键不在于简单判断哪种方案"更好",而在于不同的设计方案会导致器件在特定应用场景中的表现产生差异。

与Si相比,SiC芯片尺寸更小、电流密度更高,因此在异常情况下温升更快,对保护电路响应时间的要求也更为严苛。这一特性同样给栅极驱动器侧的设计带来了约束。

保护电路设计变量:DESAT功能在哪里发挥关键作用?

保护电路设计的精确程度,与器件本身的短路耐受能力同等重要。DESAT(去饱和)检测被广泛用于SiC的短路保护。该机制通过监测导通状态下的漏源极电压(VDS),检测因过流引起的VDS上升,并触发栅极关断。

实现DESAT功能涉及若干设计变量。典型参数包括:触发阈值电压(VDESAT)、DESAT检测电流(IDESAT),以及空白时间——即在导通后瞬态VDS上升期间防止误检测的忽略时段。这些参数设置不当,会导致过多误触发或保护不足。

DESAT设计的三个调节变量
01

VDESAT(触发阈值电压)

用于检测过流的VDS阈值。设置过低会频繁误触发,设置过高则无法充分保护器件。应交叉参考器件数据手册和栅极驱动器规格进行设定。

02

IDESAT(DESAT检测电流)

用于VDS监测的电流源电流。该值决定了空白电容的充电速率,与空白时间共同影响检测时序。

03

空白时间

防止导通后VDS瞬态引起误检测的忽略时段。考虑到SiC的快速开关特性,该设置比Si需要更高的精细度。

设计变量越多,器件与栅极驱动器的组合匹配就越关键。即使数据手册上的SCWT典型值为3μs,如果保护电路的响应时间超过这一时长,也毫无意义。反之,即便器件的SCWT较短,通过提升保护电路的精度,也有可能在实际应用中维持可靠性。器件与电路的组合共同决定有效保护性能的这一结构,是单纯比较器件规格所无法全面评估的。

解读竞争格局:谁在哪里竞争?

仅凭"价格与性能"两个轴来描述2026年SiC功率半导体的竞争格局,信息量远远不够。实际上,各家企业的定位在三个维度上各有差异:电压等级、应用场景和供应体系。

onsemi以EliteSiC品牌提供覆盖650V至1700V的全面SiC产品组合,包括SiC MOSFET、SiC二极管和SiC模块,主打低功耗和高系统可靠性。ROHM在其第四代产品中突出低RonA与高短路耐受能力的兼顾;Mitsubishi Electric则通过在沟槽型结构中引入p型保护层等结构改进实现差异化。与Infineon CoolSiC的比较,若按击穿电压、应用场景和设计理念来梳理,则更易于评估。

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此图表反映了最高击穿电压。实际竞争关系取决于同一电压等级段内的性能、成本和供应稳定性。1200V段是多家厂商竞争最为激烈的区间,SCWT和Ron等详细规格的对比在选型中至关重要。

与硅技术的竞争依然存在。Toshiba Device & Storage的三栅IGBT可降低高达40.5%的损耗,在SiC替代效益尚不明确的成本区间内,仍是极具竞争力的选项。重组图谱不仅需要从SiC内部竞争的视角来审视,还需关注Si与SiC的替代竞争轴。

供应风险与技术权衡:设计与采购交汇处的决策标准

SiC器件的选型涉及技术规格与采购风险密不可分的决策。对特定厂商的依赖程度、8英寸晶圆过渡进展,以及晶圆采购的上游介入,与设计团队的"性能评估"属于不同维度,但在实际选型过程中,二者会被同步检验。

短路耐受时间与导通电阻的权衡取舍,不仅是器件内部结构的问题,还取决于应用场景和设计裕量的"使用方式"。尽管各家公司正在通过结构改进来打破这一权衡限制,但不能仅凭数据手册数据做判断——在实际工况下的验证不可或缺。

SiC MOSFET选型的四个评估维度
01

短路耐受时间(SCWT)与保护电路的匹配

器件的SCWT值是否与所用栅极驱动器的DESAT响应时间相匹配?保护能否成立取决于两者的组合。

02

导通电阻与代际确认

即便是相同的击穿电压和电流等级,不同器件代际的RonA差异也十分显著。新旧代际的差距直接影响损耗和发热量。

03

供应稳定性与上游晶圆采购

对单一供应商的依赖程度、8英寸过渡进展,以及与晶圆厂的关系。长期供应前景是需要从设计阶段就加以确认的决策标准。

04

与应用条件的匹配性

漏极电压、栅极电压和结温等工作条件会影响SCWT。必须在实际工况下确认裕量,而非仅依赖目录规格。

从采购侧来看,"为什么必须选择这家特定厂商"的质疑越来越多地指向设计团队。要回答这些问题,需要提供具体依据,例如"SCWT与栅极驱动器的匹配性"、"各代际RonA的差异"和"供应体系的风险分散"。当技术选型理由与采购风险评估能够在同一语境下讨论时,内部决策流程就会明显提速。

2026年之后:我们应该追踪什么?

整理好重组图谱的解读框架,有助于梳理2026年之后需要追踪的变量。

8英寸SiC晶圆的过渡能否成为主流,还是6英寸晶圆仍将主导,将直接影响器件成本走势。正如Mitsubishi Electric与Coherent联合开发所示,器件制造商介入晶圆生产可能改变成本结构。GaN的电压能力能否突破650V并逼近1200V级别,是另一个可能改变SiC竞争格局的变量。随着Renesas收购Transphorm,GaN向功率半导体产品组合的整合正在提速。

在器件技术方面,下一代设计在通过结构改进从根本上解决短路耐受时间与导通电阻权衡问题上取得的进展程度,将成为衡量代际更替速度的指标。ROHM、Mitsubishi Electric和Infineon等公司的路线图更新,从技术规划和研发角度来看,是重要的追踪目标。

在价格和供应方面,2024年至2025年库存调整结束后需求回暖的时机,以及各家企业产能扩张节奏的差异,将决定市场是否会再次陷入供应短缺或过剩。这一预判同样影响着采购部门的中期策略。

重组图谱的用途,不是解读"谁现在最强",而是理解"哪个变量发生变化时会带来什么改变"。持续更新这一视角,对投资决策和设计决策都大有裨益。