車規級功率器件需求只增不減，國內外企業紛紛瞄準碳化硅擴產

上周，功率半導體大廠英飛凌宣布，計劃在未來五年內投資高達50億歐元，用于在馬來西亞居林建造全球最大的8英寸SiC功率晶圓廠，居林廠計劃投資總額從20億歐元增至70億歐元。

有意思的是，今年2月Wolfspeed計劃在德國薩爾州建設號稱全球最大的8英寸SiC工廠。英飛凌大手筆布局馬來西亞8英寸SiC工廠，或將與Wolfspeed進行競爭，碳化硅產能大戰一觸即發。

實際上，得益于新能源汽車等行業快速發展，碳化硅功率器件迎來發展空間，國內外企業已經紛紛瞄準碳化硅擴產。

據化合物半導體市場統計，除了Wolfspeed之外，今年上半年還有包括意法半導體、三菱電機、羅姆、Soitec、安森美等眾多企業紛紛擴產，其中，意法半導體在1月宣布斥資40億美元用于擴產12英寸晶圓和增加SiC制造能力，又在6月與三安光電合資成立8英寸SiC器件制造合資企業，建設總額預計約達32億美元。

中國本土廠商方面，碳化硅相關擴產項目也達到7起。其中，中車時代電氣投資111.19億元計劃建設中低壓功率器件產業化項目，包括在宜興子項目（58.26億元）、株洲子項目（52.93億元）。

長飛先進也擬建設第三代半導體功率器件生產項目，建設內容包括外延、晶圓制造、封測等產線，建設完成后將形成6英寸SiC晶圓及外延36萬片/年，功率器件模塊6100萬個/年。

比亞迪則計劃斥資2億元，在深圳市坪山區比亞迪汽車生產基地建設SiC外延中試線量產項目，擴建后將新增SiC外延片產能6000片/年，總產能達18000片/年。


車用碳化硅需求緊缺

在有新能源汽車行業“風向標”之稱的特斯拉宣布未來將大幅削減用量之后，碳化硅并沒有就此跌落“神壇”。相反，隨著全球特別是中國新能源汽車市場滲透率的快速提升，強勁的上車需求疊加巨大的產能缺口，這條“賽道”愈發呈現出欣欣向榮之勢。

羅蘭貝格全球合伙人時帥指出，碳化硅元器件核心的優勢突出。第一，能量損耗低，導通電阻可至少降低至原來的1/100，開關頻率更快，電控系統效率可提高至99.5％；耐高壓／耐高溫，更易被擊穿，可支持800V甚至1200V整車平臺，帶來更強的電氣化功能支持以及更優的能耗；輕量化，尺寸可大幅減小至原來的1/10，因此功率模塊體積更小、更緊湊。

更進一步來說，碳化硅的應用能夠非常直接地提升新能源汽車的續駛里程。假設純電動汽車逆變器的功率模塊全部采用碳化硅元器件，整車續駛里程可增加5％～10％。此外，碳化硅的應用也是搭建高壓平臺（800V及以上）的前提條件，從而實現對超級快充功能的支持（4C及以上）；同時，還能帶來更強大的智能化／電氣化功能。

正因如此，汽車產業鏈上游的芯片企業和一級零部件供應商正在瘋狂押注碳化硅，紛紛簽署長期供貨協議。日前，意法半導體和三安光電擬出資32億美元（約合人民幣228億元）在重慶合資建造一座8英寸碳化硅外延、芯片代工廠。項目計劃于2025年完成階段性建設并逐步投產，2028年達產，規劃達產后生產8英寸碳化硅晶圓1萬片／周。同時，三安光電將利用自有碳化硅襯底工藝，單獨建造和運營一個新的8英寸碳化硅襯底制造廠，以滿足該合資廠的襯底需求。

今年5月初，英飛凌分別與國內碳化硅材料供應商天科合達、天岳先進簽訂長期協議，以獲取高質量且具有競爭力的6英寸碳化硅晶圓和晶錠，預計兩家公司的供應量都將占到英飛凌長期需求量的兩位數份額。

這不應該解讀為零星一兩家企業采取行動的獨立事件。今年2月，采埃孚與意法半導體達成碳化硅技術合作關系，將就此獲得世界一流碳化硅技術供應商的長期協助；當月，采埃孚還與Wolfspeed建立戰略合作伙伴關系，計劃建立聯合創新實驗室，推動碳化硅系統和設備技術在出行、工業和能源應用領域的進步；4月，采埃孚宣布，自2025年起將從意法半導體采購碳化硅器件，集成到當年投入批量生產的新型模塊化逆變器架構中。

今年5月底，緯湃科技與安森美宣布了一項長達10年的碳化硅產品供應協議，價值19億美元；6月，其又與羅姆簽署碳化硅功率元器件長期供貨合作協議，雙方在2024～2030年的交易額將超過1300億日元。

在中科院戰略咨詢院產業科技創新中心汽車行業特聘研究員鹿文亮看來，碳化硅的生產工藝較難、產能較低、成本較高，供應很不穩定，這很有可能成為限制汽車行業大規模應用的關鍵因素。


國產化加速推進

碳化硅應用前景廣闊，國內企業也看準了這個賽道?！暗翘蓟杈w生長極其困難，20世紀90年代只有少數發達國家掌握晶體生長和加工技術，我國碳化硅技術起步相對較晚，目前國內企業正在碳化硅領域奮起直追?！标愋↓堈f。

集邦咨詢化合物半導體分析師龔瑞驕介紹說，以6英寸碳化硅襯底為例，國內良品率大概有40%，海外有60%～70%。另外，碳化硅半導體場效應晶體管分為平面類和溝槽類，在同等條件下，溝槽類更具備成本和性能優勢，但國內企業需要跨過巨大的專利鴻溝。

業內人士指出，當前碳化硅的下游需求依舊旺盛，特別是車用級碳化硅襯底產能仍偏緊，國內業界對于碳化硅國產替代的呼聲非常高。國家也意識到了這個問題，在《“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》中提出，將加速推動以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體新材料新技術產業化進程，催生一批高速成長的新材料企業。更值得注意的是，目前已有要對中國禁售碳化硅等產業高精尖設備的跡象，所以碳化硅國產化之路勢在必行。

現在業內已經紛紛行動起來，布局碳化硅產業，加入碳化硅的國產化隊伍。據不完全統計，2022年國內新立項、簽約的碳化硅項目投資額超過476億元，而2018年這個數字還只有50億元。

業內人士指出，隨著未來兩三年產能密集釋放，國內碳化硅市場供需將會趨于平衡，成本將加速下降。屆時，國內碳化硅中低端產品的市場競爭或將更加激烈，業內需要在技術突破上重點發力，實現彎道超車和自主可控，縮小與國際巨頭的差距，爭取在碳化硅高端市場分得一杯羹。