电子设备展|第三代半导体争夺战开启，国内外供应商竞争正烈
第三代半导体在功率元件领域的应用正持续增长，特别是在绿色能源、800V电动车动力系统、高压快速充电站、消费电子适配器、数据中心和通信基站电源等快速发展的领域，这些需求推动了碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率半导体的市场增长。
据第三代半导体产业技术创新战略联盟的数据，2023年全球SiC/GaN功率电子市场规模达到约30.7亿美元，其中纯电动和混合动力汽车（EV/HEV）市场占比约70%，成为市场增长的主要动力。Yole预计，在消费电子、数据中心和新能源汽车的推动下，到2029年全球GaN市场规模将达到22亿美元，未来五年的复合增长率为29%；而SiC市场规模在2029年将达到100亿美元，受到工业和汽车应用的推动。
电子设备展了解到，在芯片和器件制造领域，国际龙头企业如意法半导体（ST）、英飞凌（Infineon）、Wolfspeed、安森美（onsemi）和罗姆（ROHM）的SiC器件业绩同比增长超过50%。这些企业设定了到2030年实现SiC功率电子市占率30%-40%的目标，并在2023年财报中显示，五大龙头企业的市占率达到82%，显示出产业的高度集中。
中国市场方面，2023年中国SiC/GaN功率器件模组市场规模约为153.2亿元人民币，同比增长45%。第三代半导体在功率电子领域的渗透率超过12%，进入高速增长阶段。新能源汽车（包括充电基础设施）是第三代半导体功率电子最大的应用领域，市场占比70.67%，其次是消费类电源和功率因数校正（PFC），分别占比11.16%和5.78%。
碳化硅（SiC）作为半导体材料，以其优异的性能在功率转换和控制领域得到应用。 电子设备展了解到，SiC在自然界中极为罕见，最早在46亿年前的陨石中被发现，因此被称为“经历46亿年时光之旅的半导体材料”。SiC最初应用于光伏储能逆变器、数据中心服务器UPS电源和智能电网充电站等高转换效率领域，后来发现其也非常适合制造大功率汽车电子器件，如车载充电器、降压转换器和主驱逆变器。
特斯拉（Tesla）在Model 3/Model Y主驱逆变器中采用SiC器件后，SiC的市场影响力迅速扩大，xEV汽车市场成为SiC市场增长的新动力。比亚迪高端车型“汉”也搭载了SiC器件，并预计到2024年将在旗下电动车中全面替代硅基IGBT器件，提升整车性能10%。
然而，晶圆供应短缺一直是SiC产业发展的瓶颈。面对市场需求的增长，包括晶圆厂在内的多家企业已扩大投资以支持供应链建设。安森美（onsemi）在2021年收购SiC晶圆衬底供应商GTAT，并与科锐（CREE）签署多年期供应协议。2022年，安森美在美国新罕布什尔州哈德逊的SiC工厂落成，产能同比增加五倍；并在捷克共和国Roznov的SiC工厂扩建，预计两年内产能提高16倍。
电子设备展了解到，英飞凌（Infineon）在奥地利菲拉赫启动300毫米薄晶圆功率半导体芯片工厂，并在马来西亚居林工厂建造第三个厂区生产SiC和GaN功率半导体产品。2023年，英飞凌与Resonac Corporation签署SiC多年期供应和合作协议，未来十年将由Resonac供给一定比例的SiC材料。
意法半导体（ST）宣布在意大利卡塔尼亚建立8英寸SiC功率器件和模块制造基地，总投资额约50亿欧元，预计2026年运营投产，2033年前达到全部产能，晶圆产量可达1.5万片/周。
罗姆（ROHM）计划在2021-2025年为SiC业务投入1,700-2,200亿日元，预计到2025年SiC产能提升6倍，到2030年提升25倍。
2023年全球公开披露的SiC相关扩产项目达121起，总投资金额高达260亿美元，其中中国占97起。天岳先进将上海临港工厂6英寸SiC衬底生产规模扩大至每年96万片；三安光电与ST合资，在重庆投资建设8英寸SiC外延与芯片代工厂，并单独投资建设8英寸SiC衬底工厂。
SiC功率器件价格约为同规格Si功率器件价格的4倍，衬底占总成本约40%。业界将8英寸作为降低成本和稳定供应的主要手段。尽管2023年全球有超过11家企业宣布8英寸SiC材料扩产计划，但8英寸SiC衬底出货量仅占2%，规模量产仍在推进中。
行业生产以6英寸为主，SiC从6英寸向8英寸过渡的难点包括扩径生长、温场控制、晶体切磨抛以及晶圆加工的一致性、稳定性、良率等挑战。随着这些问题的逐步解决，8英寸规模量产将降低SiC功率电子器件成本，推动市场应用。
集邦咨询统计显示，中国有10家企业和机构在研发8英寸衬底，包括烁科晶体、晶盛机电、天岳先进等。国际大厂如Wolfspeed、ROHM、英飞凌、ST等已迈入8英寸生产，量产节点提前至今年。
SiC转向8英寸的市场动力还包括市场竞争加剧和产能过剩的担忧。CASA Research预测，到2027年中国宣布的SiC衬底产能将占全球产能40%以上。中国6英寸碳化硅衬底价格比国际供应商低30%，而全球电动汽车市场需求疲软，碳化硅需求缩减，供应厂商为抢夺订单而降低价格。部分企业如意法半导体、英飞凌、罗姆、Wolfspeed、安森美和X-fab等调低了碳化硅的营收增长目标。
文章来源：化合物半导体洞察