日本半導(dǎo)體制造商羅姆在ROHM Apollo Co．，Ltd．（總部位于日本福岡縣）筑后工廠投建的新廠房于近日完工，并將于本月開始安裝生產(chǎn)設(shè)備，以滿足電動(dòng)車等用途的碳化硅（SiC）電源控制芯片產(chǎn)能。

羅姆相關(guān)負(fù)責(zé)人向蓋世汽車表示，與2019財(cái)年（截至2020年3月31日）相比，預(yù)計(jì)2024財(cái)年（截至2025年3月31日）的羅姆的SiC生產(chǎn)能力將提升5倍以上。而這將使其離2025年拿下全球30％市場(chǎng)份額的目標(biāo)更近一步。

不止羅姆，其他半導(dǎo)體制造商如CREE、ST（意法半導(dǎo)體）、英飛凌以及中國的瀚天天成電子科技等廠商都在今年大舉措擴(kuò)大產(chǎn)能，SiC競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)進(jìn)入白熱化。

但即便如此，由于SiC的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的質(zhì)量不穩(wěn)定存在良率問題、 SiC器件的成本過高等因素，SiC整體市場(chǎng)無法大規(guī)模普及，SiC仍然面臨巨大的產(chǎn)能缺口。

未來一到兩年供需失衡沒有懸念

作為第三代半導(dǎo)體中的代表材料，SiC（碳化硅）是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一，基于SiC的解決方案使系統(tǒng)效率更高、重量更輕，且結(jié)構(gòu)更緊湊。

SiC用在車用逆變器上，在相同功率等級(jí)下，全SiC模塊的封裝尺寸顯著小于硅模塊，同時(shí)也可以使開關(guān)損耗降低75％（芯片溫度為150°C）。在相同封裝下，全SiC模塊具備更高的電流輸出能力，支持逆變器達(dá)到更高功率。

在電動(dòng)汽車中，SiC功率半導(dǎo)體主要用于驅(qū)動(dòng)和控制電機(jī)的逆變器、車載充電器和快速充電樁。特斯拉的Model 3就采用了意法半導(dǎo)體和英飛凌的SiC逆變器，其也是第一家在主逆變器中集成全SiC功率模塊的車企。

目前，已有多家廠商推出了面向HEV／EV等電動(dòng)汽車充電器的SiC功率器件。據(jù)市場(chǎng)研究和戰(zhàn)略咨詢公司YoleDéveloppement（Yole）統(tǒng)計(jì)，這一市場(chǎng)在2023年之前可保持44％的增長(zhǎng)速度。

2020年7月，比亞迪漢上市，比亞迪自主研發(fā)、制造的SiC MOSFET功率器件搭載在漢EV四驅(qū)高性能版上，使其最終其SiC模塊實(shí)現(xiàn)了可達(dá)200KW的輸出功率，提升一倍的功率密度，百公里加速度僅為3．9秒，較之采用IGBT 4．0芯片的全新一代唐EV的4．4秒高于0．5秒。

“目前，電動(dòng)車中的主驅(qū)逆變器仍以IGBT＋硅FRD為主，但考慮到未來電動(dòng)車需要更長(zhǎng)的行駛里程、更短的充電時(shí)間和更高的電池容量，在車用半導(dǎo)體中，SiC一定會(huì)是未來趨勢(shì)。”一位行業(yè)分析人士說道。

研究機(jī)構(gòu)Digitimes？Research預(yù)測(cè)，到2025年，電動(dòng)汽車用碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體將占SiC功率半導(dǎo)體總市場(chǎng)的37％以上，高于2021年的25％。

SiC行業(yè)龍頭Cree預(yù)測(cè)SiC逆變器能夠提升5－10％的續(xù)航，節(jié)省400－800美元的電池成本（80kWh電池、102美元／kWh），與新增200美元的SiC器件成本抵消后，能夠?qū)崿F(xiàn)至少 200美元的單車成本下降。

Cree還表示，預(yù)計(jì)到2022年，SiC在電動(dòng)車用市場(chǎng)空間將快速增長(zhǎng)到24億美元，是2017年車用SiC整體收入（700萬美元）的342倍。而據(jù)羅姆測(cè)算，到2026年，幾乎所有搭載800V動(dòng)力電池的車型采用SiC方案都將更具成本優(yōu)勢(shì)。

甚至有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2025年全球SiC市場(chǎng)將會(huì)增加到60．4億美元，到2028年市場(chǎng)增長(zhǎng)5倍。

但即便如此， SiC目前卻面臨著巨大缺口。

有數(shù)據(jù)顯示，目前全球SiC硅晶圓總年產(chǎn)能約在40～60萬片。

據(jù)了解，特斯拉Model 3逆變器集成了意法半導(dǎo)體的SiC MOSFET的功率模塊，該主逆變器需要24個(gè)電源模塊，每個(gè)電源模塊均基于兩個(gè)碳化硅MOSFET裸片，每輛汽車總共有48個(gè)SiC MOSFET裸片，此外，包括OBC、慢充充電器、快充電樁等，都可以放上SiC。

據(jù)“GaN世界”的報(bào)道，按照這個(gè)估算若循續(xù)漸進(jìn)采用SiC后，平均2輛Tesla的純電動(dòng)車就需要一片6英寸SiC晶圓。2020 年，特斯拉全年共交付新車49．96 萬輛，同比增長(zhǎng)35．87％，離預(yù)定的 50 萬輛的交付目標(biāo)僅差 450 輛。

而果真如Wedbush證券分析師Dan Ives稱，到2022年特斯拉的交付量可能會(huì)達(dá)到100萬輛的話，那么，僅一個(gè)特斯拉就將消耗掉全球SiC硅晶圓總產(chǎn)量。

值得注意的是，作為全球最大的新能源汽車消費(fèi)市場(chǎng)，2020年，中國新能源汽車產(chǎn)銷分別完成136．6萬輛和136．7萬輛，同比分別增長(zhǎng)7．5％和10．9％，增速較上年實(shí)現(xiàn)了由負(fù)轉(zhuǎn)正。中汽協(xié)總工程師許海東表示， 2021年新能源汽車銷量180萬輛，同比增長(zhǎng)40％。新能源汽車的發(fā)展必將促進(jìn)SIC的需求。

此外，有分析指出，未來一到兩年，除了常規(guī)的需求講持續(xù)外，一系列因5G、Wi－Fi 6布局而衍生的新興應(yīng)用也會(huì)持續(xù)拉升相關(guān)SiC元器件需求，供應(yīng)鏈供需失衡態(tài)勢(shì)基本沒有懸念。

力積電董事長(zhǎng)黃崇仁2020年11月在法說會(huì)上指出，目前產(chǎn)能已緊到不可思議，客戶對(duì)產(chǎn)能的需求緊張達(dá)到“恐慌”程度，預(yù)估明年下半年到2022年下半年，邏輯IC、DRAM市場(chǎng)都會(huì)缺貨到無法想像的地步。

白熱化競(jìng)爭(zhēng)中產(chǎn)業(yè)瓶頸待破

因此，在SIC成為大趨勢(shì)之下，在市場(chǎng)供需嚴(yán)重失衡的背景下，幾乎所有半導(dǎo)體公司都在積極布局SiC 的研發(fā)、推廣新產(chǎn)品以及擴(kuò)產(chǎn)。

根據(jù)半導(dǎo)體時(shí)代產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心出具的《2020年中國第三代半導(dǎo)體碳化硅晶片行業(yè)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：2020上半年全球半導(dǎo)體SiC晶片市場(chǎng)份額，美國CREE出貨量占據(jù)全球45％，日本羅姆子公司SiCrystal占據(jù)20％，II－VI占13％；中國企業(yè)天科合達(dá)的市場(chǎng)占有率由2019年3％上升至2020年5．3％，山東天岳占比為2．6％。

為了進(jìn)一步擴(kuò)展碳化硅產(chǎn)品組合，2020年2月底英飛凌發(fā)布了8款CoolSiC？ MOSFET產(chǎn)品。” 同年3月，臺(tái)灣晶圓制造商環(huán)球晶圓（GWC）正式推出150mm碳化硅晶圓產(chǎn)品。10月，英飛凌再次推出采用全新 D2PAK－7L 封裝的 1200V CoolSiC？ MOSFET，導(dǎo)通電阻從 30m？到 350m？；東芝推出適用于高效率電源的新款1200V碳化硅MOSFET——“TW070J120B”。

產(chǎn)能新增方面，2019年5月Cree宣布，將在未來5年內(nèi)，斥資10億美元用于擴(kuò)大SiC碳化硅產(chǎn)能，在公司美國總部北卡羅萊納州達(dá)勒姆市建造一座采用最先進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)化200mm SiC碳化硅生產(chǎn)工廠和一座材料超級(jí)工廠。

意法半導(dǎo)體（ST）也在2020年2月份以1．375億美元現(xiàn)金收購了瑞典SiC晶圓制造商N(yùn)orstel AB，Norstel生產(chǎn)150mmSiC裸晶圓和外延晶圓。意法半導(dǎo)體表示，該交易完成后，它將在全球產(chǎn)能受限的情況下控制部分SiC器件的整個(gè)供應(yīng)鏈。

“中國制造2025”計(jì)劃中也明確提出要大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。據(jù)蓋世汽車不完全統(tǒng)計(jì)，僅2020年，全國至少有10個(gè)碳化硅項(xiàng)目開工或取得進(jìn)展。

其中，天科合達(dá)的第三代半導(dǎo)體碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項(xiàng)目2020年8月在北京市大興區(qū)順利開工，總投資約9．5億元人民幣，新建一條400臺(tái)／套碳化硅單晶生長(zhǎng)爐及其配套切、磨、拋加工設(shè)備的碳化硅襯底生產(chǎn)線，項(xiàng)目計(jì)劃于2022年年初完工投產(chǎn)，建成后可年產(chǎn)碳化硅襯底12萬片。

2020年8月19日，三安光電宣布收購了于2019年投資約5．8億元在福建安溪縣建設(shè)產(chǎn)能3．6萬片碳化硅襯底生產(chǎn)項(xiàng)目的北電新材。2020年11月合肥露笑科技投資100億元建設(shè)的SIC設(shè)備制造、長(zhǎng)晶生產(chǎn)、襯底加工、外延制作等產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)和生產(chǎn)基地開工。

除了產(chǎn)能的因素，制約SiC發(fā)展的還有技術(shù)和成本因素。

瀚天天成電子科技銷售副總裁司馬良亮表示，由于碳化硅的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的質(zhì)量不穩(wěn)定，造成整體市場(chǎng)無法大規(guī)模普及。

安森美半導(dǎo)體寬禁帶產(chǎn)品線經(jīng)理Brandon Becker認(rèn)為，SiC基板的開發(fā)是公司以及其它廠家都在著力解決的最大瓶頸之一。SiC基板與傳統(tǒng)的硅晶錠有很大不同，從設(shè)備、工藝、處理到切割的一切都需要進(jìn)行開發(fā)，以處理碳化硅。

“本來在長(zhǎng)晶的晶種就要求相當(dāng)高的純度、取得的難度大，其次長(zhǎng)晶的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，硅材料長(zhǎng)晶平均只要3天即可長(zhǎng)成一根晶棒，但碳化硅晶棒則需要一周，再者，一般的硅晶棒可以長(zhǎng)200公分的長(zhǎng)，但一根碳化硅的晶棒只能長(zhǎng)出2公分。”上述分析人士說道。

此外，SiC本身屬于硬脆性材料，由其制成的晶圓，在使用傳統(tǒng)的機(jī)械式切割晶圓劃片時(shí)，極易產(chǎn)生崩邊，影響產(chǎn)品良率及可靠性。

據(jù)了解，目前市場(chǎng)上的SIC晶圓絕大部分都是4英寸和6英寸，極少有廠商能生產(chǎn)8英寸SiC晶圓。而上述因素又導(dǎo)致了SiC價(jià)格高昂，且隨著需求增加，SIC的價(jià)格多次上漲，應(yīng)用和推廣難度就更大了。目前，SiC器件的價(jià)格是Si器件價(jià)格的4到5倍。

不過，也有分析認(rèn)為，2022年有望成為碳化硅價(jià)格下降的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。碳化硅器件價(jià)值鏈可分為襯底——外延——晶圓——器件，其中襯底所占的成本最高為50％，外延片是25％，器件晶圓生產(chǎn)環(huán)節(jié)20％，封裝測(cè)試環(huán)節(jié)5％。

海通證券預(yù)測(cè)，因?yàn)橹髁骱廊A汽車品牌開始量產(chǎn)采用碳化硅方案的車型，這將大幅提升Cree等襯底廠商8英寸線的產(chǎn)能利用率，到2025年碳化硅器件價(jià)格有望下降到當(dāng)前水平的1／4－1／3，此外，碳化硅有望提高3％－5％的碳化硅逆變器效率，從而降低電池成本，碳化硅的經(jīng)濟(jì)性和性能優(yōu)勢(shì)將充分顯現(xiàn)。

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