雖然市場產(chǎn)銷兩旺，但是我國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，是國產(chǎn)碳化硅功率半導(dǎo)體在車上大規(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，坐落著中國第一條、世界第三條碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合超級工廠項(xiàng)目，僅參觀走廊就超過兩公里。透明玻璃窗內(nèi)，長晶爐等設(shè)備無聲運(yùn)轉(zhuǎn)，工人在各條產(chǎn)線加緊作業(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，包括長晶—襯底制作—外延生長—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20萬片/年。

據(jù)湖南三安半導(dǎo)體銷售副總經(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)月的銷售額均達(dá)億元級別。其中，新能源汽車功率半導(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。

今年中國電動(dòng)汽車百人會論壇上，英飛凌科技方面也透露，到2027年，英飛凌第三代半導(dǎo)體碳化硅相對目前對比產(chǎn)能會是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)體定義汽車的時(shí)代，碳化硅在資本市場早已點(diǎn)燃。A股市場中第三代半導(dǎo)體概念公司已經(jīng)超過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，去年全球碳化硅器件市場規(guī)模43億美元，2026年有望成長至89億美元。

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

“汽車市場的結(jié)構(gòu)性缺芯，國產(chǎn)化是破題辦法之一。”奇瑞汽車研發(fā)總院芯片規(guī)劃總監(jiān)郭宇輝對記者解釋說，“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年會釋放產(chǎn)能，屆時(shí)碳化硅功率半導(dǎo)體的緊缺狀況或會緩解。”

在近年來陸續(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)筑起較高的競爭門檻，并通過服務(wù)的“統(tǒng)包”相應(yīng)市場需求。

功率半導(dǎo)體漸漸分野，IGBT和碳化硅(SiC)是兩大主流路線。按業(yè)內(nèi)共識，20萬元以內(nèi)的電動(dòng)車通常會選用IGBT，20萬元以上的電動(dòng)車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，更為適配高端車型。

“我們認(rèn)為，碳化硅功率半導(dǎo)體很可能走出類似LED的發(fā)展之路。”張真榕對記者表示，此前三安光電所主營的LED產(chǎn)業(yè)開始階段價(jià)格高企，后來隨著技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)模化效應(yīng)顯現(xiàn)，逐步走入尋常百姓家。


汽車功率半導(dǎo)體需求旺盛

新能源汽車是全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要方向。2022年是全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有標(biāo)志性意義的一年，年銷量首次突破1000萬輛，同比增長63.6%。芯片是新能源汽車不可或缺的關(guān)鍵器件，已經(jīng)成為影響汽車產(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，汽車的智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化加速演進(jìn)，新能源汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，芯片在汽車當(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，全球汽車半導(dǎo)體市場總額達(dá)到530億美元。預(yù)計(jì)2027年，汽車半導(dǎo)體市場將達(dá)到2000億美元。2022年到2027年，年復(fù)合增長率將保持在30%以上。

功率半導(dǎo)體是整個(gè)汽車芯片幾大類產(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)車型中，功率半導(dǎo)體使用量大幅提升，占比達(dá)到55％。

目前，國際領(lǐng)先汽車企業(yè)的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品已從標(biāo)準(zhǔn)品應(yīng)用步入到定制品開發(fā)，通過定制化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化競爭；國內(nèi)汽車企業(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)定制化開發(fā)，技術(shù)追趕國際競企與競品。2021年投產(chǎn)的湖南三安長沙項(xiàng)目，業(yè)務(wù)涵蓋碳化硅襯底材料、外延片、晶圓生產(chǎn)及封裝測試等環(huán)節(jié)，是國內(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)體銷售副總經(jīng)理張真榕在接受記者采訪時(shí)表示：“我們的車規(guī)級碳化硅MOSFET產(chǎn)品正配合多家車企做流片設(shè)計(jì)及測試并取得重大突破。”


碳化硅襯底放量

隨著世界對通信、傳感和旅行的功率和效率的要求越來越高，到 2027 年，化合物半導(dǎo)體襯底材料的市場將增加一倍以上——與硅相比，用于功率應(yīng)用的碳化硅 (SiC) 預(yù)計(jì)將顯著增加其市場份額。所有大趨勢（電氣化、5G/6G、云計(jì)算……）都在其路線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，化合物半導(dǎo)體襯底材料市場將從 2021 年的 9.45 億美元增長到 2027 年的 23 億美元，復(fù)合年增長率為 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)合年增長率為 25%，其在化合物半導(dǎo)體襯底中的市場份額將增加約 50%。光子學(xué)磷化銦 (InP) 市場也將增加其份額并以 20% 的復(fù)合年增長率增長。第三個(gè)主要市場，射頻 (RF) GaN，包括襯底硅和 SI SiC，將保持其市場份額，但繼續(xù)與其他應(yīng)用一起增長，2021-2027 年復(fù)合年增長率為 11 %。

汽車的電氣化和高壓應(yīng)用正在推動(dòng)對 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）收購了美國碳化硅制造商GT Advanced Technologies。同年，湖南三安半導(dǎo)體投資25億美元在中國開設(shè)了一條涵蓋從晶體生長到功率器件、封裝和測試的整個(gè)供應(yīng)鏈的碳化硅生產(chǎn)線，以提高其在電力電子領(lǐng)域的市場份額。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。并且，半導(dǎo)體巨頭英飛凌于 2022 年與汽車制造商 Stellantis 合作。這筆價(jià)值超過 10 億歐元的交易將使英飛凌儲備制造能力，并在 2022 年的下半年向 Stellantis 的一級供應(yīng)商供應(yīng) SiC 芯片。

RF GaN 市場預(yù)計(jì)將在規(guī)模上增長，但市場份額不會增長，部分原因是 2019 年美國對華為的制裁影響了 GaN-on-SiC 供應(yīng)鏈。2023年，得益于印度等各國的5G基站市場，市場有望再次獲得增長動(dòng)力。