巨頭跑步進(jìn)場 功率半導(dǎo)體進(jìn)入SiC時代？

與半導(dǎo)體市場整體“低迷”的現(xiàn)狀不同，功率半導(dǎo)體市場異常熱鬧。

功率半導(dǎo)體正從傳統(tǒng)硅基功率器件IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、MOSFET（金氧半場效晶體管），走向以SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）為代表的時代。

在這條賽道上，企業(yè)融資并購、廠商增資擴(kuò)產(chǎn)、新玩家跑步入場、新項(xiàng)目不斷涌現(xiàn)。

多位長期關(guān)注功率半導(dǎo)體發(fā)展的專業(yè)人士對《中國經(jīng)營報》記者表示，伴隨著 5G、物聯(lián)網(wǎng)、新能源等行業(yè)的迅速發(fā)展，具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、熱導(dǎo)率、電子飽和速率及抗輻射能力的碳化硅、氮化鎵等為代表的第三代半導(dǎo)體材料進(jìn)入快速發(fā)展階段，市場前景廣闊。

大廠入局

2018年，特斯拉開始在新能源汽車Model 3的主驅(qū)逆變器里，使用基于碳化硅材料的SiC MOSFET，以替代傳統(tǒng)的硅基IGBT。此舉，正式將SiC從幕后推到臺前，也被后入場的新能源汽車廠商效仿。

由于 SiC器件具有耐高溫、低損耗、導(dǎo)熱性良好、耐腐蝕、強(qiáng)度大、高純度等優(yōu)點(diǎn)，并且在禁帶寬度、絕緣擊穿場強(qiáng)、熱導(dǎo)率以及功率密度等參數(shù)方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體分析師王志偉對記者分析道，利用SiC特性在新能源汽車的使用中可以延長續(xù)航里程，降低汽車自重，尤其是縮短充電樁充電時間，除此之外，在服務(wù)器電源、工業(yè)驅(qū)動電機(jī)可再生能源等領(lǐng)域的應(yīng)用在逐步擴(kuò)大化。

與此同時，王志偉表示，與碳化硅一樣，氧化鎵同樣被業(yè)內(nèi)所看好，但是，氧化鎵還有諸多技術(shù)瓶頸待突破。比如，由于高熔點(diǎn)、高溫分解以及易開裂等特性，大尺寸氧化鎵單晶制備較難實(shí)現(xiàn)，距離真正規(guī)模化、商業(yè)化量產(chǎn)還需要一定時間。

根據(jù)TrendForce集邦咨詢《2023 SiC功率半導(dǎo)體市場分析報告》，隨著Infineon、ON Semi等與汽車、能源業(yè)者合作項(xiàng)目明朗化， 2023年整體SiC功率元件市場規(guī)模有望增長至22.8億美元，年成長率為41.4%。同時，受惠于電動汽車及可再生能源等下游主要應(yīng)用市場的強(qiáng)勁需求，2026年SiC功率元件市場規(guī)模有望達(dá)到53.3億美元。另Yole數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2023年，全球碳化硅材料滲透率有望達(dá)到3.75%。

海內(nèi)外巨頭也紛紛錨定了這一藍(lán)海市場。汽車半導(dǎo)體芯片巨頭瑞薩電子在日前宣布，將于2025年開始使用SiC來生產(chǎn)降低損耗的下一代功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，計(jì)劃在目前生產(chǎn)硅基功率半導(dǎo)體的群馬縣高崎工廠進(jìn)行量產(chǎn)，但具體投資金額和生產(chǎn)規(guī)模尚未確定。

值得注意的是，瑞薩電子此前很少涉及SiC相關(guān)業(yè)務(wù)，不過，作為新玩家，瑞薩社長兼CEO柴田英利表示，“在功率半導(dǎo)體上、我們起步非常慢。客戶對瑞薩IGBT的評價非常高、會將這些評價活用至SiC業(yè)務(wù)上。現(xiàn)在SiC市場仍小，但將來毫無疑問會變得非常大?！?/p>

除了新玩家外，傳統(tǒng)廠商也在加緊“跑馬圈地”。安森美半導(dǎo)體正考慮投資20億美元提高碳化硅芯片產(chǎn)量。安森美半導(dǎo)體目前在安森美半導(dǎo)體美國、捷克和韓國都設(shè)有工廠，其中，韓國工廠已經(jīng)在生產(chǎn) SiC 芯片。

安森美半導(dǎo)體高管表示，公司正考慮在美國、捷克或韓國進(jìn)行擴(kuò)張，目標(biāo)是到2027年占據(jù)碳化硅汽車芯片市場40%的份額。

而在德國，工業(yè)巨頭博世近期計(jì)劃通過收購美國芯片制造商TSI半導(dǎo)體，期望在2030年年底之前擴(kuò)大自己的SiC產(chǎn)品組合。

不過，成功“帶火”碳化硅的特斯拉給這一行業(yè)“潑了一盆冷水”，其于近日宣布，特斯拉下一代電動車將大幅削減75%的碳化硅用量。特斯拉表示，其創(chuàng)新技術(shù)允許該公司能從客制化電晶體封裝，抽出更多熱能，因此將減少在電晶體封裝使用的碳化硅，也已找到讓下一代電動車的動力系統(tǒng)減少使用75%碳化硅，卻不會犧牲汽車效能的方式。

對此，王志偉認(rèn)為，特斯拉下一代電動車削減碳化硅用量的原因可能是為了降低成本，同時也可能是因?yàn)樵撥囆偷碾娏刂茍鼍安恍枰褂肧iC功率半導(dǎo)體。

國產(chǎn)替代有望“彎道超車”

從市場占有率來看，碳化硅功率器件全球主要的市場份額主要掌握在以意法半導(dǎo)體、英飛凌、科銳、羅姆半導(dǎo)體等為代表的企業(yè)手中，前五名的公司所占份額達(dá)91%。

王志偉表示，國內(nèi)也有不少SiC器件廠商推出了車規(guī)級SiC 器件產(chǎn)品，但目前已經(jīng)在電動汽車上大量出貨的國產(chǎn)SiC器件廠商以及產(chǎn)品卻還很罕見。

不過，隨著近年來我們的國家政策積極支持碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展，根據(jù)“十四五規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要”，我國將加速推動以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體新材料新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，催生一批高速成長的企業(yè)。

其中三安光電、華潤微、基本半導(dǎo)體、中國電科等在內(nèi)的本土廠商，正在發(fā)力SiC功率半導(dǎo)體。

截至2023年4月底，三安光電已簽署的碳化硅器件長期采購協(xié)議總金額超70億元；而天岳先進(jìn)披露的年報顯示，其已于2022年與博世集團(tuán)簽署了長期協(xié)議，加入博世集團(tuán)的碳化硅襯底片供應(yīng)商行列。

不僅如此，國內(nèi)廠商也實(shí)現(xiàn)了流片。近日，中國電科宣布旗下55所與一汽聯(lián)合研發(fā)的首款750V碳化硅功率芯片完成流片，首款全國產(chǎn)1200V塑封2in1碳化硅功率模塊完成A樣件試制。而55所此前已在國內(nèi)率先突破了6英寸碳化硅MOSFET批產(chǎn)技術(shù)，碳化硅MOSFET器件在新能源汽車上批量應(yīng)用，裝車量達(dá)百萬輛，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。同時，在SiC定制化和研發(fā)難度較高的設(shè)備端，中國電科48所研制的碳化硅外延爐出貨量同比大幅增長。

王志偉認(rèn)為，隨著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善和技術(shù)的不斷提升，國產(chǎn)功率半導(dǎo)體的市場份額有望逐步增加。

王志偉對記者表示雖然與英飛凌、安森美等國外龍頭相比，國內(nèi)功率芯片市場仍處于起步階段，但是隨著政策扶持和市場需求的不斷增加，國內(nèi)企業(yè)有望在未來逐步崛起。而且與以SiC為代表的功率半導(dǎo)體制造對下游制造環(huán)節(jié)設(shè)備的要求相對較低，投資額相對較小，還能在一定程度上擺脫對高精度***為代表的加工設(shè)備依賴，是我國在半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突圍的關(guān)鍵賽道，將對未來國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局的重塑產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。

洛克資本合伙人李音臨認(rèn)為，目前國內(nèi)的第三代半導(dǎo)體從襯底材料、外延、設(shè)計(jì)制造等各個環(huán)節(jié)，均有對標(biāo)海外巨頭的國內(nèi)企業(yè)。而成本的下降，主要依托制造工藝的效率提升，對于最擅長在已經(jīng)證實(shí)可行的領(lǐng)域中降本增效的中國企業(yè)來說，該賽道已經(jīng)進(jìn)入了最有利于中國企業(yè)的階段。

中信證券發(fā)表研報也指出，SiC器件性能優(yōu)勢顯著，下游應(yīng)用環(huán)節(jié)廣闊，在高功率應(yīng)用上替代硅基產(chǎn)品具有強(qiáng)確定性，預(yù)計(jì)未來幾年行業(yè)將保持高增速。在當(dāng)前時間點(diǎn)，國內(nèi)龍頭企業(yè)不斷擴(kuò)張產(chǎn)能，搶占市場份額，有望打破海外壟斷，投資價值凸現(xiàn)。

?審核編輯 ：李倩