年复合增长率达32.6%！车载SiC和工业GaN前景畅旺，产业链厂商进展如何

近日，第三代半导体领域的国际领先厂商意法半导体公布了最新的财报，ST SiC领域2023年收入达到14亿美元，计划在2024年实现15亿美元的收入，到2025年有望达到20亿美元，预计到2030年达到50亿美元。ST对媒体表示，每天有600多万车辆采用100% ST SiC解决方案行驶在路上。
 
国际调研机构Markets and Markets给出的碳化硅市场最新预测，这家机构预计2024年碳化硅市场价值为42亿美元，预计到2029年将达到172亿美元，年复合增长率达到32.6%。电力电子、汽车需求的增长是主要的驱动力。SiC衬底和外延质量的不断发展为碳化硅市场提供了增长机会。

图表来自Markets and Markets网站

 
近日，第三代半导体产业联盟高伟博士就“第三代半导体功率电子产业进展”、“功率器件在细分领域应用”等热点话题，给出了最新的市场分析和应用前瞻。

电子发烧友拍摄

 
汽车应用成为SiC功率器件增长的主要驱动力
 
碳化硅目前是蓬勃发展的市场，自从马斯克把碳化硅功率器件用到特斯拉车型上之后，碳化硅市场开始呈爆发性的增长。国际调研机构Yole数据显示，2022年，SiC功率器件市场总值为17.94亿美元，其中汽车应用达到12.51亿美元，占比70%。这家机构预测到2028年，市场规模预计增长到89.06亿美元，2022年到2028年的年复合增长率31%。2028年汽车应用占比最大，其中主驱逆变市场规模将达到61.7亿美元，其中DC/DC和BC分别为3.5亿美元及0.96亿美元。
 
Yole数据显示，2022年GaN功率器件市场总值为1.849亿美元，其中消费电子1.461亿美元，占比79%。他们预测到2028年GaN功率器件市场总值增长到20.4亿美元，2022年到2028年复合增长率为49%。值得特别关注的是，2022年到2028年汽车和移动细分领域，年复合增长率将达到惊人的110%，2028年市场总值为5.04亿美元。
 
英飞凌发布的2024年氮化镓市场预测显示，2024年随着政府和消费者努力减轻气候变化的影响，电动汽车市场销售预计将飙升21%。到2030年，电动汽车销售预计将超过全球汽车销售的三分之二。报告指出，2024年，电动汽车目前大多数系统都偏爱400V平台，因为它具有良好的性价比，是中低端市场车辆的最佳选择，另外一方面，800V系统正在加快普及，它们可以实现快速的直流充电性能，适用于高端车辆，氮化镓功率半导体将成为400V系统的经济划算的解决方案。
 
8英寸SiC晶圆是降本重要选择，国产SiC产能开始释放
 
目前，材料端衬底端、器件制造端是碳化硅供应链里面最主要的两个市场。根据Yole的统计显示，2022年全球SiC（碳化硅）衬底市场中，美国的Wolfspeed、美国的II-VI和日本Rohm（罗姆）三家企业合计占据72%的市场份额。中国的天科合达、天岳先进正在努力追赶。
 
在碳化硅市场的全球格局中，海外企业由于早期投入和技术研发等优势，占据了主导地位。当前国际大厂仍然以6 英寸晶圆为主，但自2023年以来，英飞凌、Wolfspeed、ST、罗姆半导体等几年前就开始布局 8 寸碳化硅晶圆，并加速实现向 8 英寸晶圆的过渡。

电子发烧友根据公开资料制图

 
高伟博士指出，目前SiC价格高企仍然是落地应用的一个障碍。国际上，8英寸仍是降本的重要选择，但是量产进度不及预期。8英寸单晶片价格比较高，6英寸降到4000元每片。降低成本是整个产业追求的，所以复合衬底技术备受期待。Soitec公司通过在低电阻多晶SiC支撑基板上薄层层压高质量的SiC单晶，实现SiC单晶重复使用，并且使整个衬底实现低电阻和高强度，兼顾了性能和成本。
 
国产SiC产业产能开始释放，产值高速增长，衬底和外延外销比较高。从国内看2023年，国内SiC扩产重点逐渐从衬底向芯片、模块环节转移，多家衬底、外延材料企业的6英寸产品进入国际供应链。
 
器件方面，以SiC二极管为主，国产SiC功率器件主要用于光伏储能、充电基础设施等领域，电动汽车主驱应用正在推进。衬底领域，2023年山东天岳实现营业收入12.5亿元，同比增长199.90%。外延方面，瀚天天成在2023年12月29日递交招股书，瀚天天成计划募资约35亿元，其中27亿元将用于年产80万片6-8英寸SiC外延晶片产业化项目。
 
特别值得关注的是，国内龙头企业三安光电在2023年底和ST拟投资228亿元在重庆建立8英寸SiC晶圆厂，建立一个8英寸SiC衬底工厂，以满足合资企业需求。
 
GaN领域：国际企业加大并购，国内产能释放，产品开发转向工业应用
 
2023年3月2日，英飞凌宣布以8.3亿美元收购GaN Systems，交易正式于10月24日完成，两大巨头的结合对于GaN汽车、数据中心等高功率应用领域的产业化有一定的推动作用。2024年1月11日，瑞萨拟3.39亿美元收购Transphorm，从而扩展其在电动汽车、计算（数据中心、人工智能、基础设施）、可再生能源、工业电源以及快速充电器/适配器等快速增长市场的业务范围。
 
高伟分析说，GaN HEMT功率器件发展呈现两大趋势：一、向中高压突破应用，100V-300V-650V-900V，在激光雷达、车载充电、服务器电源、工业电机等领域应用，可靠性面临很大挑战；二是在向更低压方向，15V到40V甚至更低，在AI驱动上应用；三是在抗辐照方面，面向商业航天方向应用备受关注。
 
在最后的总结里，高伟表示，目前第三代半导体应用领域多且成熟度各有不同，封装、应用企业数量多，标准需求高。比如大多数应用可以简化为一些基本的拓扑电路，比如在DC-DC转换器中的降压转换器、升压型转换器、H桥等，DC-AC转换器的单相、三相拓扑；硬开关应力测试、软开关系统复杂度升高等问题。