ayx爱游戏官网登录:2025碳化硅赋能AI产业：从芯片封装到数据中心的核心材料变革

ayx爱游戏手机网页版:

　　今天分享的是：2025碳化硅赋能AI产业：从芯片封装到数据中心的核心材料变革

　　随着人工智能技术的快速迭代，AI服务器、超大规模数据中心等核心设施的功率需求正迎来爆发式增长——单机柜功率从传统的几十千瓦跃升至数百千瓦，部分AI超大规模园区功耗甚至突破2GW。传统电力供应与芯片封装技术逐渐难以应对这一变化，而碳化硅（SiC）作为具备耐高温、高耐压、高导热特性的宽禁带半导体材料，正成为赋能AI产业全链条变革的核心力量，从数据中心供电效率提升到芯片封装散热难题破解，全方位支撑AI产业“降本增效”。

　　AI数据中心的“电力焦虑”日益凸显。传统数据中心采用的电源供应单元（PSU）效率多在94%左右，而AI服务器功率巨大，即便1%的能量损耗也会转化为数千瓦的热量，不仅增加制冷成本，还可能影响设备稳定性。在此背景下，碳化硅凭借独特的电学特性，成为提升供电效率的关键。

　　在服务器电源的前端AC-DC转换环节，碳化硅MOSFET器件展现出显著优势。其耐压能力可达1200V甚至更高，高频特性优异，能适配无桥图腾柱功率因数校正（PFC）等先进拓扑结构，将PSU效率推向98%乃至99%以上。以英飞凌8kW AI电源为例，其整机效率达98%，新一代12kW方案的PFC级效率更是突破99%，每提供100kW负载的损耗不足2kW，较传统方案减少三分之二，大幅缓解数据中心的散热压力。

　　功率需求量开始上涨也推动PSU市场规模扩容。多个方面数据显示，2025年全球数据中心PSU市场规模预计达75亿美元，2030年将攀升至141亿美元，年复合增长率约15.5%。其中，功率高于3kW的高功率PSU占比将提升至80%，2030年市场规模有望达115亿美元。台达、光宝、华为三家企业合计占据全球50%的PSU市场占有率，且均已推出基于碳化硅、氮化镓（GaN）的高功率产品。预计到2030年，基于碳化硅等宽禁带材料的高功率PSU渗透率将从2025年的10%提升至24%，对应市场规模约33.84亿美元。

　　除了PSU升级，固态变压器（SST）的应用进一步重构数据中心供电架构。传统数据中心需经过多级电压转换，损耗高且故障点多，而基于碳化硅的SST可直接将10-35kV中压交流电转换为800V高压直流，整合了低频变压器与整流柜功能。例如，英伟达提出的SST方案能将13.8kV市电直接转为800V直流母线电压，台达也已展示相关样机，可适配不同国家电网电压。这种架构不仅简化配电链路，还能让市电、UPS电池等储能单元高效协同，为AI数据中心实现“电网到机架”的高效输电奠定基础。

　　AI芯片的“发烧难题”同样依赖碳化硅突破。当前高端GPU/AI芯片模块功耗已突破千瓦级，且封装中集成GPU与多颗HBM（高带宽内存），导致热流密度骤增，传统封装材料逐渐暴露出瓶颈。目前2.5D/先进封装常用的硅、玻璃及有机材料，在散热、电气绝缘和机械强度方面难以满足千W级芯片需求，而碳化硅的特性恰好契合这一痛点。

　　从性能来看，碳化硅的热导率可达400-500W/m·K，是硅的3倍、传统陶瓷基板的近2倍，能大幅度降低芯片到散热器的热阻。若用碳化硅替代硅中介层，可使GPU芯片结温降低20-30℃，散热相关成本减少约30%，有很大成效避免芯片因过热降频。同时，碳化硅的宽禁带特性使其电阻率高达10^8Ω·cm，绝缘性媲美玻璃，能减少高速信号传输中的漏电与寄生损耗，适配GPU+HBM系统的紧密堆叠需求；其机械强度接近金刚石，热线胀系数与硅芯片接近，可减少封装应力导致的开裂与翘曲。

　　在封装应用场景中，碳化硅主要瞄准两大方向：一是芯片与热沉之间的热界面材料（TIM2），二是替换传统硅中介层。这一趋势与先进封装产能扩张形成呼应——2025年全球CoWoS及类CoWoS封装总产能预计达88.5万片，较2024年的42.6万片增长108%，2026年还将进一步增至131.3万片。若碳化硅完全替代中介层与TIM2材料，以12英寸规格计算，其衬底及外延需求将达到CoWoS产能的2倍，市场潜力显著。

　　不过，碳化硅在封装领域的应用仍需突破工艺瓶颈。目前碳化硅晶圆主流尺寸为6英寸，8英寸尚处起步阶段，12英寸晶圆的量产与超薄加工（厚度约100μm）技术仍在完善中。国内企业已加速布局，天岳先进2023年成功研制8英寸碳化硅衬底，2024年进一步推出12英寸产品，覆盖半绝缘型、导电N型及P型等多种类型，为封装材料升级提供支撑。

　　碳化硅产业链的成熟为AI产业应用奠定基础，从衬底、设备到器件，国内企业正逐步实现关键环节突破。

　　衬底作为碳化硅器件的核心，大尺寸化与成本下降是主要趋势。当前导电N型衬底使用量最大，8英寸衬底市场增长迅猛——2024年8英寸N型衬底销量约4.61万片，随着IDM厂商推进规模化量产，2030年销量预计达70.4万片，年复合增长率58%。价格这一块，2024年8英寸碳化硅晶圆价格已出现明显下滑，6英寸晶圆因产能释放，成本占比虽仍高于硅衬底，但持续下降趋势明确。在市场格局上，2024年Wolfspeed、天岳先进、天科合达等五家企业占据全球碳化硅衬底销售额的68%，其中国内企业天岳先进市占率从2023年的14.8%提升至16.7%，展现出较强的竞争力。

　　设备环节的国产替代节奏加快，尤其是关键设备领域。碳化硅晶锭生长主要依赖物理气相传输（PVT）设备，2023年该设备市场规模达2.24亿美元，预计2029年增至4.2亿美元。国内企业在PVT设备市场占据主导，北方华创市占率高达61%，远超德国PVA TePla（16%）与晶升股份（10%）。此外，外延设备、离子注入设备、量检设备等关键设备也在加速国产化：北方华创、芯三代已推出适配的外延设备；量检设备因碳化硅材料缺陷多、质量发展要求高，2024年市场规模达7.25亿美元，2026年将增至12.05亿美元，中科飞测等国内企业正逐步打破海外垄断。

　　器件领域虽仍由海外龙头主导，但国产替代步伐加快。2024年全球碳化硅器件（含二极管、晶体管、射频器件等）市场规模约43.6亿美元，预计2030年达229.45亿美元，2025-2030年复合增长率32%。目前意法半导体、安森美、英飞凌等五家海外企业合计占据83%的市场占有率，但国内企业增速显著领先——2024年芯联集成碳化硅器件销售额同比增长188%，三安集成增长55%，基本半导体增长33.6%，远超海外企业平均增速。同时，国内产业链投资持续加码，在“China For China”背景下，国内碳化硅相关建厂投资额约80亿美元，设备与衬底企业有望依托产能扩张逐步提升市场份额。

　　从AI产业的长远发展来看，碳化硅不仅是解决当前功率与散热瓶颈的“关键材料”，更是推动AI设施向更高效率、更紧凑形态演进的“基础引擎”。随着大尺寸衬底量产、设备国产化深化以及封装工艺成熟，碳化硅将持续渗透数据中心与芯片领域，为AI产业的规模化发展提供坚实支撑。