半导体材料“新贵”崛起,碳化硅8英寸时代临近

芯有芯的小事 2024-09-11 19:46:02

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。

碳化硅发展背景

碳化硅被正式引爆获得广泛关注的是2018年,马斯克首次宣布在特斯拉Model3的主驱逆变器里使用SiC-MOSFET以替代传统的Si-IGBT,奠定了碳化硅“上车”的里程碑。此后,比亚迪、小鹏、吉利纷纷效仿,开始布局碳化硅器件。

2023年下半年,以小鹏G6、智界S7、问界M9为代表的800V高压平台车型纷纷发售,SiC上车速度明显加快。从400V到800V的背后是整个体系的迭代,包括电机、电源转换器、电池、车载充电器、高压加热器、线束、插头、电压转换器、空调等全部得符合新的电压标准,其中又以SiC功率器件的规模化应用最为关键。

新能源汽车贡献主要市场。碳化硅功率器件可应用于汽车、能源、交通、工业等多个领域,其中汽车占据主导地位,市场规模占比超过七成。

根据数据,2021年碳化硅功率器件市场规模为11亿美元,2027年有望达到63亿美元,21-27年CAGR高达34%。其中,车用SiC功率器件市场规模有望达到50亿美元,2021-2027年CAGR达39%;其中,逆变器为主要应用领域,2027年全球市场规模将达46亿美元,OBC和DC/DC分别为3.4亿美元和0.6亿美元。

SiC产能一升再升

碳化硅(SiC)作为半导体材料具有优异的性能,尤其是用于功率转换和控制的功率元器件。但SiC在天然环境下非常罕见,最早是人们在太阳系刚诞生的46亿年前的陨石中发现了少量这种物质,所以其又被称为“经历46亿年时光之旅的半导体材料”。

SiC最初的应用场景主要集中在光伏储能逆变器、数据中心服务器UPS电源(不间断电源)和智能电网充电站等需要转换效率较高的领域。但人们很快发现,碳化硅的电气、机械和热性质也非常适合制造很多大功率汽车电子器件,例如车载充电器、降压转换器和主驱逆变器。

在特斯拉(Tesla)为其Model 3/Model Y主驱逆变器采用SiC器件之后,SiC的示范效应被迅速放大,xEV汽车市场很快成为SiC市场兴奋的源泉。2020年,比亚迪高端车型“汉”也搭载了SiC器件,预计2024年,比亚迪将在旗下的电动车中实现SiC器件对硅基IGBT器件的全面替代,使整车性能在现有基础上提升10%。

但在过去的两三年里,晶圆供应短缺一直是制约SiC产业发展的重大瓶颈之一。面对不断增长的市场需求,包括晶圆厂在内的众多重量级玩家已经意识到必须扩大投资,以支持供应链建设。

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