2023年對碳化硅廠商來說是忙碌的一年。在半導體整體下行的背景下，碳化硅依然呈現(xiàn)供不應求的景況。這使相關廠商一整年都在尋求擴產與尋找襯底貨源中度過。展望2024年，受汽車應用的帶動，市場對碳化硅器件的需求熱度依然不減，隨著8英寸晶圓的小幅試產，行業(yè)的競爭將在新一階段逐步展開。
汽車與光伏應用增長，市場供不應求
在經歷了一輪“缺芯潮”之后，全球半導體產業(yè)進入相對漫長的下行周期，大多數(shù)半導體公司遭受市場壓力，碳化硅卻是一抹難得的亮色。從2021年-2022年起，碳化硅器件便進入供應短缺狀態(tài)，至今依然沒有得到完全緩解。其中，汽車對碳化硅器件應用量的提升，成為拉動行業(yè)增長的主要因素。
碳化硅在電動車輛和混合動力汽車的功率電子系統(tǒng)中起著關鍵作用，碳化硅器件主要應用于逆變器、DC-DC轉換器、車載充電器等部件當中，可以在更高的電壓和溫度下工作，而且效率更高，散熱更好。隨著電動車和混合動力車的需求增加，碳化硅產品的市場需求仍在增加。
據不完全統(tǒng)計，截至2023年上半年，全球已有40款碳化硅車型進入量產交付，上半年全球碳化硅車型銷量超過120萬輛。從Yole Intelligence發(fā)布的2023年版《功率碳化硅報告》來看，碳化硅行業(yè)近年實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的增長，預計到2028年，全球功率碳化硅器件市場將增長至近90億美元。其中，新能源汽車可以稱得上當前碳化硅的殺手級應用。
碳化硅也在不斷拓展新的應用領域。根據中科院深圳先進技術研究院光子信息與能源材料研究中心楊春雷研究員的介紹，近年來光伏太陽能裝機容量持續(xù)增長，中國作為主要地區(qū)市場，2022年新增裝機占比超過45%。碳化硅器在光伏市場應用值得關注。Yole研報預計，應用于光伏發(fā)電及儲能的碳化硅市場規(guī)模將在2025年達到3.14億美元，2019年-2025年復合增長率為17%。
光伏逆變器是光伏系統(tǒng)的核心部件，可以將太陽能板產生的可變直流電轉換為交流電，并反饋回輸電系統(tǒng)或供離網的電網使用。IGBT是光伏逆變器的核心器件之一。隨著碳化硅在光伏領域應用逐漸成熟，碳化硅器件可有效提高光伏發(fā)電轉換效率，光伏逆變器的轉換效率可從硅基的96%提升至SiC MOSFET的99%以上，能量損耗降低50%，設備循環(huán)壽命提升50倍。這使得光伏逆變器擁有更大替換碳化硅的動力。伴隨滲透率的進一步提升，未來的碳化硅有望逐漸替代硅基IGBT在光伏逆變器上的應用。
大廠紛紛擴產，國內差距正在縮短
隨著需求的增長，碳化硅大廠紛紛加速產業(yè)布局。2023年10月13日，中國香港科技園公司與杰平方半導體簽署合作備忘錄，投資開設香港首座碳化硅8英寸晶圓廠。該項目的總投資額約69億元港幣，計劃于2028年達到年產量24萬片碳化硅晶圓。杰平方半導體是一家聚焦車載芯片研發(fā)的芯片設計企業(yè)。
10月10日，三菱電機與電裝分別向Coherent公司的碳化硅業(yè)務子公司投資5億美元，并各自獲得12.5%的非控股權益。三菱電機與電裝表示，通過投資Coherent，可加強雙方的垂直合作，確保 6/8英寸碳化硅芯片的采購的穩(wěn)定。
8月31日，博世宣布完成對TSI Semiconductors的200mm晶圓廠收購。博世計劃在未來幾年中向該晶圓廠投資15億美元。在2026年之后，該晶圓廠將生產8英寸碳化硅晶圓。2023年1月，博世還表示計劃在蘇州建設一座工廠——博世新能源汽車核心部件及自動駕駛研發(fā)制造基地，生產內容包含SiC功率模塊等。
6月份，意法半導體宣布與三安光電成立8英寸碳化硅器件制造合資企業(yè)，建設總額預計約達32億美元，主要從事碳化硅外延、芯片生產，預計2028年全面落成達產后，8英寸碳化硅晶圓產能將達1萬片/周。此外，三安光電還將利用自有碳化硅襯底工藝，單獨建造和運營一座新的8英寸碳化硅襯底制造廠，以滿足合資廠的襯底需求。
安森美也一直在推進碳化硅的擴張計劃。近兩年來在多個國家的基地頻繁擴產。5月份，安森美表示，考慮在美國、捷克、韓國投資20億美元擴產碳化硅芯片。另有媒體報道，三星電子內部組建碳化硅功率半導體團隊，計劃投資700-8000 億韓元進入碳化硅與氮化鎵代工業(yè)務。
對此，中科院半導體所研究員石寅指出，國內的競爭還處于起步階段，由于看到這個好市場，很多企業(yè)把碳化硅選作新賽道布局。另外有一個中國特有的原因，碳化硅的生產設備西方尚未作為重點實施禁運，因此不少地區(qū)在擴建碳化硅產線。中國碳化硅的優(yōu)勢在于下游應用市場龐大，無論是在新能源汽車還是光伏太陽能行業(yè)，國內都具備領先優(yōu)勢。
產業(yè)熱潮持續(xù)，領域內并購案增加
隨著碳化硅產業(yè)熱潮的發(fā)展，領域內并購案也在增加。2023年11月，羅姆宣布完成對Solar Frontier原國富工廠的收購；安森美在2021年以4.15億收購GTAT；SK在2020年以4.5億美元收購杜邦碳化硅晶圓事業(yè)部；ST在2019年以1.375 億美元收購Norstel AB……
碳化硅行業(yè)如果從2018年開始規(guī)?；瘧盟闫?，至今不過5-6年時間，仍然處于發(fā)展的初期階段。技術門檻和資金門檻，相對于已經走向3nm的硅基芯片要小很多。隨著近年來產業(yè)熱度的不斷提升，很多大型半導體企業(yè)開始進入碳化硅行業(yè)布局卡位。對此，有投資領域專家預計，未來3—5年時間，有極大可能保持當前的節(jié)奏，每年三至四起具有一定規(guī)模且有一定影響的并購案，持續(xù)一段時間。
相較之下，國內的碳化硅產業(yè)起步較晚，就并購角度而言，目前國內大規(guī)模碳化硅并購案還不多。不過隨著越來越多的資本與企業(yè)進入這個賽道，將來出現(xiàn)大規(guī)模的并購重組是不可避免的。芯聚能半導體CEO周曉陽在相關論壇演講時，就對碳化硅產業(yè)判斷指出，碳化硅賽道已經過于擁擠，一定會有人掉隊，將來并購重組不可避免。
那么，中國碳化硅企業(yè)應當如何更加有效地實施并購整合呢？專家指出，碳化硅是一個比較新的賽道。從國際上看，現(xiàn)在很多公司已經開始從產業(yè)鏈最上游的襯底材料做到最下游的器件模組，探索打造端到端的產業(yè)新模式。比如羅姆收購SiCrystal股權就是一種從器件公司向襯底材料的延伸，近期收購Solar Frontier也有這方面的意味。這與硅基半導體領域分化為Foundry、Fabless的模式大不相同。而這樣的發(fā)展模式也值得國內企業(yè)借鑒。
展望2024，關注市場長期看好與短期波動
展望2024碳化硅的市場行情，英飛凌科技全球高級副總裁及大中華區(qū)總裁、英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部負責人潘大偉表示，第三代半導體是實現(xiàn)低碳化、數(shù)字化的重要技術，無論是碳化硅還是氮化鎵的應用，都有力地支撐了當今社會的可持續(xù)發(fā)展。因此看好碳化硅的長期市場需求。特別是在汽車領域，隨著搭載800V高壓平臺的新能源車型逐漸推廣，多個車企均對高性能、高電壓、低導通電阻的碳化硅MOSFET器件提出了更大的需求，如應用于主驅動的1200V大功率的全橋碳化硅MOSFET模塊、應用于車載OBC充電器的碳化硅模塊等。
不過市場可能出現(xiàn)的短期波動變化也值得注意。有聲音表示擔心，2023年底汽車半導體的短缺情況已經得到緩解，已經火熱一段時間的碳化硅行情或將發(fā)生一定改變。這對相關企業(yè)來說，應當給予一定關注，提前規(guī)劃。
另一個值得關注的變化是整個行業(yè)從6英寸晶圓向8英寸的過渡期。當前國際大廠仍以6英寸晶圓為主，為進一步提升產能，降低單個器件的成本，如英飛凌、Wolfspeed、ST、羅姆半導體等幾年前就開始布局8寸碳化硅晶圓，并計劃逐漸實現(xiàn)向8英寸晶圓的過渡。
安富利現(xiàn)場應用管理總監(jiān)丁國驕表示，制約碳化硅大規(guī)模生產的主要因素并不是資金設備等方面的投入，而是碳化硅的生長性。怎樣讓晶圓長快、長厚、長大，這是綜合材料和工藝的問題，需要投入研究試驗和積累。目前國內外專家和各廠家正在加大投入攻克這些難題。Yole 高級技術和市場分析師Poshun Chiu也強調，隨著未來8英寸晶圓量產增加，碳化硅晶圓的價格將會受到侵蝕。未來幾年中，從產品到價格如何迎接8英寸晶圓時代的到來，將是一個挑戰(zhàn)。
