国产碳化硅上车新计划！汽车减产毫发无伤？

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）近期，芯片短缺带来的影响传导到新能源汽车、智能手机等终端市场，这其中对于新能源汽车的影响更加露骨。从1月份至3月份，新能源汽车销量都出现同比下降，蔚来甚至宣布停产。
 
值得一提的是，碳化硅作为新能源汽车的主要增长市场，国内厂商纷纷布局、扩充产线。为何新能源汽车减产，SiC生产线依旧需要扩产，未来是否会出现产能过剩呢？
 
SiC上车成为趋势，天岳先进、泰科天润、扬杰科技等加速SiC布局
 
市场调研数据显示，2026年，全球碳化硅功率器件的市场规模将从2020年的6.29亿美元上升为 47.08 亿美元，年复合增长率达到 42.41%。如此巨大的市场，对于国内碳化硅厂商企业来说无疑是个好消息。
 
从应用领域来看，碳化硅半导体材料与器件主要应用于汽车、航天、消费电子产品等。这其中，汽车行业会是碳化硅功率器件的主要增长领域。在新能源汽车应用领域，主要是应用于功率控制单元、逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等。
 
当下，碳化硅半导体上车已成为趋势。碳化硅作为宽禁带半导体材料，相对于SI基器件具备降低电能转换过程中的能量损耗、更容易小型化、更耐高温高压的优势，因此被汽车厂商看中。
 
例如特斯拉将碳化硅用于电驱主逆变器上，Model 3采用的是ST的650V SiC MOSFET器件，用了24个SIC-MOSFET为功率模块的逆变器；比亚迪汉系列则采用了自研SiC模块，在电机控制器中应用了SIC-MOSFET模块，叠加斯达半导加码车规级SIC模组产线。
 
根据乘联会的数据，特斯拉MODEL 3在今年3月份的销量为26024台，同比上涨2.8%，排行第二，而比亚迪汉的销量为12359辆。
 
作为新能源汽车的风向标厂商，特斯拉与比亚迪带来了碳化硅上车的拐点。小鹏G9搭载了800V碳化硅电驱平台，电驱系统最高效率可达到95%；蔚来ET7搭载SiC电驱系统等等。2021年，碳化硅在汽车领域开始放量。
 
目前，国内主流的碳化硅企业有华润微、士兰微、立昂微、泰科天润等。在新能源汽车市场的带动下，多家国内厂商在近两年在碳化硅的布局均有所进展。
 
从2018年开始，扬杰科技布局了半导体硅片业务，产线以4英寸和6英寸为主。根据其财报，半导体硅片业务在2018年至2021年，占主营业务4.5%-5.56%之间。2020年，瞻芯电子发布国内首片6英寸SiC MOSFET晶圆。华润微拥有碳化硅功率器件制备技术，2021年，华润微推出1200V SiC MOSFET新品，主要应用于新能源汽车OBC、充电桩、光伏逆变等领域。
 

图：电子发烧友网根据公开资料制图

 
近期，碳化硅产业链上相关企业布局加速。普兴公司宣布碳化硅外延高速率生长工艺开发成功。泰科天润则拥有 4英寸、6 英寸 SiC 晶圆产线，其湖南碳化硅芯片量产线开始投产，预期年产量达到6万片。天岳先进公开表示临港项目全部达产后将新增碳化硅衬底产能约30万片/年。
 
为什么新能源汽车减产，SiC却在扩产？
 
回到消费市场，汽车是碳化硅最大的增长市场。只是，当前新能源汽车市场由于元器件短缺，销量有所下降，根据乘联会的分析报告称，今年3月，国内乘用车市场销量为157.9万辆，同比下降10.5%。除此外，部分厂商宣布减产、停产。新能源汽车市场的变动，对于碳化硅产业链是否会造成影响，为何晶圆厂要持续扩产？
 
对于新能源汽车市场对于碳化硅产业链的影响主要看碳化硅是不是供不应求。如果碳化硅本来产能充足，汽车停产后或许会有多余的产能。当然，如果碳化硅供不应求，就要持续扩产。从当前的情况来看，答案是属于后者。
 
那么，为什么碳化硅会供不应求，一是碳化硅衬底产能不足，二是碳化硅良率有限，三是目前国内有相对较多6英寸晶圆厂，而碳化硅主要还是基于4英寸、6英寸晶圆厂生产，利好碳化硅的生产，并且未来会以6英寸为主流。
 
在碳化硅衬底产能不足面。碳化硅衬底分为导电型、半绝缘型两大类，2020年，这两大类的产能分别是约40万片/年、18万片/年。在新能源汽车、5G等应用增长情况下，因此出现供不应求。
 

碳化硅产业链（图源：中信证券）

 
在良率方面，天岳先进在财报中提到，2018年－2020年间，公司SiC 晶棒良率分别为41%、38.57%、50.73%；衬底良率分别为72.61%、75.15%、70.44%，各年度受产品指标变化的影响存在一定波动，总体良率呈现波动上行的趋势。Wolfspeed的八英寸碳化硅晶圆的良率预计可到90%以上，超过目前6英寸线的20%-30%。总体而言，当前业内4 英寸衬底良率较高，大概为70%，6英寸良率则相对较低，为30%-50%
 

 

天岳先进晶棒和衬底良率变化（图源：天岳先进）
 

当下，碳化硅半导体上车已成为趋势。碳化硅衬底决定着碳化硅的产能，在碳化硅供不应求的情况下，取得碳化硅衬底似乎演变成升级迭代电动汽车功率器件的入场券。
 
在6英寸晶圆厂代工方面。6英寸及以下规格的晶圆片主要应用于普通消费电子领域。随着新能源汽车对SiC需求量的提升，6英寸晶圆厂也普遍用于生产碳化硅这类第三代半导体材料。
 
尽管6英寸相对于12英寸工艺老旧，却是现阶段半导体产业发展不可或缺的环节。如果说国产芯片在全球12英寸、8英寸硅晶圆的产能排行相对靠后，但在6英寸硅晶圆的产能上却是有优势的。
 
这其中的原因是，我国是拥有6英寸晶圆厂最大的国家之一。仅仅是在2020年，中国内地6英寸及以下的晶圆厂投产就达到380万片，8英寸以及12英寸的年投产仅为220万片。从2020年开始，这个数字或将有所上升。可以设想，对于国内企业来说，6英寸晶圆产能在近两年会不会是实现芯片国产化替代的另一个机会呢？
 
从现有的技术来看，碳化硅市场依旧是以6英寸为主，8英寸还没有达到大规模量产阶段。中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟数据显示，到2025年，4英寸 SiC 晶圆市场将从2020年的10万片下降为5万片，而6英寸SiC 晶圆市场将从2020年的8万片增长至20万片。

 

图：电子发烧友网根据公开资料制图

 
根据摩尔定律，朝着大尺寸的半导体硅片肯定是最终的方向，作为第三代半导体的碳化硅也难逃摩尔定律。那么硅晶圆尺寸何时才能完成到8英寸、12英寸的“转场”呢？
 
根据公开消息，业内碳化硅头部厂商预计会在今年之后开始实现8英寸晶圆的量产。而对于12英寸，以电源管理芯片为例，国内某芯片厂商对记者表示，不是厂商不愿意转到12英寸，而是还要“守住”8英寸的产能，特别是对中小企业的压力更大，进入12英寸需要承担相应的成本和技术风险。对于碳化硅，这些挑战依旧摆在面前。
 
小结：

根据摩尔定律，朝着大尺寸的半导体硅片肯定是最终的方向，作为第三代半导体的碳化硅也难逃摩尔定律。可以肯定的是，即使新能源车减产，碳化硅的产能需求仍在，产业链上有所准备的企业将再迎增长空间。只不过，从当下的技术发展、良率的影响下，碳化硅上车还有更多的市场考验。