隨著全球?qū)﹄妱悠嚱蛹{度的逐漸提高，碳化硅(SiC)在未來的十年里將迎來全新的增長機遇。預(yù)計，將來功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)商和汽車行業(yè)的運作商會更積極地參與到這一領(lǐng)域的價值鏈建設(shè)中來。

01

碳化硅功率器件采用的是一種名為SiC的高級半導(dǎo)體材料，它與傳統(tǒng)的硅材料相比有著不少突出的優(yōu)勢。

這些優(yōu)勢源于它的技術(shù)性能上的突破，如能在更高溫度和電壓下正常工作、降低開關(guān)時的能耗以及提升整個電子系統(tǒng)的效率。SiC卓越的熱穩(wěn)定性也讓它能在極端環(huán)境下可靠運行，非常適合高功率應(yīng)用場景。

SiC器件的種類繁多，包括雙極結(jié)型晶體管(BJT)、場效應(yīng)晶體管(FET)和二極管等，這些設(shè)計都是為了最大限度地發(fā)揮SiC材料的獨特性能。

SiC器件在可再生能源、電力電子、汽車和電信等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，對于高性能解決方案的需求也在不斷上升。特別是在汽車領(lǐng)域，隨著車輛的電氣化水平提高，對于管理電能的SiC器件的需求也在日益增長。例如，配備電動動力系統(tǒng)的汽車需要先進的電源方案來最大化駕駛里程并提升車輛性能。

02

推動碳化硅功率器件市場增長的因素有很多。首先，環(huán)保意識的增強驅(qū)動著眾多行業(yè)尋求更高效的能源解決方案以減少環(huán)境影響，SiC器件以其卓越的能效，在這種趨勢下變得格外受歡迎。

再加上，可再生能源行業(yè)的擴大，需要更多能夠高效處理和轉(zhuǎn)換大量能量的電力設(shè)備，如太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電機，它們都能極大地從SiC器件提升的效率中受益。

電動汽車的普及率不斷攀升也帶動了對電力電子組件需求的增加。到2030年，預(yù)計電動汽車和SiC市場都將實現(xiàn)廣泛的增長。據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)預(yù)測，電動汽車的市場到2030年將以復(fù)合年增長率飆升，銷量有望達到6400萬輛，是2022年銷售量的四倍。

在這樣一個活躍的市場環(huán)境下，確保電動推進系統(tǒng)零部件的供應(yīng)能跟上電動汽車需求快速增長的步伐至關(guān)重要。與傳統(tǒng)硅基產(chǎn)品相比，用在電動汽車動力系統(tǒng)（尤其是逆變器）、DC-DC轉(zhuǎn)換器和車載充電器中的SiC金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)能夠提供更高的切換頻率。

這種性能的差異有助于提升效率，延長車輛的續(xù)航能力，并降低動力系統(tǒng)在電池容量和熱管理方面的總體成本。這些因素對于電池電動汽車(BEV)尤為重要，因為到2030年，BEV將占到大部分電動汽車的生產(chǎn)量。半導(dǎo)體行業(yè)的參與者，比如制造商和設(shè)計師，以及汽車行業(yè)的運作商正被看作是抓住電動汽車市場不斷增長機遇，創(chuàng)造價值并獲得競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵力量，他們正面臨著電氣化時代的重大挑戰(zhàn)。

03

目前，全球碳化硅器件領(lǐng)域約占有兩十億美金的市場規(guī)模，而根據(jù)預(yù)測，到了2030年，這一數(shù)字有望飆升至110億至140億美元，年復(fù)合增長率可達26%。電動汽車銷量的爆發(fā)式增長，加上其逆變器對SiC材料的偏好，預(yù)示著將來電動汽車領(lǐng)域?qū)⑽{SiC功率器件需求的70%。其中，中國對電動汽車的渴望最為旺盛，預(yù)計將推動國內(nèi)電動汽車制造業(yè)中約40%的碳化硅需求。

特別是在電動汽車領(lǐng)域，動力系統(tǒng)的種類、電池電動汽車(BEV)、混合動力電動汽車(HEV)或插電式混合動力電動汽車(PHEV)，以及400伏或800伏的電壓等級，都在決定SiC應(yīng)用的優(yōu)勢及其普及程度。800伏的純電動汽車動力系統(tǒng)，因其對效率的極致追求，更可能采納基于SiC的逆變器。

預(yù)計到2030年，純電動車型將在電動汽車總產(chǎn)量中占比達到75%，相比之下2022年這一數(shù)字為50%。而HEV和PHEV將占據(jù)剩余的25%市場份額。屆時，800伏動力系統(tǒng)的市場普及率預(yù)計將超過50%，而在2022年，這個數(shù)字還不到5%。

在市場競爭格局上，SiC領(lǐng)域的主要玩家傾向于垂直整合模式，而市場集中度的現(xiàn)狀也印證了這一趨勢。目前，市場大約60%-65%的份額被數(shù)家領(lǐng)先企業(yè)所控制。預(yù)計到2030年，中國市場將繼續(xù)保持其SiC供應(yīng)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

04

目前，中國市場約80%的SiC晶圓和95%以上的器件，均由國外制造商提供。通過晶圓到器件的垂直整合，可以實現(xiàn)5%-10%的產(chǎn)量提升和10%-15%的利潤率增加。

當前的轉(zhuǎn)變是，從6英寸晶圓生產(chǎn)過渡到8英寸晶圓的使用。預(yù)計這一材料的采用將從2024年或2025年開始，到2030年達到50%的市場滲透率。美國市場預(yù)計也將在2024年至2025年間啟動8英寸晶圓的批量生產(chǎn)。

即便在初期，8英寸晶圓因產(chǎn)量較低而價格較高，但隨著制造工藝的進步和新技術(shù)的采用，預(yù)計未來十年中，主要制造商之間的差距會逐步縮小。由此，8英寸晶圓的產(chǎn)量預(yù)計會快速增長，以滿足市場需求和價格競爭，同時通過升級到更高尺寸的晶圓，實現(xiàn)成本節(jié)約。

然而，盡管碳化硅功率器件市場的未來前景廣闊，它的成長之路也充滿挑戰(zhàn)和機遇。這個市場的快速成長得益于全球?qū)μ岣吣苄А⒓夹g(shù)進步、應(yīng)用性能提升以及對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的日益重視。

05

SiC的增長源于對電動汽車需求的持續(xù)激增，為整個價值鏈帶來了豐富的機遇。這項新興技術(shù)正在逐步改變電力電子行業(yè)的面貌，與傳統(tǒng)的硅基設(shè)備相比，具備明顯的優(yōu)勢。

電動汽車的快速普及和碳化硅在這一增長市場中扮演的重要角色，對整個產(chǎn)業(yè)鏈各參與方產(chǎn)生了深遠的影響。對于參與者而言，它們在不斷變化的SiC市場中的定位，需要考慮多種因素。當下的半導(dǎo)體市場更為成熟，對市場動態(tài)具有迅速的響應(yīng)能力。

在此背景下，行業(yè)內(nèi)的企業(yè)均能從對變化的持續(xù)監(jiān)控和策略的靈活調(diào)整中獲益。盡管增長迅猛，SiC市場仍面臨著生產(chǎn)成本高和制造復(fù)雜性的挑戰(zhàn)，限制了其大規(guī)模應(yīng)用的可能性。不過，持續(xù)的創(chuàng)新和研發(fā)投入有利于降低成本和提高設(shè)備的普及率。

供應(yīng)鏈是SiC面臨的另一個挑戰(zhàn)，從器件供應(yīng)到晶圓生產(chǎn)，再到系統(tǒng)集成，這些環(huán)節(jié)中的任何一個都可能因地緣政治或供應(yīng)安全的考慮，需要重新設(shè)計更具適應(yīng)性的采購策略。

機遇的話，隨著數(shù)字化和人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的推進，市場對更高級的電源解決方案的需求不斷增強，而SiC功率器件在其中扮演了關(guān)鍵角色。SiC技術(shù)的持續(xù)進步將對多個行業(yè)產(chǎn)生廣泛影響，塑造電力電子行業(yè)的未來。同時，技術(shù)創(chuàng)新和成本降低將讓SiC技術(shù)更易于普及，并為其在電子市場中的更廣泛應(yīng)用鋪平了道路。