回顾2023:碳化硅供不应求 产业驶上“快车道”

来源:爱集微 #碳化硅# #年终盘点# #汽车半导体# #功率器件#
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(文/陈炳欣)2023年对碳化硅厂商来说是忙碌的一年。在半导体整体下行的背景下,碳化硅依然呈现供不应求的景况。这使相关厂商一整年都在寻求扩产与寻找衬底货源中度过。展望2024年,受汽车应用的带动,市场对碳化硅器件的需求热度依然不减,随着8英寸晶圆的小幅试产,行业的竞争将在新一阶段逐步展开。

汽车与光伏应用增长,市场供不应求

在经历了一轮“缺芯潮”之后,全球半导体产业进入相对漫长的下行周期,大多数半导体公司遭受市场压力,碳化硅却是一抹难得的亮色。从2021年-2022年起,碳化硅器件便进入供应短缺状态,至今依然没有得到完全缓解。其中,汽车对碳化硅器件应用量的提升,成为拉动行业增长的主要因素。

碳化硅在电动车辆和混合动力汽车的功率电子系统中起着关键作用,碳化硅器件主要应用于逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等部件当中,可以在更高的电压和温度下工作,而且效率更高,散热更好。随着电动车和混合动力车的需求增加,碳化硅产品的市场需求仍在增加。

据不完全统计,截至2023年上半年,全球已有40款碳化硅车型进入量产交付,上半年全球碳化硅车型销量超过120万辆。从Yole Intelligence发布的2023年版《功率碳化硅报告》来看,碳化硅行业近年实现了创纪录的增长,预计到2028年,全球功率碳化硅器件市场将增长至近90亿美元。其中,新能源汽车可以称得上当前碳化硅的杀手级应用。

碳化硅也在不断拓展新的应用领域。根据中科院深圳先进技术研究院光子信息与能源材料研究中心杨春雷研究员的介绍,近年来光伏太阳能装机容量持续增长,中国作为主要地区市场,2022年新增装机占比超过45%。碳化硅器在光伏市场应用值得关注。Yole研报预计,应用于光伏发电及储能的碳化硅市场规模将在2025年达到3.14亿美元,2019年-2025年复合增长率为17%。

光伏逆变器是光伏系统的核心部件,可以将太阳能板产生的可变直流电转换为交流电,并反馈回输电系统或供离网的电网使用。IGBT是光伏逆变器的核心器件之一。随着碳化硅在光伏领域应用逐渐成熟,碳化硅器件可有效提高光伏发电转换效率,光伏逆变器的转换效率可从硅基的96%提升至SiC MOSFET的99%以上,能量损耗降低50%,设备循环寿命提升50倍。这使得光伏逆变器拥有更大替换碳化硅的动力。伴随渗透率的进一步提升,未来的碳化硅有望逐渐替代硅基IGBT在光伏逆变器上的应用。

大厂纷纷扩产,国内差距正在缩短

随着需求的增长,碳化硅大厂纷纷加速产业布局。2023年10月13日,中国香港科技园公司与杰平方半导体签署合作备忘录,投资开设香港首座碳化硅8英寸晶圆厂。该项目的总投资额约69亿元港币,计划于2028年达到年产量24万片碳化硅晶圆。杰平方半导体是一家聚焦车载芯片研发的芯片设计企业。

10月10日,三菱电机与电装分别向Coherent公司的碳化硅业务子公司投资5亿美元,并各自获得12.5%的非控股权益。三菱电机与电装表示,通过投资Coherent,可加强双方的垂直合作,确保 6/8英寸碳化硅芯片的采购的稳定。

8月31日,博世宣布完成对TSI Semiconductors的200mm晶圆厂收购。博世计划在未来几年中向该晶圆厂投资15亿美元。在2026年之后,该晶圆厂将生产8英寸碳化硅晶圆。2023年1月,博世还表示计划在苏州建设一座工厂——博世新能源汽车核心部件及自动驾驶研发制造基地,生产内容包含SiC功率模块等。

6月份,意法半导体宣布与三安光电成立8英寸碳化硅器件制造合资企业,建设总额预计约达32亿美元,主要从事碳化硅外延、芯片生产,预计2028年全面落成达产后,8英寸碳化硅晶圆产能将达1万片/周。此外,三安光电还将利用自有碳化硅衬底工艺,单独建造和运营一座新的8英寸碳化硅衬底制造厂,以满足合资厂的衬底需求。

安森美也一直在推进碳化硅的扩张计划。近两年来在多个国家的基地频繁扩产。5月份,安森美表示,考虑在美国、捷克、韩国投资20亿美元扩产碳化硅芯片。另有媒体报道,三星电子内部组建碳化硅功率半导体团队,计划投资700-8000 亿韩元进入碳化硅与氮化镓代工业务。

国内企业也在积极研发和探索碳化硅器件的产业化,已经形成相对完整的碳化硅产业链,部分产业节点有所突破。碳化硅衬底方面,天岳先进在半绝缘碳化硅衬底的市场占有率连续多年保持全球前三;天科合达在国内率先成功研制6英寸碳化硅衬底,并已实现规模化生产和器件销售。碳化硅外延片方面,厦门瀚天天成与东莞天域可生产6英寸碳化硅外延片。碳化硅器件方面,泰科天润、瀚薪、扬杰科技、中电 55 所、中电 13 所、科能芯、中车时代电气等形成一定实力,正在缩短与国外差距。

对此,中科院半导体所研究员石寅指出,国内的竞争还处于起步阶段,由于看到这个好市场,很多企业把碳化硅选作新赛道布局。另外有一个中国特有的原因,碳化硅的生产设备西方尚未作为重点实施禁运,因此不少地区在扩建碳化硅产线。中国碳化硅的优势在于下游应用市场庞大,无论是在新能源汽车还是光伏太阳能行业,国内都具备领先优势。

产业热潮持续,领域内并购案增加

随着碳化硅产业热潮的发展,领域内并购案也在增加。2023年11月,罗姆宣布完成对Solar Frontier原国富工厂的收购;安森美在2021年以4.15亿收购GTAT;SK在2020年以4.5亿美元收购杜邦碳化硅晶圆事业部;ST在2019年以1.375 亿美元收购Norstel AB……

碳化硅行业如果从2018年开始规模化应用算起,至今不过5-6年时间,仍然处于发展的初期阶段。技术门槛和资金门槛,相对于已经走向3nm的硅基芯片要小很多。随着近年来产业热度的不断提升,很多大型半导体企业开始进入碳化硅行业布局卡位。对此,有投资领域专家预计,未来3—5年时间,有极大可能保持当前的节奏,每年三至四起具有一定规模且有一定影响的并购案,持续一段时间。

相较之下,国内的碳化硅产业起步较晚,就并购角度而言,目前国内大规模碳化硅并购案还不多。不过随着越来越多的资本与企业进入这个赛道,将来出现大规模的并购重组是不可避免的。芯聚能半导体CEO周晓阳在相关论坛演讲时,就对碳化硅产业判断指出,碳化硅赛道已经过于拥挤,一定会有人掉队,将来并购重组不可避免。

那么,中国碳化硅企业应当如何更加有效地实施并购整合呢?专家指出,碳化硅是一个比较新的赛道。从国际上看,现在很多公司已经开始从产业链最上游的衬底材料做到最下游的器件模组,探索打造端到端的产业新模式。比如罗姆收购SiCrystal股权就是一种从器件公司向衬底材料的延伸,近期收购Solar Frontier也有这方面的意味。这与硅基半导体领域分化为Foundry、Fabless的模式大不相同。而这样的发展模式也值得国内企业借鉴。

展望2024,关注市场长期看好与短期波动

展望2024碳化硅的市场行情,英飞凌科技全球高级副总裁及大中华区总裁、英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部负责人潘大伟表示,第三代半导体是实现低碳化、数字化的重要技术,无论是碳化硅还是氮化镓的应用,都有力地支撑了当今社会的可持续发展。因此看好碳化硅的长期市场需求。特别是在汽车领域,随着搭载800V高压平台的新能源车型逐渐推广,多个车企均对高性能、高电压、低导通电阻的碳化硅MOSFET器件提出了更大的需求,如应用于主驱动的1200V大功率的全桥碳化硅MOSFET模块、应用于车载OBC充电器的碳化硅模块等。

不过市场可能出现的短期波动变化也值得注意。有声音表示担心,2023年底汽车半导体的短缺情况已经得到缓解,已经火热一段时间的碳化硅行情或将发生一定改变。这对相关企业来说,应当给予一定关注,提前规划。

另一个值得关注的变化是整个行业从6英寸晶圆向8英寸的过渡期。当前国际大厂仍以6英寸晶圆为主,为进一步提升产能,降低单个器件的成本,如英飞凌、Wolfspeed、ST、罗姆半导体等几年前就开始布局8寸碳化硅晶圆,并计划逐渐实现向8英寸晶圆的过渡。

安富利现场应用管理总监丁国骄表示,制约碳化硅大规模生产的主要因素并不是资金设备等方面的投入,而是碳化硅的生长性。怎样让晶圆长快、长厚、长大,这是综合材料和工艺的问题,需要投入研究试验和积累。目前国内外专家和各厂家正在加大投入攻克这些难题。Yole 高级技术和市场分析师Poshun Chiu也强调,随着未来8英寸晶圆量产增加,碳化硅晶圆的价格将会受到侵蚀。未来几年中,从产品到价格如何迎接8英寸晶圆时代的到来,将是一个挑战。

责编: 张轶群
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