碳化矽作為一項關鍵技術，憑藉其優異的功率效率和性能，已廣泛應用於從車用領域（尤其是電動車和混合動力車）到工業領域（如人工智慧伺服器和可再生能源系統）等多個領域。意法半導體中國及APeC車用SiC產品部門經理Gaetano Pignataro指出，儘管傳統的技術，如IGBT和MOSFET，仍然佔有主導地位，但碳化矽正迅速成為未來功率電子領域的核心，特別是在高功率應用中。

圖一

在車用領域，碳化矽已經在牽引逆變器等高效能應用中取得顯著成果。Pignataro提到，過去依賴矽基超接面MOSFET的車載充電器（OBC）正逐步轉向碳化矽技術，這使得性能和功率密度大幅提升，滿足了現代電動車對高效能的需求。

圖四

Pignataro進一步指出，碳化矽的應用範圍不僅限於電動車，還涵蓋了包括工業設備、AI伺服器、資料中心、通訊基礎設施等領域。隨著對更高功率、更高頻率開關及更小型化系統的需求日益增長，碳化矽正成為滿足這些需求的理想材料。特別是在可再生能源領域，碳化矽的應用越來越廣泛，例如風力發電和太陽能逆變器等領域，這些應用需要在高電壓、高開關頻率及極端環境下運行。

圖五

在發電與配電領域，尤其是在高功率充電站中，碳化矽也已經成為主流技術，能夠應對高功率需求。隨著碳化矽的成本逐漸接近傳統技術，許多過去依賴矽MOSFET的應用正在轉向碳化矽技術，這也使其在工業和能源領域的應用潛力不斷增大。

圖六

Pignataro強調，汽車市場無疑是碳化矽最大的成長機會。儘管電動車和油電混合車（xEV）在全球輕型車產量中仍佔比較低，但其市佔率正在穩定增長。隨著電動車成本逐漸接近傳統燃油車，消費者對環保選擇的接受度提高，這也促使半導體在車輛中的需求快速增加，為ST等企業創造了龐大的機會。

圖七

特別是在中國，Pignataro指出，電動化的發展仍處於領先地位，預計今年市場增幅將超過4%。儘管增長速度較以往放緩，但市場依然強勁。相對而言，歐美市場的增長較為緩慢，這主要是受到政府補助政策變動和車貸利率上升等因素的影響。

圖八

在討論電動車設計的關鍵挑戰時，Pignataro指出，消費者最關心的問題之一就是續航力。隨著電動車需求的增加，如何提升單次充電的行駛距離成為了核心指標。碳化矽材料的特性使其能有效提高效率和功率密度，從而縮小動力系統體積並釋放更多空間以增加電池容量，最終達到延長續航力的目標，Pignataro稱之為「效能續航力」。

圖九

此外，系統整合性也是一個重要議題。透過減小元件尺寸並最小化冷卻系統，車身重量可以進一步降低，提升行駛距離及整體性能。Pignataro強調，對於汽車製造商和Tier 1供應商而言，模組化設計至關重要，這樣可以將同一動力系統的元件應用於多款車型中，從而節省研發時間與資源，對於電動車的普及具有重要意義。

圖十

Pignataro進一步提到，除了電動車，充電站和儲能系統也正見證著碳化矽的快速發展。高功率充電站中的矽含量已達到5,000美元，這為市場創造了可觀的規模。尤其在與電網相連的儲能系統中，碳化矽的應用已顯示出巨大潛力，這些系統的矽含量通常在2,500到5,000美元之間，並且今年新增的儲能容量已達12GW，顯示出半導體行業的強大增長動能。

圖十一

Pignataro也談到，除了汽車外，碳化矽在航空領域也顯示出巨大的潛力。混合動力飛行器和電動垂直起降飛行器（eVTOL）等特殊應用也開始受益於碳化矽的高效能。碳化矽能夠顯著減輕系統重量，對這些應用來說至關重要。根據與空中巴士等合作夥伴的估算，碳化矽可以減輕電子系統的重量達50%，同時提升功率密度。由於碳化矽在更高溫度下運作效率更佳，這也有助於減少對大型冷卻系統的需求，簡化熱管理並提升整體系統的效能。

圖十二

在全球半導體產業中，碳化矽（SiC）技術逐漸成為高效能功率電子的核心，而意法半導體（STMicroelectronics）作為這一領域的先行者，早在2007年便推出了首批碳化矽產品，並且至今已經出貨超過5億顆元件。

Pignataro表示，該公司已經全面量產第三代碳化矽產品，而第四代碳化矽產品預計將於2025年第一季完成認證並推出市場。這一代的技術將進一步提升性能，滿足未來更高功率、更高效率的應用需求。

圖十三

然而，意法半導體的創新並不止步於此。Pignataro透露，研發團隊已經開始著手開發第五代碳化矽產品，這款基於平面結構的新產品將為碳化矽技術帶來顯著的性能提升，預計將成為技術發展的重要轉捩點。這種新型結構的設計靈感來自超接面高壓MOSFET，將有助於在高壓應用中實現更高效的運行。

圖十四

作為碳化矽技術的領軍企業，意法半導體並不僅僅關注前端製程，封裝技術的創新同樣是其成功的關鍵。Pignataro強調，ST的碳化矽產品線覆蓋多種封裝解決方案，從單一晶片到複雜的模組，都能提供全方位的解決方案，包括高功率封裝、先進鍵合技術以及與其他廠商相容的標準模組。這種產品組合不僅結合了碳化矽的卓越性能，還提供了最先進的封裝技術，滿足不同市場的需求。

圖十五

Pignataro還指出，碳化矽的設計和上市過程相當複雜，需要不斷的回饋與改善。他表示，ST積極從故障分析中汲取經驗，並根據實際情況對產品進行調整，以保證其品質和可靠性。此外，ST也與客戶保持密切合作，深入了解產品在實際應用中的表現，並進行FIT（故障率）分析，根據不同的使用情境來估算產品壽命，這樣的回饋機制對提升設計、優化篩選方法和測試程序至關重要。

圖十六

Pignataro強調，ST的垂直整合策略是其成功的核心之一。從原材料到最終產品的整個製造過程，ST都能夠進行全面掌控，這使得他們能夠更有效地控制品質並降低成本。尤其在碳化矽材料的製造方面，ST自主管理晶圓生產過程，並且掌控從碳化矽粉末製造晶棒的關鍵步驟。這一過程非常耗時且成本高，但其對最終產品的品質至關重要，ST能夠通過內部生產來確保高品質的基板。

圖十七

此外，ST也持續投資擴充生產規模，並在全球範圍內設立了多個製造據點，確保產能能夠滿足日益增長的市場需求。Pignataro透露，ST目前正在積極投入8吋晶圓的量產，並已完成卡塔尼亞的首條8吋試產線認證，目標是全面投入8吋晶圓的量產。

圖十八

Pignataro表示，電動化和工業應用將是未來碳化矽需求增長的主要驅動力。隨著電動車市場的快速增長，尤其是在高功率AI伺服器和高效能電源供應系統方面，碳化矽技術的需求也呈現顯著增長。他指出，意法半導體正大力投資於生產能力的擴張，以確保能夠在競爭激烈的市場中保持優勢，並且將持續專注於研發，推動新材料、新技術和新結構的創新。

圖十九

此外，意法半導體也積極進行併購，以加強其在碳化矽領域的技術優勢。例如，該公司收購了瑞典諾雪平的Norstel，這將有助於提高基板的生產能力，進一步提高生產效率。Pignataro強調，這些策略性舉措將幫助ST確保在未來市場中的領先地位。

圖二十

Pignataro對碳化矽技術的未來充滿信心。他指出，儘管目前碳化矽的應用已經取得顯著進展，但未來的市場機會仍然巨大，尤其是在電動化和工業領域。隨著ST在技術創新、製程優化和產能擴張方面的持續努力，該公司無疑將在這一領域繼續保持領先地位，迎接更加電動化、可持續的未來。

圖二十一

Pignataro最後強調，隨著碳化矽技術的規模經濟效益不斷擴大，製程愈加競爭力，成本結構接近傳統技術，這使得碳化矽有望在各個領域，從電動車到能源、航空等行業，發揮更大的作用。STMicroelectronics將繼續致力於擴展碳化矽的應用，並在這一技術革命中處於領先地位，迎接未來更加電動化、可持續的世界。