回顧2023：碳化矽供不應求 產業駛上「快車道」
集微網報導，2023年對碳化矽廠商來說是忙碌的一年。在半導體整體下行的背景下，碳化矽依然呈現供不應求的景況。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，市場對碳化矽器件的需求熱度依然不減，隨着8英寸晶圓的小幅試產，行業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」之後，全球半導體產業進入相對漫長的下行週期，大多數半導體公司遭受市場壓力，碳化矽卻是一抹難得的亮色。從2021年-2022年起，碳化矽器件便進入供應短缺狀態，至今依然沒有得到完全緩解。其中，汽車對碳化矽器件應用量的提升，成爲拉動行業增長的主要因素。
碳化矽在電動車輛和混合動力汽車的功率電子系統中起着關鍵作用，碳化矽器件主要應用於逆變器、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。隨着電動車和混合動力車的需求增加，碳化矽產品的市場需求仍在增加。
據不完全統計，截至2023年上半年，全球已有40款碳化矽車型進入量產交付，上半年全球碳化矽車型銷量超過120萬輛。從Yole Intelligence發佈的2023年版《功率碳化矽報告》來看，碳化矽行業近年實現了創紀錄的增長，預計到2028年，全球功率碳化矽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矽的殺手級應用。
碳化矽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增長，中國作爲主要地區市場，2022年新增裝機佔比超過45%。碳化矽器在光伏市場應用值得關注。Yole研報預計，應用於光伏發電及儲能的碳化矽市場規模將在2025年達到3.14億美元，2019年-2025年複合增長率爲17%。
光伏逆變器是光伏系統的核心部件，可以將太陽能板產生的可變直流電轉換爲交流電，並反餽回輸電系統或供離網的電網使用。IGBT是光伏逆變器的核心器件之一。隨着碳化矽在光伏領域應用逐漸成熟，碳化矽器件可有效提高光伏發電轉換效率，光伏逆變器的轉換效率可從矽基的96%提升至SiC MOSFET的99%以上，能量損耗降低50%，設備循環壽命提升50倍。這使得光伏逆變器擁有更大替換碳化矽的動力。伴隨滲透率的進一步提升，未來的碳化矽有望逐漸替代矽基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
隨着需求的增長，碳化矽大廠紛紛加速產業佈局。2023年10月13日，中國香港科技園公司與傑平方半導體簽署合作備忘錄，投資開設香港首座碳化矽8英寸晶圓廠。該項目的總投資額約69億元港幣，計劃於2028年達到年產量24萬片碳化矽晶圓。傑平方半導體是一家聚焦車載晶片研發的晶片設計企業。
10月10日，三菱電機與電裝分別向Coherent公司的碳化矽業務子公司投資5億美元，並各自獲得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英寸碳化矽晶片的採購的穩定。
8月31日，博世宣佈完成對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年之後，該晶圓廠將生產8英寸碳化矽晶圓。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製造基地，生產內容包含SiC功率模塊等。
6月份，意法半導體宣佈與三安光電成立8英寸碳化矽器件製造合資企業，建設總額預計約達32億美元，主要從事碳化矽外延、晶片生產，預計2028年全面落成達產後，8英寸碳化矽晶圓產能將達1萬片/周。此外，三安光電還將利用自有碳化矽襯底工藝，單獨建造和運營一座新的8英寸碳化矽襯底製造廠，以滿足合資廠的襯底需求。
安森美也一直在推進碳化矽的擴張計劃。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、捷尅、韓國投資20億美元擴產碳化矽晶片。另有媒體報導，三星電子內部組建碳化矽功率半導體團隊，計劃投資700-8000 億韓元進入碳化矽與氮化鎵代工業務。
國內企業也在積極研發和探索碳化矽器件的產業化，已經形成相對完整的碳化矽產業鏈，部分產業節點有所突破。碳化矽襯底方面，天嶽先進在半絕緣碳化矽襯底的市場佔有率連續多年保持全球前三；天科合達在國內率先成功研製6英寸碳化矽襯底，並已實現規模化生產和器件銷售。碳化矽外延片方面，廈門瀚天天成與東莞天域可生產6英寸碳化矽外延片。碳化矽器件方面，泰科天潤、瀚薪、敭傑科技、中電 55 所、中電 13 所、科能芯、中車時代電氣等形成一定實力，正在縮短與國外差距。
對此，中科院半導體所研究員石寅指出，國內的競爭還處於起步階段，由於看到這個好市場，很多企業把碳化矽選作新賽道佈局。另外有一箇中國特有的原因，碳化矽的生產設備西方尚未作爲重點實施禁運，因此不少地區在擴建碳化矽產線。中國碳化矽的優勢在於下游應用市場龐大，無論是在新能源汽車還是光伏太陽能行業，國內都具備領先優勢。
產業熱潮持續，領域內併購案增加
隨着碳化矽產業熱潮的發展，領域內併購案也在增加。2023年11月，羅姆宣佈完成對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矽晶圓事業部；ST在2019年以1.375 億美元收購Norstel AB……
碳化矽行業如果從2018年開始規模化應用算起，至今不過5-6年時間，仍然處於發展的初期階段。技術門檻和資金門檻，相對於已經走向3nm的矽基晶片要小很多。隨着近年來產業熱度的不斷提升，很多大型半導體企業開始進入碳化矽行業佈局卡位。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奏，每年三至四起具有一定規模且有一定影響的併購案，持續一段時間。
相較之下，國內的碳化矽產業起步較晚，就併購角度而言，目前國內大規模碳化矽併購案還不多。不過隨着越來越多的資本與企業進入這個賽道，將來出現大規模的併購重組是不可避免的。芯聚能半導體CEO周曉陽在相關論壇𬙂講時，就對碳化矽產業判斷指出，碳化矽賽道已經過於擁擠，一定會有人掉隊，將來併購重組不可避免。
那麼，中國碳化矽企業應當如何更加有效地實施併購整合呢？專家指出，碳化矽是一個比較新的賽道。從國際上看，現在很多公司已經開始從產業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。這與矽基半導體領域分化爲Foundry、Fabless的模式大不相同。而這樣的發展模式也值得國內企業借鋻。
展望2024，關注市場長期看好與短期波動
展望2024碳化矽的市場行情，英飛凌科技全球高級副總裁及大中華區總裁、英飛凌科技大中華區電源與傳感系統事業部負責人潘大偉表示，第三代半導體是實現低碳化、數字化的重要技術，無論是碳化矽還是氮化鎵的應用，都有力地支撐了當今社會的可持續發展。因此看好碳化矽的長期市場需求。特別是在汽車領域，隨着搭載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、低導通電阻的碳化矽MOSFET器件提出了更大的需求，如應用於主敺動的1200V大功率的全橋碳化矽MOSFET模塊、應用於車載OBC充電器的碳化矽模塊等。
不過市場可能出現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矽行情或將發生一定改變。這對相關企業來說，應當給予一定關注，提前規劃。
另一個值得關注的變化是整個行業從6英寸晶圓向8英寸的過渡期。當前國際大廠仍以6英寸晶圓爲主，爲進一步提升產能，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佈局8寸碳化矽晶圓，並計劃逐漸實現向8英寸晶圓的過渡。
安富利現場應用管理總監丁國驕表示，制約碳化矽大規模生產的主要因素並不是資金設備等方面的投入，而是碳化矽的生長性。怎樣讓晶圓長快、長厚、長大，這是綜合材料和工藝的問題，需要投入研究試騐和積累。目前國內外專家和各廠家正在加大投入攻尅這些難題。Yole 高級技術和市場分析師Poshun Chiu也強調，隨着未來8英寸晶圓量產增加，碳化矽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。