电子发烧友App
SiC市场，即将预见的供过于求?
前言
近年来，随着电动汽车、5G、新能源等市场的兴起，减碳、能源效率和电气化成为当今时代的口号。
在这个过程中，对高频、大功率器件及电力电子需求快速增长，硅（Si）基半导体的物理性能瓶颈凸显，硅材料的潜力已逐渐被开发完善。
那么，如何最大限度减少电源转换损耗，如何在提升功率的同时限制体积、发热和成本的快速膨胀，成为了业内重点关注的问题。
在此趋势下，以碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料逐渐从科研走向产业化，并成为替代部分硅基功率器件的明确趋势。
相较于硅，SiC材料优势显著：
耐高压：SiC材料相比于Si材料具有10多倍的击穿场强，因此可以通过更低的电阻率和更薄的漂移层实现更高的击穿电压，相同的耐压值下，SiC功率模块导通电阻/尺寸仅为Si的1/10，功率损耗大幅减少；
耐高频：SiC材料不存在电流拖尾现象，能够提高元件的开关速度，是Si开关速度的3-10倍，从而适用于更高频率和更快的开关速度；
耐高温：SiC材料具有其3倍的禁带宽度、3-5倍的导热率，2倍的极限工作温度和超过2倍的饱和电子漂移速率。因此SiC器件在减少电流泄露的同时大幅提高工作温度。
可见，在传统硅基功率器件无法适应新兴市场快速发展的变革需求下，SiC凭借高频高效、耐高压、耐高温等优异特性成为功率市场的新选择。
下游市场和客户对SiC领域的前景也充满信心，一众OEM和Tier1厂商都希望能够尽早锁定可靠的长期供应，这也为SiC厂商的扩张提供了坚实的动力。
多重因素驱动下，SiC市场建厂扩产热潮愈演愈烈。无数成名已久的IDM大厂，Fabless新锐以及初创企业纷至沓来。
尤其是在2022-2023年低沉的半导体市场情绪中，SiC似乎没有受到影响，大额订单签约不断、扩产计划加了又加、年度营收持续上修、持续丰富的SiC应用案例...，一系列动作都预示着SiC行业前景充满光明。
刚刚踏入2024年，SiC产业扩张的氛围仍在延续。
越来越多的企业盯上了SiC这块“肥肉”，扩产的脚步推动全球SiC总产能在过去五年内增长了近两倍。
然而，情况确实是如期进行么？
对于行业大肆扩产之势，有声音指出，SiC市场在未来几年将如何展开？SiC厂商的扩产速度和规模，在未来是否会带来供应过剩的风险？
供需背后，SiC市场将何去何从？
争先恐后加码扩产SiC：
首先来看供应端。
在当前全球SiC功率市场高景气行情下，扩产放量是行业关注重点。行业新老玩家纷纷涌入，争先恐后加码扩产SiC。
据集邦化合物半导体不完全统计，2023年国外企业共有近20项SiC相关扩产项目已经或将要落地，年产能规模基本都在几十万到上百万片之多。
除了原厂和Tier1企业不断加大相关产品投资扩产力度，巩固自身产业优势地位之外。产业链厂商在SiC领域相关扩产也在围绕衬底、外延等产业链各环节展开。
此外，多国和地区政府也宣布将投入大笔资金，用于投资功率半导体。
能看到，SiC的淘金热在全球迅速蔓延，赛道扩产热度居高不下，甚至有愈演愈烈的迹象，不仅有更多厂商加入SiC扩产行列，更有巨头多次出手，产能建设已成为企业及行业关注的焦点。
面对SiC的巨大市场，不仅国际巨头纷纷加入，国内企业也不甘落后，纷纷布局碳化硅，扩张产能，试图以国产替代争夺市场份额，提升产品的价值量或出货量。
据不完全统计，2023年国内共有近40项SiC相关扩产项目启动。这些项目中，有不少投资数十亿甚至上百亿的大手笔。
国内SiC企业也都铆足了劲在扩大产能。从投资额来看，据统计，2023年国内SiC相关扩产项目累计将投入近900亿元，与2022年相比涨幅较大，SiC赛道日益火热已是不争的事实。
综合来看，SiC赛道扩产戏码频频上演，国际厂商大多着眼于8英寸，一方面是顺势而为，另一方面也为了巩固领先优势。国内厂商更多选择继续加固6英寸产能，以期稳中求进，但也不乏前瞻性布局，聚焦6英寸与8英寸并举，双管齐下满足当下与未来需求。
根据TrendForce分析，随着国内外厂商相继扩产，以及与汽车、新能源客户合作项目明朗化，将推动2023年整体SiC功率元件市场规模达22.75亿美元，年成长41.4%，预计至2026年SiC功率元件市场规模可望达53.28亿美元。
SiC需求，打开新空间
供应端的火热扩产，离不开下游市场对SiC的巨大需求。
大部分SiC厂商都收获了巨额的预付款订单。这一做法为SiC厂商投资扩产提供了良好的现金流支持，也为其扩产带来了极大动力。
从需求端来看，新能源汽车是SiC最重要的应用领域，也是最大的驱动市场。
回顾SiC上车进程，丰田早在2014年就推出了SiC MOSFET，但受限于当时高昂的成本和技术的不成熟，前期产业发展一直较缓。
一直到2018年，特斯拉Model 3搭载全SiC MOSFET模块的逆变器，其轻量化的特性节省了电动汽车内部空间，高效率的特性有效降低了电动汽车电池成本，耐高温的特性降低了对冷却系统的要求，节约了冷却成本，一跃成为了SiC器件在车用领域的产业推动者，帮SiC的应用进度和市场空间都打开了想象力。
尤其是在新能源汽车高歌猛进，电车续航和充电速度不断提升的需求驱动下，SiC器件凭借体积小、性能优越、节能性强，还顺带缓解了续航问题，一举成为新能源车领域的当红炸子鸡。SiC器件开始应用于驱动逆变器、DC/DC转换、车载充电器OBC和快速充电桩等领域。
此后，很多车企也都纷纷将SiC功率器件作为未来新能源汽车电机驱动系统的首选解决方案，得到了市场的广泛接受。
从行业趋势看，SiC上车是大势所趋。尽管特斯拉曾在2023年3月的投资者大会上表示，将减少75%的SiC用量，一度引发SiC未来发展前景不明的猜测，但后续汽车市场和供应商都用实际行动表达了对SiC的支持。
随着越来越多车企陆续导入SiC技术，TrendForce预计2026年车用SiC功率器件市场规模将达到39.4亿美元，市场占比高达74%。
SiC上车需求的爆发，以及在充电桩市场的快速渗透，其产能供给成了关键瓶颈。
800V架构，SiC市场新“风口”
另一方面，为进一步提高充电效率、缩短充电时间，主流车企选择高压快充方案，800V高压架构正逐渐走进市场视野。
有业内专家预测，未来一到两年将会有更多采用800V系统的新能源汽车出现。这场高压平台“升级革命”让SiC器件成为焦点。
因为构建800V超充平台的灵魂就是材料的革新，800V高压快充会涉及到车内电源到车外充电整个强电链路，硅基器件已达到理论性能极限，难堪重任。具备耐高压、耐高温、高频等优势的SiC器件是目前最佳的替代方案。
800V SiC功率器件的“上车”，对电动汽车的能量利用效率、充电速度、电机功率等都带来巨大的提升，逐步成为新能源汽车行业的布局热点。
未来，以SiC为核心的800V强电系统，将在主逆变器、电机驱动系统、DC-DC、车载充电器以及充电桩等领域迎来规模化发展，进而加快推动SiC器件渗透提速。据业内预期，2025年800V+SiC方案的渗透率将超过15%。
可见，在巨大的市场潜力和技术变革趋势下，SiC产业链正迎来多重“风口”。
衬底，SiC产能关键瓶颈
此外，SiC衬底的紧缺，将使SiC芯片的供需失衡成为长期现象。
众所周知，衬底一直是SiC器件产能的一大关键瓶颈。
前几年，很多SiC器件厂商都是靠绑定衬底巨头来保证SiC衬底的产能。如今，全球领先的SiC器件供应商相继收购投资了不同的优质SiC衬底供应商，并开始建立内部衬底供应，从SiC衬底到设备制造的垂直整合。
这些厂商虽然通过收购建立了自己的衬底供应，但产能还远远落后，采用部分产能自给、部分产能绑定的双线模式。
有业人人士指出，之所以出现这种趋势，主要是因为SiC供需极度失衡，SiC衬底的需求量非常大，被业界认为产业成为长期持续的趋势，SiC衬底的产能因良率问题无法满足快速增长的需求，导致器件厂商“囤货”的冲动。
据Trendforce预测， 2025年新能源汽车对SiC衬底需求或将达到169万片，远超当前供应水平。
可以预见，在业内形成稳定且较高良率的衬底规模化出货前，整个行业都将持续陷于供不应求。
也正是因此，“从6英寸逐渐向8英寸升级”成为SiC衬底晶圆的一项主流未来趋势，为进一步提高生产效率，大尺寸是碳化硅衬底制备技术的重要发展方向。同时，业内也将这一趋势看作SiC降低成本的一个重要途径。
汽车之外，SiC市场空间广阔
在新能源汽车之外，光伏、储能等工业应用依然对SiC处于刚需状态，呈现出加速增长的趋势。
以光伏市场为例，光伏电站直流端电压等级逐渐从1000V提升至1500V，未来有望再提升至2000V。大电压环境下SiC功率器件的性能优势凸显。
伴随光伏逆变器出货量的快速增长以及SiC功率器件渗透率的提升，光伏SiC功率器件市场将迅速成长。根据CASA数据，2021年中国光伏领域第三代功率半导体的渗透率超过13%，市场规模约4.78亿元，同比增长56%，预计2026年光伏用第三代半导体市场空间将接近20亿元，五年CAGR超过30%。
传统制造业都在往“节能、减碳、高效”等方向转型发展，“家电巨头打造第二增长曲线+SiC应用渗透”的场景蓝图也在逐步打开，SiC器件市场空间广阔。
而未来SiC产能及良率提升后，车载OBC、大功率变换器等用量需求也必将水涨船高。因此，从产业供给需求来看，目前担心产能过剩还为时尚早。
结语
整体来看，近年来随着新能源汽车、储能等市场的增长，对SiC需求呈现出井喷式增长的态势。
有行业调研机构表示，我们跟踪全球半导体制造资产市场25年来，从未见过任何新技术发展得如此之快。尽管半导体行业目前正在经历低迷，但我们见证了SiC的强劲增长。
借助SiC器件，全球功率半导体厂商都看到了增长的机会。扩产对各大SiC厂商而言，也是抢占市场、争夺客户的必由之路。
纵然产能扩充飞速增长，但从供需两侧分析和行业机构的预测来看，目前需求端缺口过于巨大，SiC的大规模产能扩张短期内并不会出现供应过剩的现象。
因此，面对SiC行业技术演进和市场机遇，行业厂商积极涌入，在充满野心的扩产计划中将SiC市场推向新的高地。
审核编辑：黄飞
工商网监
评论