在2022年第一季度的財報中，全球知名的半導體廠商Yasumi再次明確了亞洲市場(除日本以外)的重要性。在芯片荒和俄烏戰爭的陰影下，亞洲對安三美全球市場的貢獻仍過半，僅比2021年底低2個百分點。

"中國是安森美容的核心市場之一，貢獻了將近一半的營業額."在電動云論壇上，中國區汽車市場技術負責人吳桐博士強調。

當一只黑天鵝狂舞時，它一定離它的顧客更近。這是業內的基本共識，安森美也不例外。在供不應求的形勢下，“深度合作，按需供應”是最新的供應趨勢。事實上，它已經在韓國、馬來西亞、中國蘇州、深圳建立了生產線，在亞太地區擁有完善的供應鏈體系已經成為既定事實。

在保證供應鏈安全的情況下，吳桐表示，未來的On Mei的工作重點將放在電動車和工業上。以電動汽車為例。無論是主驅動、充電、智能駕駛和車載娛樂系統等新概念，還是域控制器，都需要基于相應的半導體解決方案，這也是企業的絕佳增長點。

芯潮短缺的根源是供不應求。

要趕上增長點，首先要分析大環境下的焦慮——核心荒潮。

從需求來看，在擁抱電動化的大背景下，汽車行業也不例外。傳統燃油汽車使用半導體的比例普遍不高，但隨著電動汽車和插電式混合動力汽車的快速普及，半導體在汽車電子中的比例大大增加；

在成本方面，以前一輛汽車使用的半導體器件價值不超過50美元，現在可能超過1000美元。

隨著新能源汽車的發展，整車使用的半導體器件數量呈幾何級數增長，導致電動汽車市場對半導體的總需求呈指數級飛躍。

從供應鏈的角度來看，半導體器件的生產周期較長，產量的擴大也需要額外購買設備。對于半導體供應商來說，隨著市場對生產設備需求的大幅增加，從上級供應商處訂貨的周期也在延長:以前擴建一條生產線只需要幾個月，現在可能要推遲到幾年，這就形成了惡性循環。

這樣看來，目前在大環境下，并沒有一個短期的方案能有效改善核心荒潮。吳桐認為，半導體行業為了自救，需要在長期產能規劃的基礎上實現有序的產能擴張，采用智能化的生產模式，滿足下游客戶的需求。

安森美目前擴大生產的路徑是垂直整合產業鏈，保證前端和后端溝通的連續性。6英寸到8英寸晶圓的布局是通過自研和收購技術進行的。

以安森美布局電驅動領域的碳化硅器件為例。

碳化硅又稱寬帶隙半導體，與元素半導體(如硅)相比，具有寬帶隙、擊穿場強高、熱導率高、抗輻射能力強、頻率高等優點。可用于高溫、高頻、抗輻射和大功率器件。

早在2004年，TranSiC就開始了SiC BJT轉換器的研究；2016年，安森以24億美元現金完成對飛兆半導體(Fairchild Semiconductor)的收購，推動了安森低、中、高壓全系列生產線的整合。同年，安梅推出了第一款碳化硅產品M1 1200V MOSFET。六年后，這款產品的第四代即將面世。

2021年8月，安森宣布與碳化硅生產商GT Advanced Technologies達成最終收購協議，以4.15億美元現金收購GTAT。

吳桐說，碳化硅相對于硅的技術難點在于從研磨切割到晶柱成型的整個過程。GTAT不僅有碳化硅生產能力，還有裝備制造能力。收購GTAT意味著安森完成了碳化硅產業鏈前端的整合。

預計收購GTAT后，ON Mei將重點推進8英寸晶圓的市場化，大力擴建生產線以補充產能。碳化硅方面，預計2022-2023年的資本支出將占其總收入的12%。

高壓化電驅動的未來發展方向

布局18年，安森美為什么看好碳化硅的發展前景？

吳桐表示，電驅動的發展方向是從400 V到800 V，系統的發展趨勢是用SiC MOSFET代替Si IGBT。

高壓平臺，從需求上來說，就是解決里程焦慮，這是電動車問世以來制約市場需求的“老大難”問題。傳統燃油車的平均續航里程接近700公里，而電車700公里以上的續航能力已經名列前茅。

吳桐認為，目前流行的換電模式和平臺高壓有異曲同工之妙，雙方可以實現互加。另外，從技術上講，平臺的高電壓也可以提高充電效率:電壓提高了，同等功率下功率損耗低，效率提高了，電池壽命也會相應提高。

此外，800 V系統還能帶來新的技術和市場增長點。目前IGBT在400 V系統的成本和性能已經達到了很好的平衡，市場上還沒有企業進行800 V系統的量產。新市場對技術的容忍度更高，可以在性能上有所突破。

平臺的高壓必然帶來組件的更新。比如在400 V時，Si IGBT的實際耐壓需求接近600 V，當電壓提高到800 V時，元件的實際耐壓需求會達到1200 V，這就要求適用于400 V的Si IGBT必須用耐壓值更高的元件來代替，比如寬帶隙半導體SiC。

上碳化硅的路很長，而且是修遠。

吳桐表示，“碳化硅的出現給了下游市場很大的提升空間，在功率密度、功率水平甚至開關頻率方面的可控性也得到升級，其中EV就是碳化硅器件重點發展的行業。”

但需要注意的是，從新的技術增長點的出現，到規模化生產，再到與主流產品Si IGBT的裝載量和市場份額的競爭，每一個階段都要經歷漫長的RD和產能規劃過程。

從結果回來，幫碳化硅上車。產業鏈前后端需要系統整合升級，下游需求提供明確的優化方向，上游供給配合實現業績突破。上下游之間的信息交換是一個雙向促進的過程。

在此之前，需要打通碳化硅供應鏈，實現生產規模和產品良率的同步提升，進而降低產品單價，創造市場優勢。安森美的布局也是針對這個難點。

目前，安森美和大多數看好碳化硅前景的半導體企業都處于解決碳化硅器件在制造、切割、互連、封裝等技術痛點的階段。

從制造工藝上看，碳化硅作為一種化合物，晶圓提純的工藝難度高于硅，生長環境溫度更高且容易產生雜質，尚未達到大規模產出，低于硅。

就切割工藝而言，簡單硅容易切薄，硅柱很長，可以切掉優質部分。而碳化硅的硬度介于剛玉和金剛石之間，硬而脆。在細化的過程中，需要先切粗再細化。“比如需要100片晶圓，但我要把它們切成200片晶圓，然后再做薄。”這意味著在吳桐的切割過程中會有大量的浪費。目前在不成熟的工藝下，產品利用率、性價比、可靠性都不高。

在半導體摻雜的過程中，傳統的硅基半導體摻雜工藝多種多樣，比較成熟的是熱擴散和離子注入，可以改變晶體中載流子的種類和濃度，從而調節其電學特性。

但是，這兩種方法都不適用于碳化硅。以熱擴散為例，原理是加熱使晶體產生大量熱缺陷，加劇熱運動，提高原子的擴散系數。而碳化硅中原子的擴散系數極低，在注入的激活退火中，大部分注入雜質的擴散可以忽略不計。

吳桐說，目前碳化硅只有一種特殊的摻雜方法，但其生產率低，效率低于離子注入，也會影響成品率。但他也強調，從2004年開始，安森就一直在布局碳化硅，從工藝成熟度來說，是行業前列的。這也是安森爭奪該領域領先地位的信心所在。

碳化硅將如何改變模塊封裝？

吳桐說，未來模塊設計將朝著塑封、小尺寸、輕重量和高功率密度的方向發展。具體來說，碳化硅的參與可以從五個方面改變封裝技術。

首先，可靠性測試。由于硅IGBT的低功耗要求，傳統六合一模塊的可靠性是一個很大的缺點。在今后的碳化硅器件封裝可靠性驗證中，將重點分析功率循環和極端溫度循環。

與Si材料相比，SiC材料的CTE系數較大，SiC芯片邊緣的熱應力也較大。隨著使用時間的增加，芯片層在功率循環的過程中會與下層焊料層分離，甚至焊料層會出現空洞。這些空洞的直接后果就是熱阻增加，器件的熱導率降低，散熱變差。

與傳統焊接技術相比，銀燒結技術的應用可以很好地解決上述問題。銀燒結技術又稱低溫鍵合技術，是指通過燒結工藝將微米和納米銀顆粒與材料鍵合的技術，是大功率模塊封裝中的關鍵技術。

據吳桐介紹，這主要是因為銀燒結是一種納米多孔材料，具有很強的吸收應力和導熱能力。采用銀燒結技術有助于提高器件的可靠性。

同時，互聯互通的過程也將發生變化。在相同的電流負載下，SiC MOSFET的面積是Si IGBT的一半。這個優點給引線鍵合帶來了困難。隨著SiC MOSFET面積的減小，單位電流密度增加，但單位面積的鍵合線數量相對固定，導致單根鍵合線承載的電流增加。

從下面的模塊測試圖可以看出，高溫點出現在焊接點。從截面圖分析，模塊失效一方面是由于熱阻增大，另一方面是由于鍵合線脫落。在極端情況下，焊線可能會因電流過大而燒毀。

以上種種都會損害器件的可靠性。經過多次評估，安森美提出用塑封模塊替代灌膠模塊，將使器件的整體可靠性提高到原來的4倍以上。

為了優化電感，模塊的具體設計也將改變。

在相同的電流水平下，Si IGBT芯片的面積比SiC MOSFET的大，因此有更多的可焊接位置。然而，寄生電感的最小化不僅可以通過增加焊線的數量來實現。吳桐表示，鍵合線、基板材料、芯片接頭等設計是優化電感的關鍵，如DPC、激光焊接、疊層設計等。

最后，封裝材料升級，保證器件在高溫下的可靠運行。

為了提高SiC MOSFET的電流輸出能力，增強器件的性價比，可以將原來的最高結溫150℃進一步提高到200℃，相當于在相同成本下多輸出100 A的電流。功率逐漸向高工作結溫轉變也是安森美提倡塑封的一大原因。

功率半導體行業的共識是，器件的熱設計是限制器件電流容量的主要因素。比如在不同的散熱能力下，器件傳導電流的能力是不一樣的。如果電流容量較弱，為了傳輸相同的電流，需要并聯多個設備。相比一臺設備，成本有很大劣勢。

通過升級器件封裝，提高了其散熱能力。即使封裝成本會有一定程度的增加，但目前系統層面的能力更強。總體來說，這個方案性價比還是很高的，也能滿足終端的需求。

碳化硅會是下一個行業出路嗎？它的到來和應用是否會加速高壓平臺架構的建設？現有的很多技術痛點將如何解決？上車的路很長。布局近20年的安三美能否成為行業老大，引領下一次技術突破？

新事物的發展總會帶來很多期待，但最后一點正如吳彤所說:“用更好的技術服務這個市場。”