雖然市場(chǎng)產(chǎn)銷(xiāo)兩旺，但是我國(guó)碳化硅功率器件仍處于早期階段，如何降低成本、穩(wěn)定質(zhì)量、提升良率，是國(guó)產(chǎn)碳化硅功率半導(dǎo)體在車(chē)上大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。業(yè)內(nèi)認(rèn)為，這一方面依賴(lài)于企業(yè)主體的技術(shù)創(chuàng)新，另一方面也有待芯片、模組、零部件和整車(chē)等產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的多元協(xié)同。


功率半導(dǎo)體“放量年”

湖南三安半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園，坐落著中國(guó)第一條、世界第三條碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合超級(jí)工廠項(xiàng)目，僅參觀走廊就超過(guò)兩公里。透明玻璃窗內(nèi)，長(zhǎng)晶爐等設(shè)備無(wú)聲運(yùn)轉(zhuǎn)，工人在各條產(chǎn)線(xiàn)加緊作業(yè)，機(jī)器人則進(jìn)行著拋光等工序。

2020年，三安光電籌劃在長(zhǎng)沙成立子公司投資建設(shè)碳化硅等化合物第三代半導(dǎo)體的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，包括長(zhǎng)晶—襯底制作—外延生長(zhǎng)—芯片制備—封裝產(chǎn)業(yè)鏈，投資總額160億元。一期工程前年投產(chǎn)，如今6英寸碳化硅晶圓產(chǎn)能已經(jīng)爬坡至20萬(wàn)片/年。

據(jù)湖南三安半導(dǎo)體銷(xiāo)售副總經(jīng)理張真榕介紹，公司訂單量目前處于飽和狀態(tài)，前兩個(gè)月的銷(xiāo)售額均達(dá)億元級(jí)別。其中，新能源汽車(chē)功率半導(dǎo)體步入放量期，三安用于主驅(qū)的碳化硅功率半導(dǎo)體有望在今年四季度正式上車(chē)。

今年中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇上，英飛凌科技方面也透露，到2027年，英飛凌第三代半導(dǎo)體碳化硅相對(duì)目前對(duì)比產(chǎn)能會(huì)是10倍左右的增加，目標(biāo)是達(dá)成在2030年左右占有30%的市場(chǎng)份額。

天岳先進(jìn)、天科合達(dá)、爍科晶體……都已經(jīng)成為碳化硅半導(dǎo)體界的重要玩家。半導(dǎo)體定義汽車(chē)的時(shí)代，碳化硅在資本市場(chǎng)早已點(diǎn)燃。A股市場(chǎng)中第三代半導(dǎo)體概念公司已經(jīng)超過(guò)80家，氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等都是其中的代表性材料。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，去年全球碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模43億美元，2026年有望成長(zhǎng)至89億美元。

相較于美國(guó)的高比例，以及歐洲完整的產(chǎn)業(yè)鏈，國(guó)內(nèi)碳化硅芯片類(lèi)企業(yè)在技術(shù)和產(chǎn)能上存在差距。隨著越來(lái)越多廠商的產(chǎn)能擴(kuò)建和上車(chē)提速，差距也在加速縫合。

“汽車(chē)市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)性缺芯，國(guó)產(chǎn)化是破題辦法之一?！逼嫒鹌?chē)研發(fā)總院芯片規(guī)劃總監(jiān)郭宇輝對(duì)記者解釋說(shuō)，“碳化硅芯片項(xiàng)目投資建設(shè)期需18-24個(gè)月，去年有許多碳化硅項(xiàng)目的投資，要2025年會(huì)釋放產(chǎn)能，屆時(shí)碳化硅功率半導(dǎo)體的緊缺狀況或會(huì)緩解?！?/span>

在近年來(lái)陸續(xù)投產(chǎn)的多個(gè)碳化硅制造項(xiàng)目中，三安光電是國(guó)內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)SiC垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈布局的公司，張真榕認(rèn)為，這種模式有利于實(shí)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能獨(dú)立“做生意”，也可以構(gòu)筑起較高的競(jìng)爭(zhēng)門(mén)檻，并通過(guò)服務(wù)的“統(tǒng)包”相應(yīng)市場(chǎng)需求。

功率半導(dǎo)體漸漸分野，IGBT和碳化硅(SiC)是兩大主流路線(xiàn)。按業(yè)內(nèi)共識(shí)，20萬(wàn)元以?xún)?nèi)的電動(dòng)車(chē)通常會(huì)選用IGBT，20萬(wàn)元以上的電動(dòng)車(chē)則傾向于碳化硅功率半導(dǎo)體。后者具有損耗小、耐高壓、耐高溫的特性，更為適配高端車(chē)型。

“我們認(rèn)為，碳化硅功率半導(dǎo)體很可能走出類(lèi)似LED的發(fā)展之路?！睆堈骈艑?duì)記者表示，此前三安光電所主營(yíng)的LED產(chǎn)業(yè)開(kāi)始階段價(jià)格高企，后來(lái)隨著技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)?；?yīng)顯現(xiàn)，逐步走入尋常百姓家。


汽車(chē)功率半導(dǎo)體需求旺盛

新能源汽車(chē)是全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要方向。2022年是全球新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有標(biāo)志性意義的一年，年銷(xiāo)量首次突破1000萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)63.6%。芯片是新能源汽車(chē)不可或缺的關(guān)鍵器件，已經(jīng)成為影響汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性因素。隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的興起，汽車(chē)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化加速演進(jìn)，新能源汽車(chē)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，芯片在汽車(chē)當(dāng)中的重要性日益提升，需求保持穩(wěn)步上升。數(shù)據(jù)顯示，2022年，全球汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)總額達(dá)到530億美元。預(yù)計(jì)2027年，汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)將達(dá)到2000億美元。2022年到2027年，年復(fù)合增長(zhǎng)率將保持在30%以上。

功率半導(dǎo)體是整個(gè)汽車(chē)芯片幾大類(lèi)產(chǎn)品中非常重要的一環(huán)，廣泛用于轉(zhuǎn)換器、充電器、逆變器等實(shí)現(xiàn)能量互換的關(guān)鍵零部件中。在純電動(dòng)車(chē)型中，功率半導(dǎo)體使用量大幅提升，占比達(dá)到55％。

目前，國(guó)際領(lǐng)先汽車(chē)企業(yè)的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品已從標(biāo)準(zhǔn)品應(yīng)用步入到定制品開(kāi)發(fā)，通過(guò)定制化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化競(jìng)爭(zhēng)；國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品雖仍以標(biāo)準(zhǔn)品應(yīng)用為主，但也逐步啟動(dòng)定制化開(kāi)發(fā)，技術(shù)追趕國(guó)際競(jìng)企與競(jìng)品。2021年投產(chǎn)的湖南三安長(zhǎng)沙項(xiàng)目，業(yè)務(wù)涵蓋碳化硅襯底材料、外延片、晶圓生產(chǎn)及封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)，是國(guó)內(nèi)第一條、全球第三條碳化硅垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈。湖南三安半導(dǎo)體銷(xiāo)售副總經(jīng)理張真榕在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示：“我們的車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅MOSFET產(chǎn)品正配合多家車(chē)企做流片設(shè)計(jì)及測(cè)試并取得重大突破?！?/span>


碳化硅襯底放量

隨著世界對(duì)通信、傳感和旅行的功率和效率的要求越來(lái)越高，到 2027 年，化合物半導(dǎo)體襯底材料的市場(chǎng)將增加一倍以上——與硅相比，用于功率應(yīng)用的碳化硅 (SiC) 預(yù)計(jì)將顯著增加其市場(chǎng)份額。所有大趨勢(shì)（電氣化、5G/6G、云計(jì)算……）都在其路線(xiàn)圖中增加了化合物半導(dǎo)體器件的使用。

據(jù)Yole Group 旗下的 Yole Intelligence預(yù)測(cè)，化合物半導(dǎo)體襯底材料市場(chǎng)將從 2021 年的 9.45 億美元增長(zhǎng)到 2027 年的 23 億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 17%。

到 2027 年，用于功率應(yīng)用的 SiC 將成為最大的行業(yè)， 2021-2027 年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為 25%，其在化合物半導(dǎo)體襯底中的市場(chǎng)份額將增加約 50%。光子學(xué)磷化銦 (InP) 市場(chǎng)也將增加其份額并以 20% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。第三個(gè)主要市場(chǎng)，射頻 (RF) GaN，包括襯底硅和 SI SiC，將保持其市場(chǎng)份額，但繼續(xù)與其他應(yīng)用一起增長(zhǎng)，2021-2027 年復(fù)合年增長(zhǎng)率為 11 %。

汽車(chē)的電氣化和高壓應(yīng)用正在推動(dòng)對(duì) SiC 材料的需求，主要參與者一直在采取措施確保或增加其襯底供應(yīng)。

2021年，安森美半導(dǎo)體（現(xiàn)安森美）收購(gòu)了美國(guó)碳化硅制造商GT Advanced Technologies。同年，湖南三安半導(dǎo)體投資25億美元在中國(guó)開(kāi)設(shè)了一條涵蓋從晶體生長(zhǎng)到功率器件、封裝和測(cè)試的整個(gè)供應(yīng)鏈的碳化硅生產(chǎn)線(xiàn)，以提高其在電力電子領(lǐng)域的市場(chǎng)份額。Wolfspeed 是 SiC 襯底、外延片和工藝領(lǐng)域的現(xiàn)有領(lǐng)導(dǎo)者，最近宣布在德國(guó)新建 8 英寸 SiC 工廠，以鞏固其領(lǐng)先地位并進(jìn)軍 SiC 器件市場(chǎng)。并且，半導(dǎo)體巨頭英飛凌于 2022 年與汽車(chē)制造商 Stellantis 合作。這筆價(jià)值超過(guò) 10 億歐元的交易將使英飛凌儲(chǔ)備制造能力，并在 2022 年的下半年向 Stellantis 的一級(jí)供應(yīng)商供應(yīng) SiC 芯片。

RF GaN 市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在規(guī)模上增長(zhǎng)，但市場(chǎng)份額不會(huì)增長(zhǎng)，部分原因是 2019 年美國(guó)對(duì)華為的制裁影響了 GaN-on-SiC 供應(yīng)鏈。2023年，得益于印度等各國(guó)的5G基站市場(chǎng)，市場(chǎng)有望再次獲得增長(zhǎng)動(dòng)力。