（文/陈炳欣）从2018年特斯拉Model 3首次采用碳化硅逆变器取代硅基IGBT以来，碳化硅的车载应用就在加速。与此同时，碳化硅在光伏逆变器中应用目前也在成熟，有望叠加车载应用成为新的热点。根据Yole Intelligence报告，到2028年全球功率碳化硅器件市场将增长至近90亿美元。受商业化进程加速影响，碳化硅将吸引越来越多大厂的布局投入。
市场处于紧缺状态
从Yole Intelligence最新发布的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，2022年汽车应用占功率碳化硅市场的70%。
车载领域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。随着国内外车企纷纷布局 800V 高压平台，碳化硅在汽车领域有望获得更大规模的增长。
与此同时，碳化硅器在在光伏市场替代IGBT的趋势也非常值得关注。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表示，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%。
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。根据 IHS Markit，近年来光伏产业的快速发展带动光伏逆变器市场规模快速提升，2020 年全球光伏逆变器的市场规模为136GW，2025年有望达到401GW，2020-2025年的复合增长率达24%。
在应用需求的推动下，2021年和2022年碳化硅晶圆一直处于供应短缺状态，今年市场供应紧缺的情况仍然没有得到完全缓解。根据英飞凌全球高级副总裁及大中华区总裁、大中华区电源与传感系统事业部负责人潘大伟认为，当前市场对碳化硅芯片的需求仍然旺盛，仍然处于紧缺状态。实际上，很多碳化硅晶圆及器件企业都与上游衬底厂商签署长约，这显示碳化硅芯片的供给并不乐观。
不过值得注意的是，基于碳化硅的供不应求状态，各大厂商纷纷推动8英寸量产进程，同时尽力提高器件方面产能和良品率。随着8 英寸产线实现规模化生产，碳化硅器件成本可望得到降低。Yole Intelligence的高级技术和市场分析师Poshun Chiu表示，我们可以预期碳化硅二极管级晶圆的价格会受到更大的侵蚀。但是价格的降低会吸引更多的应用需求，商业化进程也将加速。
碳化硅大厂加速布局
由于需要的增长，各大企业加速了对碳化硅的布局。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。1月份，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。该基地已于3月奠基。6月份，意法半导体宣布将与三安光电成立8英寸SiC器件制造合资企业，三安光电将配套建设一座8英寸衬底厂。合资公司预计2025年第四季度投产。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。三星任命安森美半导体前董事洪锡俊担任副总裁，负责监管相关业务。该业务预计将于2025年启动。据不完全统计，上半年与碳化硅相关的扩产项目及预期资本支出加起来总金额已达上千亿元。
ATREG公司CEO Stephen Rothrock表示：“根据我们迄今为止的计算，我们估计目前全球碳化硅晶圆厂的投资总额接近140亿美元，这只是一个开始。”目前，面向碳化硅的投资大致来源来三个方面：一是传统功率半导体大厂，二是汽车厂商，三是IDM大厂，或许未来还将有更多不同方面的资金进入这个领域。
中国企业需抓住下游市场商机
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。以光伏为例，随着中国装机量的增长，在全球出货量排名前十的供应商中已有6家是中国供应商。国内逆变器厂商在全球逆变器市场中占据超6成市场份额。未来随着新能源替代传统燃料进程加速，逆变器向高效率、高功率密度、高可靠性等方向发展，碳化硅器件有望受益于本土供应链优势，迎来发展良机。根据SiC芯观察数据显示，2020年碳化硅光伏逆变器占比为10%，预计2035年占比将达到75%。国内厂商应抓住这一优势，体现贴近客户的优势，及时反响客户需求，推进取得快速突破。
另外，近些年来碳化硅的一直处于供不应求的状况。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。目前国内外专家和各厂家正在加大投入攻克这些难题，未来3-5年内或会有所突破。但随着8英寸晶圆的碳化硅器件大量进入市场，对当前的价格体系以至产业格局将产生一定影响。中国企业应从长远的角度看到机遇，并相应地调整战略，加大投入力度，在6英寸和8英寸的碳化硅晶圆良率和成本上进一步实现突破是竞争的关键。对此，有专家指出，目前中国碳化硅行业已开启并购整合进程。中国企业不应错失这样的机会，应该充分发挥并购带来的加成作用，促进中国碳化硅领域在技术上的或者产业集中度上的进步。
