在新能源汽車滲透率穩步抬升的同時，頭部車企對于碳化硅功率半導體試水的速度、廣度和深度不斷推進。多家車企及芯片類企業都向記者確認，經歷了多年大投入之后，今年碳化硅功率半導體將正式進入“上車”放量窗口期，疊加光伏、電力等場景擴容，產業鏈企業商業化落地和規模化進程或將提速。

雖然市場產銷兩旺，但是我國碳化硅功率器件仍處于早期階段，如何降低成本、穩定質量、提升良率，是國產碳化硅功率半導體在車上大規模應用的關鍵。業內認為，這一方面依賴于企業主體的技術創新，另一方面也有待芯片、模組、零部件和整車等產業鏈企業的多元協同。


功率半導體“放量年”

湖南三安半導體產業園，坐落著中國第一條、世界第三條碳化硅全產業鏈垂直整合超級工廠項目，僅參觀走廊就超過兩公里。透明玻璃窗內，長晶爐等設備無聲運轉，工人在各條產線加緊作業，機器人則進行著拋光等工序。

2020年，三安光電籌劃在長沙成立子公司投資建設碳化硅等化合物第三代半導體的研發及產業化項目，包括長晶—襯底制作—外延生長—芯片制備—封裝產業鏈，投資總額160億元。一期工程前年投產，如今6英寸碳化硅晶圓產能已經爬坡至20萬片/年。

據湖南三安半導體銷售副總經理張真榕介紹，公司訂單量目前處于飽和狀態，前兩個月的銷售額均達億元級別。其中，新能源汽車功率半導體步入放量期，三安用于主驅的碳化硅功率半導體有望在今年四季度正式上車。

今年中國電動汽車百人會論壇上，英飛凌科技方面也透露，到2027年，英飛凌第三代半導體碳化硅相對目前對比產能會是10倍左右的增加，目標是達成在2030年左右占有30%的市場份額。

天岳先進、天科合達、爍科晶體……都已經成為碳化硅半導體界的重要玩家。半導體定義汽車的時代，碳化硅在資本市場早已點燃。A股市場中第三代半導體概念公司已經超過80家，氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等都是其中的代表性材料。有機構預測，去年全球碳化硅器件市場規模43億美元，2026年有望成長至89億美元。

相較于美國的高比例，以及歐洲完整的產業鏈，國內碳化硅芯片類企業在技術和產能上存在差距。隨著越來越多廠商的產能擴建和上車提速，差距也在加速縫合。

“汽車市場的結構性缺芯，國產化是破題辦法之一。”奇瑞汽車研發總院芯片規劃總監郭宇輝對記者解釋說，“碳化硅芯片項目投資建設期需18-24個月，去年有許多碳化硅項目的投資，要2025年會釋放產能，屆時碳化硅功率半導體的緊缺狀況或會緩解。”

在近年來陸續投產的多個碳化硅制造項目中，三安光電是國內首家實現SiC垂直整合產業鏈布局的公司，張真榕認為，這種模式有利于實現每個節點都能獨立“做生意”，也可以構筑起較高的競爭門檻，并通過服務的“統包”相應市場需求。

功率半導體漸漸分野，IGBT和碳化硅(SiC)是兩大主流路線。按業內共識，20萬元以內的電動車通常會選用IGBT，20萬元以上的電動車則傾向于碳化硅功率半導體。后者具有損耗小、耐高壓、耐高溫的特性，更為適配高端車型。

“我們認為，碳化硅功率半導體很可能走出類似LED的發展之路。”張真榕對記者表示，此前三安光電所主營的LED產業開始階段價格高企，后來隨著技術創新和規模化效應顯現，逐步走入尋常百姓家。


汽車功率半導體需求旺盛

新能源汽車是全球汽車產業轉型升級的主要方向。2022年是全球新能源汽車產業發展具有標志性意義的一年，年銷量首次突破1000萬輛，同比增長63.6%。芯片是新能源汽車不可或缺的關鍵器件，已經成為影響汽車產業發展的關鍵性因素。隨著新一輪科技革命和產業變革的興起，汽車的智能化、網聯化、電動化加速演進，新能源汽車、智能網聯汽車產業的蓬勃發展，芯片在汽車當中的重要性日益提升，需求保持穩步上升。數據顯示，2022年，全球汽車半導體市場總額達到530億美元。預計2027年，汽車半導體市場將達到2000億美元。2022年到2027年，年復合增長率將保持在30%以上。

功率半導體是整個汽車芯片幾大類產品中非常重要的一環，廣泛用于轉換器、充電器、逆變器等實現能量互換的關鍵零部件中。在純電動車型中，功率半導體使用量大幅提升，占比達到55％。

目前，國際領先汽車企業的功率半導體產品已從標準品應用步入到定制品開發，通過定制化實現產品差異化競爭；國內汽車企業功率半導體產品雖仍以標準品應用為主，但也逐步啟動定制化開發，技術追趕國際競企與競品。2021年投產的湖南三安長沙項目，業務涵蓋碳化硅襯底材料、外延片、晶圓生產及封裝測試等環節，是國內第一條、全球第三條碳化硅垂直整合產業鏈。湖南三安半導體銷售副總經理張真榕在接受記者采訪時表示：“我們的車規級碳化硅MOSFET產品正配合多家車企做流片設計及測試并取得重大突破。”


碳化硅襯底放量

隨著世界對通信、傳感和旅行的功率和效率的要求越來越高，到 2027 年，化合物半導體襯底材料的市場將增加一倍以上——與硅相比，用于功率應用的碳化硅 (SiC) 預計將顯著增加其市場份額。所有大趨勢（電氣化、5G/6G、云計算……）都在其路線圖中增加了化合物半導體器件的使用。

據Yole Group 旗下的 Yole Intelligence預測，化合物半導體襯底材料市場將從 2021 年的 9.45 億美元增長到 2027 年的 23 億美元，復合年增長率為 17%。

到 2027 年，用于功率應用的 SiC 將成為最大的行業， 2021-2027 年的復合年增長率為 25%，其在化合物半導體襯底中的市場份額將增加約 50%。光子學磷化銦 (InP) 市場也將增加其份額并以 20% 的復合年增長率增長。第三個主要市場，射頻 (RF) GaN，包括襯底硅和 SI SiC，將保持其市場份額，但繼續與其他應用一起增長，2021-2027 年復合年增長率為 11 %。

汽車的電氣化和高壓應用正在推動對 SiC 材料的需求，主要參與者一直在采取措施確保或增加其襯底供應。

2021年，安森美半導體（現安森美）收購了美國碳化硅制造商GT Advanced Technologies。同年，湖南三安半導體投資25億美元在中國開設了一條涵蓋從晶體生長到功率器件、封裝和測試的整個供應鏈的碳化硅生產線，以提高其在電力電子領域的市場份額。Wolfspeed 是 SiC 襯底、外延片和工藝領域的現有領導者，最近宣布在德國新建 8 英寸 SiC 工廠，以鞏固其領先地位并進軍 SiC 器件市場。并且，半導體巨頭英飛凌于 2022 年與汽車制造商 Stellantis 合作。這筆價值超過 10 億歐元的交易將使英飛凌儲備制造能力，并在 2022 年的下半年向 Stellantis 的一級供應商供應 SiC 芯片。

RF GaN 市場預計將在規模上增長，但市場份額不會增長，部分原因是 2019 年美國對華為的制裁影響了 GaN-on-SiC 供應鏈。2023年，得益于印度等各國的5G基站市場，市場有望再次獲得增長動力。