近日，第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的國際領(lǐng)先廠商意法半導(dǎo)體公布了最新的財報，ST SiC領(lǐng)域2023年收入達(dá)到14億美元，計劃在2024年實現(xiàn)15億美元的收入，到2025年有望達(dá)到20億美元，預(yù)計到2030年達(dá)到50億美元。ST對媒體表示，每天有600多萬車輛采用100% ST SiC解決方案行駛在路上。
國際調(diào)研機構(gòu)Markets and Markets給出的碳化硅市場最新預(yù)測，這家機構(gòu)預(yù)計2024年碳化硅市場價值為42億美元，預(yù)計到2029年將達(dá)到172億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到32.6%。電力電子、汽車需求的增長是主要的驅(qū)動力。SiC襯底和外延質(zhì)量的不斷發(fā)展為碳化硅市場提供了增長機會。
近日，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟高偉博士就“第三代半導(dǎo)體功率電子產(chǎn)業(yè)進展”、“功率器件在細(xì)分領(lǐng)域應(yīng)用”等熱點話題，給出了最新的市場分析和應(yīng)用前瞻。
汽車應(yīng)用成為SiC功率器件增長的主要驅(qū)動力
碳化硅目前是蓬勃發(fā)展的市場，自從馬斯克把碳化硅功率器件用到特斯拉車型上之后，碳化硅市場開始呈爆發(fā)性的增長。國際調(diào)研機構(gòu)Yole數(shù)據(jù)顯示，2022年，SiC功率器件市場總值為17.94億美元，其中汽車應(yīng)用達(dá)到12.51億美元，占比70%。這家機構(gòu)預(yù)測到2028年，市場規(guī)模預(yù)計增長到89.06億美元，2022年到2028年的年復(fù)合增長率31%。2028年汽車應(yīng)用占比最大，其中主驅(qū)逆變市場規(guī)模將達(dá)到61.7億美元，其中DC/DC和BC分別為3.5億美元及0.96億美元。
Yole數(shù)據(jù)顯示，2022年GaN功率器件市場總值為1.849億美元，其中消費電子1.461億美元，占比79%。他們預(yù)測到2028年GaN功率器件市場總值增長到20.4億美元，2022年到2028年復(fù)合增長率為49%。值得特別關(guān)注的是，2022年到2028年汽車和移動細(xì)分領(lǐng)域，年復(fù)合增長率將達(dá)到驚人的110%，2028年市場總值為5.04億美元。
英飛凌發(fā)布的2024年氮化鎵市場預(yù)測顯示，2024年隨著政府和消費者努力減輕氣候變化的影響，電動汽車市場銷售預(yù)計將飆升21%。到2030年，電動汽車銷售預(yù)計將超過全球汽車銷售的三分之二。報告指出，2024年，電動汽車目前大多數(shù)系統(tǒng)都偏愛400V平臺，因為它具有良好的性價比，是中低端市場車輛的最佳選擇，另外一方面，800V系統(tǒng)正在加快普及，它們可以實現(xiàn)快速的直流充電性能，適用于高端車輛，氮化鎵功率半導(dǎo)體將成為400V系統(tǒng)的經(jīng)濟劃算的解決方案。
8英寸SiC晶圓是降本重要選擇，國產(chǎn)SiC產(chǎn)能開始釋放
目前，材料端襯底端、器件制造端是碳化硅供應(yīng)鏈里面最主要的兩個市場。根據(jù)Yole的統(tǒng)計顯示，2022年全球SiC（碳化硅）襯底市場中，美國的Wolfspeed、美國的II-VI和日本Rohm（羅姆）三家企業(yè)合計占據(jù)72%的市場份額。中國的天科合達(dá)、天岳先進正在努力追趕。
在碳化硅市場的全球格局中，海外企業(yè)由于早期投入和技術(shù)研發(fā)等優(yōu)勢，占據(jù)了主導(dǎo)地位。當(dāng)前國際大廠仍然以6 英寸晶圓為主，但自2023年以來，英飛凌、Wolfspeed、ST、羅姆半導(dǎo)體等幾年前就開始布局 8 寸碳化硅晶圓，并加速實現(xiàn)向 8 英寸晶圓的過渡。
高偉博士指出，目前SiC價格高企仍然是落地應(yīng)用的一個障礙。國際上，8英寸仍是降本的重要選擇，但是量產(chǎn)進度不及預(yù)期。8英寸單晶片價格比較高，6英寸降到4000元每片。降低成本是整個產(chǎn)業(yè)追求的，所以復(fù)合襯底技術(shù)備受期待。Soitec公司通過在低電阻多晶SiC支撐基板上薄層層壓高質(zhì)量的SiC單晶，實現(xiàn)SiC單晶重復(fù)使用，并且使整個襯底實現(xiàn)低電阻和高強度，兼顧了性能和成本。
國產(chǎn)SiC產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能開始釋放，產(chǎn)值高速增長，襯底和外延外銷比較高。從國內(nèi)看2023年，國內(nèi)SiC擴產(chǎn)重點逐漸從襯底向芯片、模塊環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移，多家襯底、外延材料企業(yè)的6英寸產(chǎn)品進入國際供應(yīng)鏈。
器件方面，以SiC二極管為主，國產(chǎn)SiC功率器件主要用于光伏儲能、充電基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，電動汽車主驅(qū)應(yīng)用正在推進。襯底領(lǐng)域，2023年山東天岳實現(xiàn)營業(yè)收入12.5億元，同比增長199.90%。外延方面，瀚天天成在2023年12月29日遞交招股書，瀚天天成計劃募資約35億元，其中27億元將用于年產(chǎn)80萬片6-8英寸SiC外延晶片產(chǎn)業(yè)化項目。
特別值得關(guān)注的是，國內(nèi)龍頭企業(yè)三安光電在2023年底和ST擬投資228億元在重慶建立8英寸SiC晶圓廠，建立一個8英寸SiC襯底工廠，以滿足合資企業(yè)需求。
GaN領(lǐng)域：國際企業(yè)加大并購，國內(nèi)產(chǎn)能釋放，產(chǎn)品開發(fā)轉(zhuǎn)向工業(yè)應(yīng)用
2023年3月2日，英飛凌宣布以8.3億美元收購GaN Systems，交易正式于10月24日完成，兩大巨頭的結(jié)合對于GaN汽車、數(shù)據(jù)中心等高功率應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化有一定的推動作用。2024年1月11日，瑞薩擬3.39億美元收購Transphorm，從而擴展其在電動汽車、計算（數(shù)據(jù)中心、人工智能、基礎(chǔ)設(shè)施）、可再生能源、工業(yè)電源以及快速充電器/適配器等快速增長市場的業(yè)務(wù)范圍。
高偉分析說，GaN HEMT功率器件發(fā)展呈現(xiàn)兩大趨勢：一、向中高壓突破應(yīng)用，100V-300V-650V-900V，在激光雷達(dá)、車載充電、服務(wù)器電源、工業(yè)電機等領(lǐng)域應(yīng)用，可靠性面臨很大挑戰(zhàn)；二是在向更低壓方向，15V到40V甚至更低，在AI驅(qū)動上應(yīng)用；三是在抗輻照方面，面向商業(yè)航天方向應(yīng)用備受關(guān)注。
在最后的總結(jié)里，高偉表示，目前第三代半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域多且成熟度各有不同，封裝、應(yīng)用企業(yè)數(shù)量多，標(biāo)準(zhǔn)需求高。比如大多數(shù)應(yīng)用可以簡化為一些基本的拓?fù)潆娐罚热缭贒C-DC轉(zhuǎn)換器中的降壓轉(zhuǎn)換器、升壓型轉(zhuǎn)換器、H橋等，DC-AC轉(zhuǎn)換器的單相、三相拓?fù)洌挥查_關(guān)應(yīng)力測試、軟開關(guān)系統(tǒng)復(fù)雜度升高等問題。
