在过去的两年中,全球半导体行业经历了一场寒冬,砍单、裁员、减产、企业倒闭等消息接踵而至,多种类型芯片因此陷入困境,而碳化硅(SiC)绝对算是逆势而上的典型代表之一,加大投资、建厂扩产、抢占市场,是碳化硅行业过去几年来的真实写照。
碳化硅,大势所趋作为第三代半导体材料的代表,SiC具有耐高压、耐高温、抗辐射、散热能力佳、更低的导通损耗和开关损耗、更高的开关频率、可减小模块体积等杰出特性,不仅能够广泛应用于新能源汽车、充电桩、开关电源、光伏逆变器、伺服电机、高压直流输电设备等民用场景,还可显著提升战斗机、战舰等军用系统装备的性能。
其中,新能源汽车是SiC的第一大应用市场。根据Yole分析数据显示,2021年该领域SiC功率器件的市场规模达685百万美元,占据整个市场63%的份额,预估到2027年,这一数据有望提升至4986百万美元,市场份额也将进一步跃升至79%。不仅如此,目前全球已有多家车企的多款车型使用SiC;2018年特斯拉率先在Model3上搭载SiC,从此拉开了SiC大规模上车序幕,蔚来、比亚迪、吉利、现代汽车等车企紧随其后,推动SiC装车量得到进一步扩大。
受此趋势推动,全球SiC功率器件市场规模正经历爆炸性增长。据中商产业研究院的数据统计,2023年全球SiC功率器件市场规模达19.72亿美元,近五年年均复合增长率高达35.79%,预测2024年的市场规模将进一步扩大至26.23亿美元。
SiC价格有望下降30%SiC作为材料发展已经有百年历史,自1824年瑞典科学家在实验室中意外发现这一物质以来,到了1987年,科锐(Wolfspeed)制造了世界第一块商用SiC衬底,宣布SiC正式商业化,并将其应用在LED领域。
作为一种宽禁带半导体材料,SiC具备高效率、高温稳定性、高电压和电流能力与高热导率等优异特性。相比普通的硅,SiC的击穿电场强度是其近10倍,热导率是硅材料的3倍,电子迁移率也要更高,同时能够在更高的温度下工作,这让SiC更适合在新能源汽车等领域。
而真正让SiC真正走进普罗大众是在2018年,特斯拉宣布将逆变器中使用的Si-IGBT替换为SiC-MOS,一方面由于SiC本身具有极低的导通电阻,在同规格下,SiC-MOS相较Si-IGBT总能量损失能降低80%左右,并且器件尺寸更小。
由于特斯拉在当时新能源汽车中的地位,也带动了后续比亚迪、吉利、小鹏、理想等厂商效仿,SiC自此开始快速普及。
但中国制造商在SiC的开发方面起步较晚,在SiC批量生产商还处于早期阶段,加上SiC晶体生长的过程复杂且成本高,包括长晶过程中的能耗、时间和技术要求都很高,制造过程中可能出现缺陷,导致成品率较低,让SiC市场过去呈现出价格高昂,供给短缺的情况。比如成本上,SiC为Si器件的3倍左右,并且从原材料到晶圆的转化率仅为50%。
较高的技术壁垒让SiC市场本身呈现高集中度,前五大SiC厂商占有大约70%的市场份额,包括ST、英飞凌、科锐、罗姆、安森美等。
价格战持续,推动SiC大规模商业化应用转折点到来在价格竞争上,部分人士表示,尽管价格战可能会对一些厂商的利润率造成压力,但长期来看,这可能会推动整个行业向更高效、更具成本效益的方向发展,并有助于SiC技术在电动汽车、光伏、工业等领域的进一步渗透和应用。
从我国市场看,价格的迅速下滑与我国越来越多的本地生产商获得电动汽车认证并扩大了其制造能力直接关系。行业人士表示,随着8英寸SiC产能的逐步释放,预计SiC单器件或单位电流密度的成本将进一步降低,这可能成为SiC大规模商业化应用的转折点。
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