車規(guī)級功率器件需求只增不減

功率半導(dǎo)體大廠英飛凌宣布，計劃在未來五年內(nèi)投資高達50億歐元，用于在馬來西亞居林建造全球最大的8英寸SiC功率晶圓廠，居林廠計劃投資總額從20億歐元增至70億歐元。
有意思的是，今年2月Wolfspeed計劃在德國薩爾州建設(shè)號稱全球最大的8英寸SiC工廠。英飛凌大手筆布局馬來西亞8英寸SiC工廠，或?qū)⑴cWolfspeed進行競爭，碳化硅產(chǎn)能大戰(zhàn)一觸即發(fā)。

實際上，得益于新能源汽車等行業(yè)快速發(fā)展，碳化硅功率器件迎來發(fā)展空間，國內(nèi)外企業(yè)已經(jīng)紛紛瞄準碳化硅擴產(chǎn)。
據(jù)化合物半導(dǎo)體市場統(tǒng)計，除了Wolfspeed之外，今年上半年還有包括意法半導(dǎo)體、三菱電機、羅姆、Soitec、安森美等眾多企業(yè)紛紛擴產(chǎn)，其中，意法半導(dǎo)體在1月宣布斥資40億美元用于擴產(chǎn)12英寸晶圓和增加SiC制造能力，又在6月與三安光電合資成立8英寸SiC器件制造合資企業(yè)，建設(shè)總額預(yù)計約達32億美元。
中國本土廠商方面，碳化硅相關(guān)擴產(chǎn)項目也達到7起。其中，中車時代電氣投資111.19億元計劃建設(shè)中低壓功率器件產(chǎn)業(yè)化項目，包括在宜興子項目（58.26億元）、株洲子項目（52.93億元）。
長飛先進也擬建設(shè)第三代半導(dǎo)體功率器件生產(chǎn)項目，建設(shè)內(nèi)容包括外延、晶圓制造、封測等產(chǎn)線，建設(shè)完成后將形成6英寸SiC晶圓及外延36萬片/年，功率器件模塊6100萬個/年。
比亞迪則計劃斥資2億元，在深圳市坪山區(qū)比亞迪汽車生產(chǎn)基地建設(shè)SiC外延中試線量產(chǎn)項目，擴建后將新增SiC外延片產(chǎn)能6000片/年，總產(chǎn)能達18000片/年。

車用碳化硅需求緊缺

在有新能源汽車行業(yè)“風(fēng)向標”之稱的特斯拉宣布未來將大幅削減用量之后，碳化硅并沒有就此跌落“神壇”。相反，隨著全球特別是中國新能源汽車市場滲透率的快速提升，強勁的上車需求疊加巨大的產(chǎn)能缺口，這條“賽道”愈發(fā)呈現(xiàn)出欣欣向榮之勢。
羅蘭貝格全球合伙人時帥指出，碳化硅元器件核心的優(yōu)勢突出。第一，能量損耗低，導(dǎo)通電阻可至少降低至原來的1/100，開關(guān)頻率更快，電控系統(tǒng)效率可提高至99.5％；耐高壓／耐高溫，更易被擊穿，可支持800V甚至1200V整車平臺，帶來更強的電氣化功能支持以及更優(yōu)的能耗；輕量化，尺寸可大幅減小至原來的1/10，因此功率模塊體積更小、更緊湊。
更進一步來說，碳化硅的應(yīng)用能夠非常直接地提升新能源汽車的續(xù)駛里程。假設(shè)純電動汽車逆變器的功率模塊全部采用碳化硅元器件，整車續(xù)駛里程可增加5％～10％。此外，碳化硅的應(yīng)用也是搭建高壓平臺（800V及以上）的前提條件，從而實現(xiàn)對超級快充功能的支持（4C及以上）；同時，還能帶來更強大的智能化/電氣化功能。
正因如此，汽車產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片企業(yè)和一級零部件供應(yīng)商正在瘋狂押注碳化硅，紛紛簽署長期供貨協(xié)議。日前，意法半導(dǎo)體和三安光電擬出資32億美元（約合人民幣228億元）在重慶合資建造一座8英寸碳化硅外延、芯片代工廠。項目計劃于2025年完成階段性建設(shè)并逐步投產(chǎn)，2028年達產(chǎn)，規(guī)劃達產(chǎn)后生產(chǎn)8英寸碳化硅晶圓1萬片／周。同時，三安光電將利用自有碳化硅襯底工藝，單獨建造和運營一個新的8英寸碳化硅襯底制造廠，以滿足該合資廠的襯底需求。
今年5月初，英飛凌分別與國內(nèi)碳化硅材料供應(yīng)商天科合達、天岳先進簽訂長期協(xié)議，以獲取高質(zhì)量且具有競爭力的6英寸碳化硅晶圓和晶錠，預(yù)計兩家公司的供應(yīng)量都將占到英飛凌長期需求量的兩位數(shù)份額。
這不應(yīng)該解讀為零星一兩家企業(yè)采取行動的獨立事件。今年2月，采埃孚與意法半導(dǎo)體達成碳化硅技術(shù)合作關(guān)系，將就此獲得世界一流碳化硅技術(shù)供應(yīng)商的長期協(xié)助；當月，采埃孚還與Wolfspeed建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，計劃建立聯(lián)合創(chuàng)新實驗室，推動碳化硅系統(tǒng)和設(shè)備技術(shù)在出行、工業(yè)和能源應(yīng)用領(lǐng)域的進步；4月，采埃孚宣布，自2025年起將從意法半導(dǎo)體采購碳化硅器件，集成到當年投入批量生產(chǎn)的新型模塊化逆變器架構(gòu)中。
今年5月底，緯湃科技與安森美宣布了一項長達10年的碳化硅產(chǎn)品供應(yīng)協(xié)議，價值19億美元；6月，其又與羅姆簽署碳化硅功率元器件長期供貨合作協(xié)議，雙方在2024～2030年的交易額將超過1300億日元。
在中科院戰(zhàn)略咨詢院產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中心汽車行業(yè)特聘研究員鹿文亮看來，碳化硅的生產(chǎn)工藝較難、產(chǎn)能較低、成本較高，供應(yīng)很不穩(wěn)定，這很有可能成為限制汽車行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

國產(chǎn)化加速推進

碳化硅應(yīng)用前景廣闊，國內(nèi)企業(yè)也看準了這個賽道?！暗翘蓟杈w生長極其困難，20世紀90年代只有少數(shù)發(fā)達國家掌握晶體生長和加工技術(shù)，我國碳化硅技術(shù)起步相對較晚，目前國內(nèi)企業(yè)正在碳化硅領(lǐng)域奮起直追。”陳小龍說。
集邦咨詢化合物半導(dǎo)體分析師龔瑞驕介紹說，以6英寸碳化硅襯底為例，國內(nèi)良品率大概有40%，海外有60%～70%。另外，碳化硅半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管分為平面類和溝槽類，在同等條件下，溝槽類更具備成本和性能優(yōu)勢，但國內(nèi)企業(yè)需要跨過巨大的專利鴻溝。
業(yè)內(nèi)人士指出，當前碳化硅的下游需求依舊旺盛，特別是車用級碳化硅襯底產(chǎn)能仍偏緊，國內(nèi)業(yè)界對于碳化硅國產(chǎn)替代的呼聲非常高。國家也意識到了這個問題，在《“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中提出，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)化進程，催生一批高速成長的新材料企業(yè)。更值得注意的是，目前已有要對中國禁售碳化硅等產(chǎn)業(yè)高精尖設(shè)備的跡象，所以碳化硅國產(chǎn)化之路勢在必行。
現(xiàn)在業(yè)內(nèi)已經(jīng)紛紛行動起來，布局碳化硅產(chǎn)業(yè)，加入碳化硅的國產(chǎn)化隊伍。據(jù)不完全統(tǒng)計，2022年國內(nèi)新立項、簽約的碳化硅項目投資額超過476億元，而2018年這個數(shù)字還只有50億元。
業(yè)內(nèi)人士指出，隨著未來兩三年產(chǎn)能密集釋放，國內(nèi)碳化硅市場供需將會趨于平衡，成本將加速下降。屆時，國內(nèi)碳化硅中低端產(chǎn)品的市場競爭或?qū)⒏蛹ち遥瑯I(yè)內(nèi)需要在技術(shù)突破上重點發(fā)力，實現(xiàn)彎道超車和自主可控，縮小與國際巨頭的差距，爭取在碳化硅高端市場分得一杯羹。