SiC市場(chǎng)供需之變與未來(lái)趨勢(shì)

SiC市場(chǎng)，即將預(yù)見(jiàn)的供過(guò)于求?

前言

近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車、5G、新能源等市場(chǎng)的興起，減碳、能源效率和電氣化成為當(dāng)今時(shí)代的口號(hào)。

在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)高頻、大功率器件及電力電子需求快速增長(zhǎng)，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(kāi)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(shí)限制體積、發(fā)熱和成本的快速膨脹，成為了業(yè)內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

在此趨勢(shì)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(shì)。

相較于硅，SiC材料優(yōu)勢(shì)顯著：

耐高壓：SiC材料相比于Si材料具有10多倍的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，因此可以通過(guò)更低的電阻率和更薄的漂移層實(shí)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(kāi)關(guān)速度，是Si開(kāi)關(guān)速度的3-10倍，從而適用于更高頻率和更快的開(kāi)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(guò)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(shí)大幅提高工作溫度。

可見(jiàn)，在傳統(tǒng)硅基功率器件無(wú)法適應(yīng)新興市場(chǎng)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(chǎng)的新選擇。

下游市場(chǎng)和客戶對(duì)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(zhǎng)期供應(yīng)，這也為SiC廠商的擴(kuò)張?zhí)峁┝藞?jiān)實(shí)的動(dòng)力。

多重因素驅(qū)動(dòng)下，SiC市場(chǎng)建廠擴(kuò)產(chǎn)熱潮愈演愈烈。無(wú)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(lái)。

尤其是在2022-2023年低沉的半導(dǎo)體市場(chǎng)情緒中，SiC似乎沒(méi)有受到影響，大額訂單簽約不斷、擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃加了又加、年度營(yíng)收持續(xù)上修、持續(xù)豐富的SiC應(yīng)用案例...，一系列動(dòng)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(kuò)張的氛圍仍在延續(xù)。

越來(lái)越多的企業(yè)盯上了SiC這塊“肥肉”，擴(kuò)產(chǎn)的腳步推動(dòng)全球SiC總產(chǎn)能在過(guò)去五年內(nèi)增長(zhǎng)了近兩倍。

然而，情況確實(shí)是如期進(jìn)行么？

對(duì)于行業(yè)大肆擴(kuò)產(chǎn)之勢(shì)，有聲音指出，SiC市場(chǎng)在未來(lái)幾年將如何展開(kāi)？SiC廠商的擴(kuò)產(chǎn)速度和規(guī)模，在未來(lái)是否會(huì)帶來(lái)供應(yīng)過(guò)剩的風(fēng)險(xiǎn)？

供需背后，SiC市場(chǎng)將何去何從？

爭(zhēng)先恐后加碼擴(kuò)產(chǎn)SiC：

首先來(lái)看供應(yīng)端。

在當(dāng)前全球SiC功率市場(chǎng)高景氣行情下，擴(kuò)產(chǎn)放量是行業(yè)關(guān)注重點(diǎn)。行業(yè)新老玩家紛紛涌入，爭(zhēng)先恐后加碼擴(kuò)產(chǎn)SiC。

據(jù)集邦化合物半導(dǎo)體不完全統(tǒng)計(jì)，2023年國(guó)外企業(yè)共有近20項(xiàng)SiC相關(guān)擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目已經(jīng)或?qū)⒁涞兀戤a(chǎn)能規(guī)?；径荚趲资f(wàn)到上百萬(wàn)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(kuò)產(chǎn)力度，鞏固自身產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)地位之外。產(chǎn)業(yè)鏈廠商在SiC領(lǐng)域相關(guān)擴(kuò)產(chǎn)也在圍繞襯底、外延等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)展開(kāi)。

此外，多國(guó)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(kuò)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(kuò)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(diǎn)。

面對(duì)SiC的巨大市場(chǎng)，不僅國(guó)際巨頭紛紛加入，國(guó)內(nèi)企業(yè)也不甘落后，紛紛布局碳化硅，擴(kuò)張產(chǎn)能，試圖以國(guó)產(chǎn)替代爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額，提升產(chǎn)品的價(jià)值量或出貨量。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2023年國(guó)內(nèi)共有近40項(xiàng)SiC相關(guān)擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目啟動(dòng)。這些項(xiàng)目中，有不少投資數(shù)十億甚至上百億的大手筆。

國(guó)內(nèi)SiC企業(yè)也都鉚足了勁在擴(kuò)大產(chǎn)能。從投資額來(lái)看，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年國(guó)內(nèi)SiC相關(guān)擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目累計(jì)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(zhēng)的事實(shí)。

綜合來(lái)看，SiC賽道擴(kuò)產(chǎn)戲碼頻頻上演，國(guó)際廠商大多著眼于8英寸，一方面是順勢(shì)而為，另一方面也為了鞏固領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。國(guó)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(jìn)，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(lái)需求。

根據(jù)TrendForce分析，隨著國(guó)內(nèi)外廠商相繼擴(kuò)產(chǎn)，以及與汽車、新能源客戶合作項(xiàng)目明朗化，將推動(dòng)2023年整體SiC功率元件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)22.75億美元，年成長(zhǎng)41.4%，預(yù)計(jì)至2026年SiC功率元件市場(chǎng)規(guī)?？赏_(dá)53.28億美元。

SiC需求，打開(kāi)新空間

供應(yīng)端的火熱擴(kuò)產(chǎn)，離不開(kāi)下游市場(chǎng)對(duì)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(kuò)產(chǎn)提供了良好的現(xiàn)金流支持，也為其擴(kuò)產(chǎn)帶來(lái)了極大動(dòng)力。

從需求端來(lái)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(dòng)市場(chǎng)。

回顧SiC上車進(jìn)程，豐田早在2014年就推出了SiC MOSFET，但受限于當(dāng)時(shí)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(dòng)汽車內(nèi)部空間，高效率的特性有效降低了電動(dòng)汽車電池成本，耐高溫的特性降低了對(duì)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(dòng)者，幫SiC的應(yīng)用進(jìn)度和市場(chǎng)空間都打開(kāi)了想象力。

尤其是在新能源汽車高歌猛進(jìn)，電車?yán)m(xù)航和充電速度不斷提升的需求驅(qū)動(dòng)下，SiC器件憑借體積小、性能優(yōu)越、節(jié)能性強(qiáng)，還順帶緩解了續(xù)航問(wèn)題，一舉成為新能源車領(lǐng)域的當(dāng)紅炸子雞。SiC器件開(kāi)始應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)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(lái)新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的首選解決方案，得到了市場(chǎng)的廣泛接受。

從行業(yè)趨勢(shì)看，SiC上車是大勢(shì)所趨。盡管特斯拉曾在2023年3月的投資者大會(huì)上表示，將減少75%的SiC用量，一度引發(fā)SiC未來(lái)發(fā)展前景不明的猜測(cè)，但后續(xù)汽車市場(chǎng)和供應(yīng)商都用實(shí)際行動(dòng)表達(dá)了對(duì)SiC的支持。

隨著越來(lái)越多車企陸續(xù)導(dǎo)入SiC技術(shù)，TrendForce預(yù)計(jì)2026年車用SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到39.4億美元，市場(chǎng)占比高達(dá)74%。

SiC上車需求的爆發(fā)，以及在充電樁市場(chǎng)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(chǎng)新“風(fēng)口”

另一方面，為進(jìn)一步提高充電效率、縮短充電時(shí)間，主流車企選擇高壓快充方案，800V高壓架構(gòu)正逐漸走進(jìn)市場(chǎng)視野。

有業(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，未來(lái)一到兩年將會(huì)有更多采用800V系統(tǒng)的新能源汽車出現(xiàn)。這場(chǎng)高壓平臺(tái)“升級(jí)革命”讓SiC器件成為焦點(diǎn)。

因?yàn)闃?gòu)建800V超充平臺(tái)的靈魂就是材料的革新，800V高壓快充會(huì)涉及到車內(nèi)電源到車外充電整個(gè)強(qiáng)電鏈路，硅基器件已達(dá)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(shì)的SiC器件是目前最佳的替代方案。

800V SiC功率器件的“上車”，對(duì)電動(dòng)汽車的能量利用效率、充電速度、電機(jī)功率等都帶來(lái)巨大的提升，逐步成為新能源汽車行業(yè)的布局熱點(diǎn)。

未來(lái)，以SiC為核心的800V強(qiáng)電系統(tǒng)，將在主逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、DC-DC、車載充電器以及充電樁等領(lǐng)域迎來(lái)規(guī)?；l(fā)展，進(jìn)而加快推動(dòng)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(guò)15%。

可見(jiàn)，在巨大的市場(chǎng)潛力和技術(shù)變革趨勢(shì)下，SiC產(chǎn)業(yè)鏈正迎來(lái)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(zhǎng)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(lái)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(gòu)?fù)顿Y了不同的優(yōu)質(zhì)SiC襯底供應(yīng)商，并開(kāi)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(guò)收購(gòu)建立了自己的襯底供應(yīng)，但產(chǎn)能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，采用部分產(chǎn)能自給、部分產(chǎn)能綁定的雙線模式。

有業(yè)人人士指出，之所以出現(xiàn)這種趨勢(shì)，主要是因?yàn)镾iC供需極度失衡，SiC襯底的需求量非常大，被業(yè)界認(rèn)為產(chǎn)業(yè)成為長(zhǎng)期持續(xù)的趨勢(shì)，SiC襯底的產(chǎn)能因良率問(wèn)題無(wú)法滿足快速增長(zhǎng)的需求，導(dǎo)致器件廠商“囤貨”的沖動(dòng)。

據(jù)Trendforce預(yù)測(cè)， 2025年新能源汽車對(duì)SiC襯底需求或?qū)⑦_(dá)到169萬(wàn)片，遠(yuǎn)超當(dāng)前供應(yīng)水平。

可以預(yù)見(jiàn)，在業(yè)內(nèi)形成穩(wěn)定且較高良率的襯底規(guī)?；鲐浨?，整個(gè)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(jí)”成為SiC襯底晶圓的一項(xiàng)主流未來(lái)趨勢(shì)，為進(jìn)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(shí)，業(yè)內(nèi)也將這一趨勢(shì)看作SiC降低成本的一個(gè)重要途徑。

汽車之外，SiC市場(chǎng)空間廣闊

在新能源汽車之外，光伏、儲(chǔ)能等工業(yè)應(yīng)用依然對(duì)SiC處于剛需狀態(tài)，呈現(xiàn)出加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

以光伏市場(chǎng)為例，光伏電站直流端電壓等級(jí)逐漸從1000V提升至1500V，未來(lái)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(shì)凸顯。

伴隨光伏逆變器出貨量的快速增長(zhǎng)以及SiC功率器件滲透率的提升，光伏SiC功率器件市場(chǎng)將迅速成長(zhǎng)。根據(jù)CASA數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)光伏領(lǐng)域第三代功率半導(dǎo)體的滲透率超過(guò)13%，市場(chǎng)規(guī)模約4.78億元，同比增長(zhǎng)56%，預(yù)計(jì)2026年光伏用第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)空間將接近20億元，五年CAGR超過(guò)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(zhǎng)曲線+SiC應(yīng)用滲透”的場(chǎng)景藍(lán)圖也在逐步打開(kāi)，SiC器件市場(chǎng)空間廣闊。

而未來(lái)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(lái)看，目前擔(dān)心產(chǎn)能過(guò)剩還為時(shí)尚早。

結(jié)語(yǔ)

整體來(lái)看，近年來(lái)隨著新能源汽車、儲(chǔ)能等市場(chǎng)的增長(zhǎng)，對(duì)SiC需求呈現(xiàn)出井噴式增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

有行業(yè)調(diào)研機(jī)構(gòu)表示，我們跟蹤全球半導(dǎo)體制造資產(chǎn)市場(chǎng)25年來(lái)，從未見(jiàn)過(guò)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(jiàn)證了SiC的強(qiáng)勁增長(zhǎng)。

借助SiC器件，全球功率半導(dǎo)體廠商都看到了增長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。擴(kuò)產(chǎn)對(duì)各大SiC廠商而言，也是搶占市場(chǎng)、爭(zhēng)奪客戶的必由之路。

縱然產(chǎn)能擴(kuò)充飛速增長(zhǎng)，但從供需兩側(cè)分析和行業(yè)機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)來(lái)看，目前需求端缺口過(guò)于巨大，SiC的大規(guī)模產(chǎn)能擴(kuò)張短期內(nèi)并不會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)過(guò)剩的現(xiàn)象。

因此，面對(duì)SiC行業(yè)技術(shù)演進(jìn)和市場(chǎng)機(jī)遇，行業(yè)廠商積極涌入，在充滿野心的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃中將SiC市場(chǎng)推向新的高地。

審核編輯：黃飛