下游推动全球碳化硅功率器件产业化进程市场正向意法半导体等海外巨头集中

2024-06-27 09:13

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一、SiC功率器件较Si器件具备多重优势

根据观研报告网发布的《中国碳化硅功率器件行业现状深度研究与发展前景预测报告（2024-2031年）》显示，碳化硅功率器件是以碳化硅材料为基础制造的高性能半导体器件，包括二极管、晶体管以及功率模块等多种类型。

当前Si半导体已逼近物理极限，以SiC为代表的第三代半导体成为后摩尔时代半导体行业发展的重点方向之一，SiC材料拥有禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，因此采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行，适用于高电压、高频率场景，此外还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力。

资料来源：观研天下整理

二、下游推动全球碳化硅功率器件产业化进程

下游新能源、轨道交通、智能电网等发展对高频、大功率射频及电力电子需求的快速增长，极大推动了碳化硅的产业化进程。2019-2023年全球碳化硅功率器件市场规模由5.8亿美元增长至19.72亿美元，预计2024年全球碳化硅功率器件市场规模将达26.23亿美元，较上年同比增长33.01%。

碳化硅下游应用情况

应用领域	应用情况
新能源汽车	新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括:电机驱动系统、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载DC/DC)和非车载充电桩。碳化硅功率器件应用于电机驱动系统中的主逆变器,能够显著降低电力电子系统的体积、重量和成本，提高功率密度。碳化硅器件应用于车载充电系统和电源转换系统，能够有效降低开关损耗、提高极限工作温度、提升系统效率，目前全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用碳化硅功率器件。碳化硅器件应用于新能源汽车充电桩，可以减小充电桩体积，提高充电速度。
光伏发电	在光伏发电应用中,基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统10%左右，却是系统能量损耗的主要来源之一。使用碳化硅MOSFET或碳化硅MIOSFET与碳化硅SBD结合的功率模块的光伏逆变器,转换效率可从96%提升至99%以上，能量损耗降低50%以上，设备循环寿命提升50倍，从而能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、(降低生产成本。高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来发展趋势。在组串式和集中式光伏逆变器中，碳化硅产品预计会逐渐替代硅基器件。
轨道交通	轨道交通车辆中大量应用功率半导体器件，其牵引变流器、辅助变流器、主辅- -体变流器、电力电子变压器、电源充电机都有使用碳化硅器件的需求。其中，牵引变流器是机车大功率交流传动系统的核心装备,将碳化硅器件应用于轨道交通牵引变流器，能极大发挥碳化硅器件高温、高频和低损耗特性,提高牵引变流器装置效率，符合轨道交通大容量、轻量化和节能型牵引变流装置的应用需求，提升系统的整体效能。
智能电网	相比其他电力电子装置,电力系统要求更高的电压、更大的功率容量和更高的可靠性，碳化硅器件突破了硅基功率半导体器件在大电压、高功率和高温度方面的限制所导致的系统局限性，并具有高频、高可靠性、高效率、低损耗等独特优势，在固态变压器、柔性交流输电、柔性直流输电、高压直流输电及配电系统等应用方面推动智能电网的发展和变革。

数据来源：观研天下数据中心整理

三、我国碳化硅功率器件行业在政策利好下将迎来发展机遇

我国碳化硅功率器件行业在相关政策利好下也将迎来发展机遇。近年来，国家相继出台了《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023年)》《关于推动能源电子产业发展的指导意见》《电子信息制造业2023-2024年稳增长行动方案》等相关政策，为碳化硅功率器件行业的发展提供了良好的发展环境。

我国碳化硅功率器件行业相关政策

时间	政策	主要内容
2023.08	《电子信息制造业2023-2024年稳增长行动方案》	梳理基础电子元器件、半导体器件、光电子器件、电子材料、新型显示、集成电路、智慧家庭、虚拟现实等标准体系，加快重点标准制定和已发布标准落地实施。
2023.08	《新产业标准化领航工程实施方案(2023-2035年)》	研制集成电路材料、专用设备与零部件等标准，制修订设计工具、接口规范、封装测试等标准，研制新型存储、处理器等高端芯片标准，开展人工智能芯片、车用芯片、消费电子用芯片等应用标准研究。研制智能传感器、功率半导体器件、新型显示器件等基础器件标准，制修订电连接器、纤维光学、微波器件以及印制电路等领域标准。
2023.06	《制造业可靠性提升实施意见》	电子行业重点提升电子整机装备用SoC/MCU/GPU等高端通用芯片、氮化镓/碳化硅等宽禁带半导体功率器件、精密光学元器件、光通信器件、新型敏感元件及传感器、高适应性传感器模组、北斗芯片与器件、片式阻容感元件、高速连接器、高端射频器件、高端机电元器件、LED芯片等电子元器件的可靠性水平。
2023.01	《关于推动能源电子产业发展的指导意见》	加快功率半导体器件等面向光伏发电、风力发电、电力传输、新能源汽车、轨道交通推广。提高长寿命、高效率的LED技术水平，推动新型半导体照明产品在智慧城市、智能家居等领域应用，发展绿色照明、健康照明。
2022.01	《国务院关于印发“十四五”数字经济发展规划的通知》	实施产业链强链补链行动,加强面向多元化应用场景的技术融合和产品创新，提升产业链关键环节竞争力，完善5G、集成电路、新能源汽车、人工智能、工业互联网等重点产业供应链体系。
2021.03	《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》	瞄准人工智能、量子信息、集成电路、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。
2021.01	《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023年)》	重点发展微型化、片式化阻容感元件，高频率、高精度频率元器件，耐高温、耐高压、低损耗、高可靠半导体分立器件及模块，小型化、高可靠、高灵敏度电子防护器件，高性能、多功能、高密度混合集成电路。

资料来源：观研天下整理

从下游应用市场占比情况来看，新能源汽车应用占比最大，达到38%；其次是消费类电源，占比为22%；光伏逆变器占比15%。

数据来源：观研天下数据中心整理

四、碳化硅功率器件市场向意法半导体等海外巨头集中，中国企业加速追赶

由于碳化硅晶片制造工艺难度大，研发时间长，存在较高的技术门槛和人才门槛，全球碳化硅功率器件市场向等意法半导体、英飞凌、Wolfspeed、罗姆、安森美海外巨头倾斜，行业集中度高，CR5达99%。

数据来源：观研天下数据中心整理

目前，中国市场约80%的SiC晶圆和95%以上的器件，均由国外制造商提供，对外依赖度极高，不利于行业发展。近年来，我国本土企业如士兰微、芯联集成、斯达半导、华润微等通过引进国外先进技术或自主创新，不断提升碳化硅产品的质量和生产效率，逐渐在国内外市场中占据一席之地。

我国碳化硅功率器件本土企业基本情况

企业名称	简介
士兰微	拟与厦门半导体投资集团有限公司、厦新翼科技实业有限公司共同向子公司厦广]士兰集宏半导体有限公司增资41.5亿元并签署《8英寸SiC功率器件芯片制造生产线项目之投资合作协议》。各方合作在厦门市海沧区合资经营项目公司“厦门士兰集宏半导体有限公司”，以项目公司负责作为项目主体建设一条以SiC-MOSEFET为主要产品的8英寸sicC功率器件芯片制造生产线，产能规模6万片/月。第-期项目总投资70亿元，第二期投资50亿元。
芯联集成	公司已经突破应用于主驱的平面碳化硅(sic) MOSFET的技术，并已实现公司最新-代的碳化硅(SiC) MOSFET产品性能达到世界领先水平。同时，公司正在建设的国内第一条8英寸碳化硅(SiC)器件研发产线，也将于2024年通线。
斯达半导	嘉兴斯达高压特色工艺功率芯片和siC芯片研发及产业化项目总投资20亿元,建设单位为嘉兴斯达微电子有限公司，建设工期为2022- 2024年,项目于2022年1月3日开工,计划2024年3月投入使用，项目投产后可实现年产36万片功率芯片生产能力。
华润微	目前公司已形成了系列化的碳化硅二极管和siC MOSFET产品，相关产品正在上量和市场推广阶段，同时新一代产品也在研发迭代。
三安光电	将全面采用国际领先的8英寸生产设备和工艺，并计划在今年第三季度开始生产,达到年产48万片的规模。公司的8英寸碳化硅衬底外延工艺已完成调试，相关样品已送至主要的海外客户进行验证。
扬杰科技	公司自主开发的车载碳化硅模块已经研制出样,目前已经获得多家Tier1和终端车企的测试及合作意向，计划于2025年完成全国产主驱碳化硅模块的批量上车。