前言
近年來，隨著電動汽車、5G、新能源等市場的興起，減碳、能源效率和電氣化成為當(dāng)今時代的口號。
在這個過程中，對高頻、大功率器件及電力電子需求快速增長，硅（Si）基半導(dǎo)體的物理性能瓶頸凸顯，硅材料的潛力已逐漸被開發(fā)完善。
那么，如何最大限度減少電源轉(zhuǎn)換損耗，如何在提升功率的同時限制體積、發(fā)熱和成本的快速膨脹，成為了業(yè)內(nèi)重點關(guān)注的問題。
在此趨勢下，以碳化硅（SiC）為代表的第三代半導(dǎo)體材料逐漸從科研走向產(chǎn)業(yè)化，并成為替代部分硅基功率器件的明確趨勢。
相較于硅，SiC材料優(yōu)勢顯著：
耐高壓：SiC材料相比于Si材料具有10多倍的擊穿場強，因此可以通過更低的電阻率和更薄的漂移層實現(xiàn)更高的擊穿電壓，相同的耐壓值下，SiC功率模塊導(dǎo)通電阻/尺寸僅為Si的1/10，功率損耗大幅減少；
耐高頻：SiC材料不存在電流拖尾現(xiàn)象，能夠提高元件的開關(guān)速度，是Si開關(guān)速度的3-10倍，從而適用于更高頻率和更快的開關(guān)速度；
耐高溫：SiC材料具有其3倍的禁帶寬度、3-5倍的導(dǎo)熱率，2倍的極限工作溫度和超過2倍的飽和電子漂移速率。因此SiC器件在減少電流泄露的同時大幅提高工作溫度。
可見，在傳統(tǒng)硅基功率器件無法適應(yīng)新興市場快速發(fā)展的變革需求下，SiC憑借高頻高效、耐高壓、耐高溫等優(yōu)異特性成為功率市場的新選擇。
下游市場和客戶對SiC領(lǐng)域的前景也充滿信心，一眾OEM和Tier1廠商都希望能夠盡早鎖定可靠的長期供應(yīng)，這也為SiC廠商的擴張?zhí)峁┝藞詫嵉膭恿Α?/span>
多重因素驅(qū)動下，SiC市場建廠擴產(chǎn)熱潮愈演愈烈。無數(shù)成名已久的IDM大廠，F(xiàn)abless新銳以及初創(chuàng)企業(yè)紛至沓來。
尤其是在2022-2023年低沉的半導(dǎo)體市場情緒中，SiC似乎沒有受到影響，大額訂單簽約不斷、擴產(chǎn)計劃加了又加、年度營收持續(xù)上修、持續(xù)豐富的SiC應(yīng)用案例...，一系列動作都預(yù)示著SiC行業(yè)前景充滿光明。
剛剛踏入2024年，SiC產(chǎn)業(yè)擴張的氛圍仍在延續(xù)。
越來越多的企業(yè)盯上了SiC這塊“肥肉”，擴產(chǎn)的腳步推動全球SiC總產(chǎn)能在過去五年內(nèi)增長了近兩倍。
然而，情況確實是如期進行么？
對于行業(yè)大肆擴產(chǎn)之勢，有聲音指出，SiC市場在未來幾年將如何展開？SiC廠商的擴產(chǎn)速度和規(guī)模，在未來是否會帶來供應(yīng)過剩的風(fēng)險？
供需背后，SiC市場將何去何從？
爭先恐后加碼擴產(chǎn)SiC：
首先來看供應(yīng)端。
在當(dāng)前全球SiC功率市場高景氣行情下，擴產(chǎn)放量是行業(yè)關(guān)注重點。行業(yè)新老玩家紛紛涌入，爭先恐后加碼擴產(chǎn)SiC。
據(jù)集邦化合物半導(dǎo)體不完全統(tǒng)計，2023年國外企業(yè)共有近20項SiC相關(guān)擴產(chǎn)項目已經(jīng)或?qū)⒁涞兀戤a(chǎn)能規(guī)模基本都在幾十萬到上百萬片之多。
除了原廠和Tier1企業(yè)不斷加大相關(guān)產(chǎn)品投資擴產(chǎn)力度，鞏固自身產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢地位之外。產(chǎn)業(yè)鏈廠商在SiC領(lǐng)域相關(guān)擴產(chǎn)也在圍繞襯底、外延等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)展開。
此外，多國和地區(qū)政府也宣布將投入大筆資金，用于投資功率半導(dǎo)體。
能看到，SiC的淘金熱在全球迅速蔓延，賽道擴產(chǎn)熱度居高不下，甚至有愈演愈烈的跡象，不僅有更多廠商加入SiC擴產(chǎn)行列，更有巨頭多次出手，產(chǎn)能建設(shè)已成為企業(yè)及行業(yè)關(guān)注的焦點。
面對SiC的巨大市場，不僅國際巨頭紛紛加入，國內(nèi)企業(yè)也不甘落后，紛紛布局碳化硅，擴張產(chǎn)能，試圖以國產(chǎn)替代爭奪市場份額，提升產(chǎn)品的價值量或出貨量。
據(jù)不完全統(tǒng)計，2023年國內(nèi)共有近40項SiC相關(guān)擴產(chǎn)項目啟動。這些項目中，有不少投資數(shù)十億甚至上百億的大手筆。
國內(nèi)SiC企業(yè)也都鉚足了勁在擴大產(chǎn)能。從投資額來看，據(jù)統(tǒng)計，2023年國內(nèi)SiC相關(guān)擴產(chǎn)項目累計將投入近900億元，與2022年相比漲幅較大，SiC賽道日益火熱已是不爭的事實。
綜合來看，SiC賽道擴產(chǎn)戲碼頻頻上演，國際廠商大多著眼于8英寸，一方面是順勢而為，另一方面也為了鞏固領(lǐng)先優(yōu)勢。國內(nèi)廠商更多選擇繼續(xù)加固6英寸產(chǎn)能，以期穩(wěn)中求進，但也不乏前瞻性布局，聚焦6英寸與8英寸并舉，雙管齊下滿足當(dāng)下與未來需求。
根據(jù)TrendForce分析，隨著國內(nèi)外廠商相繼擴產(chǎn)，以及與汽車、新能源客戶合作項目明朗化，將推動2023年整體SiC功率元件市場規(guī)模達22.75億美元，年成長41.4%，預(yù)計至2026年SiC功率元件市場規(guī)模可望達53.28億美元。
SiC需求，打開新空間
供應(yīng)端的火熱擴產(chǎn)，離不開下游市場對SiC的巨大需求。
大部分SiC廠商都收獲了巨額的預(yù)付款訂單。這一做法為SiC廠商投資擴產(chǎn)提供了良好的現(xiàn)金流支持，也為其擴產(chǎn)帶來了極大動力。
從需求端來看，新能源汽車是SiC最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，也是最大的驅(qū)動市場。
回顧SiC上車進程，豐田早在2014年就推出了SiC MOSFET，但受限于當(dāng)時高昂的成本和技術(shù)的不成熟，前期產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直較緩。
一直到2018年，特斯拉Model 3搭載全SiC MOSFET模塊的逆變器，其輕量化的特性節(jié)省了電動汽車內(nèi)部空間，高效率的特性有效降低了電動汽車電池成本，耐高溫的特性降低了對冷卻系統(tǒng)的要求，節(jié)約了冷卻成本，一躍成為了SiC器件在車用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)推動者，幫SiC的應(yīng)用進度和市場空間都打開了想象力。
尤其是在新能源汽車高歌猛進，電車續(xù)航和充電速度不斷提升的需求驅(qū)動下，SiC器件憑借體積小、性能優(yōu)越、節(jié)能性強，還順帶緩解了續(xù)航問題，一舉成為新能源車領(lǐng)域的當(dāng)紅炸子雞。SiC器件開始應(yīng)用于驅(qū)動逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換、車載充電器OBC和快速充電樁等領(lǐng)域。
此后，很多車企也都紛紛將SiC功率器件作為未來新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的首選解決方案，得到了市場的廣泛接受。
從行業(yè)趨勢看，SiC上車是大勢所趨。盡管特斯拉曾在2023年3月的投資者大會上表示，將減少75%的SiC用量，一度引發(fā)SiC未來發(fā)展前景不明的猜測，但后續(xù)汽車市場和供應(yīng)商都用實際行動表達了對SiC的支持。
隨著越來越多車企陸續(xù)導(dǎo)入SiC技術(shù)，TrendForce預(yù)計2026年車用SiC功率器件市場規(guī)模將達到39.4億美元，市場占比高達74%。
SiC上車需求的爆發(fā)，以及在充電樁市場的快速滲透，其產(chǎn)能供給成了關(guān)鍵瓶頸。
800V架構(gòu)，SiC市場新“風(fēng)口”
另一方面，為進一步提高充電效率、縮短充電時間，主流車企選擇高壓快充方案，800V高壓架構(gòu)正逐漸走進市場視野。
有業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，未來一到兩年將會有更多采用800V系統(tǒng)的新能源汽車出現(xiàn)。這場高壓平臺“升級革命”讓SiC器件成為焦點。
因為構(gòu)建800V超充平臺的靈魂就是材料的革新，800V高壓快充會涉及到車內(nèi)電源到車外充電整個強電鏈路，硅基器件已達到理論性能極限，難堪重任。具備耐高壓、耐高溫、高頻等優(yōu)勢的SiC器件是目前最佳的替代方案。
800V SiC功率器件的“上車”，對電動汽車的能量利用效率、充電速度、電機功率等都帶來巨大的提升，逐步成為新能源汽車行業(yè)的布局熱點。
未來，以SiC為核心的800V強電系統(tǒng)，將在主逆變器、電機驅(qū)動系統(tǒng)、DC-DC、車載充電器以及充電樁等領(lǐng)域迎來規(guī)模化發(fā)展，進而加快推動SiC器件滲透提速。據(jù)業(yè)內(nèi)預(yù)期，2025年800V+SiC方案的滲透率將超過15%。
可見，在巨大的市場潛力和技術(shù)變革趨勢下，SiC產(chǎn)業(yè)鏈正迎來多重“風(fēng)口”。
襯底，SiC產(chǎn)能關(guān)鍵瓶頸
此外，SiC襯底的緊缺，將使SiC芯片的供需失衡成為長期現(xiàn)象。
眾所周知，襯底一直是SiC器件產(chǎn)能的一大關(guān)鍵瓶頸。
前幾年，很多SiC器件廠商都是靠綁定襯底巨頭來保證SiC襯底的產(chǎn)能。如今，全球領(lǐng)先的SiC器件供應(yīng)商相繼收購?fù)顿Y了不同的優(yōu)質(zhì)SiC襯底供應(yīng)商，并開始建立內(nèi)部襯底供應(yīng)，從SiC襯底到設(shè)備制造的垂直整合。
這些廠商雖然通過收購建立了自己的襯底供應(yīng)，但產(chǎn)能還遠遠落后，采用部分產(chǎn)能自給、部分產(chǎn)能綁定的雙線模式。
有專業(yè)人士指出，之所以出現(xiàn)這種趨勢，主要是因為SiC供需極度失衡，SiC襯底的需求量非常大，被業(yè)界認為產(chǎn)業(yè)成為長期持續(xù)的趨勢，SiC襯底的產(chǎn)能因良率問題無法滿足快速增長的需求，導(dǎo)致器件廠商“囤貨”的沖動。
據(jù)Trendforce預(yù)測， 2025年新能源汽車對SiC襯底需求或?qū)⑦_到169萬片，遠超當(dāng)前供應(yīng)水平。
可以預(yù)見，在業(yè)內(nèi)形成穩(wěn)定且較高良率的襯底規(guī)模化出貨前，整個行業(yè)都將持續(xù)陷于供不應(yīng)求。
也正是因此，“從6英寸逐漸向8英寸升級”成為SiC襯底晶圓的一項主流未來趨勢，為進一步提高生產(chǎn)效率，大尺寸是碳化硅襯底制備技術(shù)的重要發(fā)展方向。同時，業(yè)內(nèi)也將這一趨勢看作SiC降低成本的一個重要途徑。
汽車之外，SiC市場空間廣闊
在新能源汽車之外，光伏、儲能等工業(yè)應(yīng)用依然對SiC處于剛需狀態(tài)，呈現(xiàn)出加速增長的趨勢。
以光伏市場為例，光伏電站直流端電壓等級逐漸從1000V提升至1500V，未來有望再提升至2000V。大電壓環(huán)境下SiC功率器件的性能優(yōu)勢凸顯。
伴隨光伏逆變器出貨量的快速增長以及SiC功率器件滲透率的提升，光伏SiC功率器件市場將迅速成長。根據(jù)CASA數(shù)據(jù)，2021年中國光伏領(lǐng)域第三代功率半導(dǎo)體的滲透率超過13%，市場規(guī)模約4.78億元，同比增長56%，預(yù)計2026年光伏用第三代半導(dǎo)體市場空間將接近20億元，五年CAGR超過30%。
傳統(tǒng)制造業(yè)都在往“節(jié)能、減碳、高效”等方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，“家電巨頭打造第二增長曲線+SiC應(yīng)用滲透”的場景藍圖也在逐步打開，SiC器件市場空間廣闊。
而未來SiC產(chǎn)能及良率提升后，車載OBC、大功率變換器等用量需求也必將水漲船高。因此，從產(chǎn)業(yè)供給需求來看，目前擔(dān)心產(chǎn)能過剩還為時尚早。
結(jié)語
整體來看，近年來隨著新能源汽車、儲能等市場的增長，對SiC需求呈現(xiàn)出井噴式增長的態(tài)勢。
有行業(yè)調(diào)研機構(gòu)表示，我們跟蹤全球半導(dǎo)體制造資產(chǎn)市場25年來，從未見過任何新技術(shù)發(fā)展得如此之快。盡管半導(dǎo)體行業(yè)目前正在經(jīng)歷低迷，但我們見證了SiC的強勁增長。
借助SiC器件，全球功率半導(dǎo)體廠商都看到了增長的機會。擴產(chǎn)對各大SiC廠商而言，也是搶占市場、爭奪客戶的必由之路。
縱然產(chǎn)能擴充飛速增長，但從供需兩側(cè)分析和行業(yè)機構(gòu)的預(yù)測來看，目前需求端缺口過于巨大，SiC的大規(guī)模產(chǎn)能擴張短期內(nèi)并不會出現(xiàn)供應(yīng)過剩的現(xiàn)象。
因此，面對SiC行業(yè)技術(shù)演進和市場機遇，行業(yè)廠商積極涌入，在充滿野心的擴產(chǎn)計劃中將SiC市場推向新的高地。
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