新能源车拉动，碳化硅产业落地迎机遇

发布日期：2024-09-19 24:17

来源类型：头条号 | 作者：付冰

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中国战略新兴产业融媒体记者 陈雯

了解电动车的读者都知道，锂电池的直流电到电机中的交流电，中间需要逆变器这个关键的电控环节。而逆变器的转化效率，直接决定了电动车的续航里程。作为逆变器的核心零部件之一，特斯拉在使用了碳化硅（SiC）器件后，一段时间内将碳化硅捧上了神坛。

最近，意法半导体宣布，新建的碳化硅产业园落成后晶圆产量可达1.5万片/周（项目总投资额大约为50亿欧元）。芯联集成正在建设的国内第一条8英寸碳化硅器件研发产线，将于今年通线。

在资本市场上，碳化硅也受到了热捧，新洁能、通富微电等玩家都迎来了大涨。

碳化硅是比硅有更大电压、电流、频率承受能力的材料，目前已经过了0-1技术验证阶段，我们更关注其从1-N的发展，如供需情况、每个环节的格局变化、行业机会和风险等话题。

追赶、内卷、替代

在国内碳化硅产业面前，摆着两道阻碍：第一道是与国外的技术差距；第二道是与硅基材料的技术差距。

一般情况下，功率芯片采用的是硅基IGBT。但是近些年，随着技术的进步和成熟，碳化硅成为了众星捧月的新技术路线，走进投资者们的视野。相关玩家也在积极向这个领域布局，谁也不想错过风口。

碳化硅耐高压、耐高频、耐高温，且低损耗，但在目前市场上，碳化硅的渗透率远低于硅。

那么问题来了，碳化硅性能如此优秀，为什么渗透率这么低？

业内人士指出：“在未来很长的一段时间内，碳化硅都只能攫取半导体材料中一块不大的市场空间。我们在分析碳化硅时，切不可盲目乐观。”

为什么不可盲目乐观？

关于碳化硅，我们有几点需要明确。首先，碳化硅并不能全面替代硅。碳化硅的优势是耐高压、耐高温、低损耗，但这些优势在消费电子产品中完全体现不出来。成本方面，碳化硅晶圆制备困难，成本过高，且刻蚀困难，因此无法全面替代硅材料。

其次，第三代导体材料包括碳化硅、氮化镓等，二者的性能各有侧重，碳化硅侧重高压，氮化镓侧重于高频。两种材料的竞争属性不大，应用场景也不尽相同。

资料来源：Wolfspeed官网

对碳化硅而言，衬底是核心，也是制约其发展的最大阻碍。

在碳化硅器件的制造成本结构中，衬底成本占据最大比例，可达47%，其次是外延成本，占比约23%，这两大工序是碳化硅器件的重要组成部分，制备难度较大。

2021年，天岳先进销售衬底5.72万片，收入3.87亿元。平均单价高达6766.63元/片。而同期，生产传统硅片的沪硅产业，单价大概只有300-400元/片。

按此计算，碳化硅衬底的价格，大概是传统硅片的20多倍。难怪碳化硅一直被投资者诟病成本太高。

但近期，碳化硅也出现了价格下跌的趋势，衬底价格跌幅甚至达到三成。比如，我国6英寸碳化硅晶圆代工价格，较两年多前4000美元/片的代工价格已经跌了70%。

价格下跌的原因，与国内厂商产能的持续扩大有关。这其中不乏一些激进的玩家，比如，山东天岳就宣布两年后，碳化硅基板产能将达到30万片6英寸晶圆，也将开始生产8英寸碳化硅晶圆。除此之外，还有天科合达，今年开始将产线从原来的仅生产6英寸，到现在和8英寸双管齐下进军。据不完全统计，全球已有接近30位玩家实现了8英寸碳化硅单晶生长的研发突破，未来的产能增长也势在必行。

目前碳化硅衬底主要量产产品尺寸，集中在4英寸及6英寸。8英寸因器件厂商投入产出比不高且前端工艺产能极为紧张，过度会比较慢。但长期看，大尺寸是趋势。

目前国内批量出货6英寸晶圆的企业较少。具备6英寸碳化硅衬底产品生产能力的企业有天岳先进、天科合达、东尼电子、烁科晶体、同光晶体、世纪金光、露笑科技等，具备8英寸碳化硅生产能力的企业有天岳先进、烁科晶体、同光晶体、晶盛机电。

以天科合达为例，2019年其6英寸年出货不到1500片，4英寸出货在3万多片。目前全球可以稳定提供6英寸碳化硅衬底的只有美国的CREE，II-VI和瑞典的Norstel。

>>在天科合达位于北京大兴的公司总部车间，工人在宏观检测工序中进行强光灯检。新华社记者 金立旺/摄

碳化硅衬底产品在市场上具备更高竞争力便需要往大尺寸发展，因此具备8英寸生产能力的企业更有竞争力。

森国科创始人兼董事长杨承晋表示，当前国外晶圆从6英寸向8英寸发展，国内晶圆从4英寸向6英寸发展，仅有一个代差，国产碳化硅功率器件的未来可期。

国内产业分布格局及相关政策

从市场竞争格局来看，全球碳化硅器件市场格局仍由海外巨头主导，以意法半导体、英飞凌、科锐、罗姆半导体等为代表的企业占据了大部分市场份额。

国内厂商中，2024年以来，泰科天润、扬杰科技、天科合达、同光股份、东尼电子、连城数控、重庆三安等企业相继签约碳化硅功率器件/模块项目，国内碳化硅企业市场占有率正快速提升。

依据企业的碳化硅技术进步、产业布局综合判断，可将当前参与碳化硅产业生产的企业分为3个竞争梯队。其中，三安光电、天域半导体、比亚迪属于第一梯队，这些企业在碳化硅产业上拥有较为完整的产业链，可以实行碳化硅基芯片及器件的生产制造；天岳先进、世纪金光、中国电科55所等企业处于第二梯队，这些企业在碳化硅产业中的某个制造环节具备出色表现，如天岳先进具备生产8英寸碳化硅衬底的生产能力；其他参与碳化硅生产产业的企业属于第三梯队。

近年来，在国家及地方政府层面多次出台行业扶持政策，重点发展第三代半导体产业，解决半导体行业“卡脖子”问题。

“十四五”规划“第四章强化国家战略科技力量”中将碳化硅（SiC）等宽禁带半导体发展作为科技前沿领域攻关突破口之一，

近年来随着工艺的进步及下游市场的拉动，三代半导体已经初步具备产业化的基础，价格亦达到了量产“甜蜜点”。

在火热的市场环境下，各地政府也积极参与到三代半导体项目的投资建设当中。

目前中国碳化硅注册企业主要集中在江苏省，代表企业有华润微新洁能宏微科技、东渡碳化硅等。山东省的碳化硅产业代表性企业有天岳先进、潍坊凯华、淄博大丰、正鑫碳化硅等，此外河南省、甘肃省、湖南省的碳化硅行业企业数量较高。

因三代半导体投资规模相对较低，产业链上游的材料及生产环节不再集中于一二线城市，而是全国遍地开花。《火热的投资环境以及政策保障下，我国SIC产业已完成基本布局》数据显示，2018-2020年，我国仅政府投资碳化硅项目达到32个，计划投资金额超过700亿。

近两年的投资热潮，也使得该领域的企业普遍估值偏高，产生了泡沫，一些项目在未来3-5年很可能难以落地，行业将迎来一次洗牌。

技术较国外尚有差距，需求增长值得期待

近几年碳化硅行业大火，海内外公司发展速度之快，已经不能用CAGR（年复合增长率）来表述，只能用倍来描述。

Rohm预计在2024年前产能扩充5倍（计划在2025年3月前投资35.8亿，提升产能16倍）；II-VI计划产能扩充5-10倍；住友电工4英寸GaN-on-SiC产线2020年产能较2017年扩大10倍。

自诩“全球唯一碳化硅IDM”的美国Wolfspeed，是全球首家推出8英寸碳化硅衬底的厂商，目前已实现量产，有报道称计划于2024年将产能达到惊人的年产600万片。鉴于2020年全球碳化硅总产能才约40万片，可以预见的是，如果Woofspeed达产顺利，SiC行业可能被“抽成真空”，更不要说还有上述Rohm、II-VI这些二线龙头。

因此由于设备、人才短缺，国内碳化硅衬底良率较低，国内龙头天岳先进、天科合达的良率只有50%，而Wolfspeed的良率已达85%左右，这导致国内碳化硅功率半导体器件的价格较高昂，且市场渗透率较低。

国内玩家不甘落后。如碳化硅衬底龙头天岳先进，凭借不到5个亿的营收，以及亏损的净利润，撑起了四五百亿的市值。天岳先进已经和英飞凌签订了全新碳化硅半导体材料供应协议，去年公司的营业收入增长近2倍。芯联集成已挤进了全球前七的供应商名单中，也带动上游企业出货，其衬底和外延目前90%都是国内的供应商。据芯联集成披露，预计今年下半年，碳化硅产品的出货量将从当前的每月5000-6000片提升至一万片，相应的收入有望超10亿元。

新能源汽车市场的火热，拉动了碳化硅产品的生产和销售。因此整体来看，碳化硅需求的增长值得期待。

StrategyAnalytics数据显示，纯电动汽车中功率半导体占汽车半导体总成本比重约为55%，远超传统能源汽车的21%。

碳化硅的耐高压特性，让它充分适配800V高压快充车型，像去年小鹏、极氪、智己等多款新车已经将碳化硅作为标配。

去年，碳化硅在纯电乘用车领域的渗透率为25%，其中光特斯拉就贡献了至少60%。据专业机构分析，预计2028年全球碳化硅市场规模有望达到66亿美元，2022-2028年的年均复合增长率有望超过30%。此外，光伏、充电桩或许也成为潜在的增长市场。

碳化硅市场，未来大概率将由新能源汽车主导拉动。

国内玩家如何让自己立于不败之地？“早上车，早享受”，提升产品质量和可靠性、加强上车验证、加强国际合作等，都是提高市占率的手段。