SiC依然是市场的宠儿。无论是采埃孚和Wolfspeed计划在纽伦堡地区建立SiC技术研究中心，还是英飞凌与中国厂商签订供货协议，厂商们对这种半导体新材料的热情有增无减。

根据Yole的预测，SiC功率器件将很快占据整个功率器件市场的30%，到2027年，SiC行业（从衬底到模块，包括器件）的产值有望超过60亿美元。

各大半导体厂商试图以不同角度切入这个市场，但是几年内的市场表现证明，只有完全掌握供应链才能获得高额附加值，因此IDM模式正变成产业发展的最重要趋势。

IDM模式一枝独秀

车规级SiC出货量突破一亿的意法半导体（ST），2022年的SiC产能比2020年增长了2.5倍以上，就是得益于其坚定执行的垂直整合战略。并且，ST希望在2024年实现40%以上SiC衬底的内部供应目标。

ST围绕这个战略制定非常详细的计划，具体分为四步走：首先，2019年第四季度完成对Norstel AB 公司（现更名为ST SiC AB）的收购；第二，在2020年第一季度首次内部供应6英寸衬底；第三，2021年第三季度推出首批8英寸晶圆样品，预计2024年前量产；第四，规划建设新厂，目标到2024年实现内部采购比例超40%。

意法半导体执行副总裁、中国区总裁曹志平认为，对于像SiC这样的新技术，尽可能多地控制整个制造链非常重要，包括SiC衬底、前工序晶圆制造、后工序封测和定制SiC功率模块。

与逻辑芯片厂商不同，功率半导体行业一直是以IDM为主。IDM 模式使得设计与制造环节协同优化，缩短产品开发时间，并有利于有利于积累制造经验，形成技术优势。

以SiC制造为例，若IDM厂商在元件端面临问题，可依循路径找出上游衬底或磊晶环节出了错，加快制程品质的改善，也能有效控制整体成本；若是只做SiC衬底或磊晶的厂商，则需要客户愿意提供回馈，补足晶圆制造的信息缺口，才能加速推进材料端发展。

曹志平指出，ST将衬底整合到制造链，不仅是为了控制成本和产量，还是为了获得更好的良率，使得制造业务具有更大的灵活性，能更好地跟随市场需求。

对衬底和外延片厂商Norstel AB的收购是ST进入了SiC供应链最上游的关键，真正拥有了完整的SiC制造链。其他在SiC市场排名靠前的厂商，也都以相似的路径来进行制造能力的补全。比如，安森美在2021年以4.15亿美元收购衬底厂商GT Advanced Technologies，该厂商曾于2019年推出CrystX SiC材料，随后便与环球晶、安森美和英飞凌达成长期供应协定。很早就在SiC领域进行研究的罗姆，也是在2009年就收购了SiC衬底供应商SiCrystal，使其在全球SiC衬底供应榜上位列前三。

拥有衬底制造能力将是走向IDM模式的关键一环，因为SiC衬底在最终的器件中成本占比最高，且为关乎产品品质的关键。据统计，在SiC器件的平均成本中，SiC衬底的占比为46%。

而且，SiC衬底也是整个产业链中技术壁垒最高的环节。SiC衬底生产需要高度专业化和技术复杂的生产流程，涉及到多个步骤，包括材料制备、衬底切割和抛光等。整个生产流程需要严格控制各个环节的参数和工艺，确保衬底质量的稳定性和一致性。同时，衬底生产的技术难度和成本也很高，这也使得衬底生产在整个SiC价值链中具有相当高的附加值。掌握衬底制造能力，就在产业中拥有了更大的话语权。

其他行业往往是下游利润更高，但是SiC衬底是整个产业链中技术门槛较高的一环，即使良率在未来有提升，超额利润也多半给衬底厂商赚走，再加上衬底对整个供应链安全至关重要，因此才使得各大厂商纷纷在此押注。

电动汽车加速渗透，SiC 需求超百万片

新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括：电机驱动系统、车载充电 系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩。碳化硅器件应用于电机 驱动系统中的主逆变器、车载充电系统和电源转换系统，能够有效降低开关损耗、提高极 限工作温度、提升系统效率。2020 年，特斯拉 Model3 以及比亚迪汉已经采用碳化硅功率 模块，特斯拉 Model 3 是第一个集成全 SiC 功率模块的车企，主要采购意法半导体的 650V 碳化硅功率器件，特斯拉逆变器由 24 个 1-in-1 功率模块组成。预计随着成本下降，未来 越来越多的电动汽车将采用碳化硅模块。

对比 Si IGBT 和 SiC MOSFET 在电动车领域的应用，相同规格的碳化硅基 MOSFET 较硅基 IGBT 的功率损耗降低了 70%以上，效率提升了 1-3%。此外，SiC 器件的工作结 温在 200℃以上，工作频率在 100kHz 以上，耐压可达 20kV，这些性能都优于传统硅器件； 碳化硅器件体积可减小到 IGBT 整机的 1/3-1/5，重量可减小到 40-60%。随着新能源汽车 的发展，对功率器件需求量日益增加，成为功率半导体器件新的增长点。

制约碳化硅器件替代速度的主要原因是成本，然而碳化硅器件与传统硅基器件差价正 在持续缩小。SiC SBD 产品价格由 2017 年的 4.1 元/A 下降到了 2020 年的 1.58 元/A，与 硅基器件的差价在 3.8 倍左右。从 2019 年到 2020 年，1200V 和 1700V 的 SiC MOSFET 的平均价格跌幅达到 30%-40%，有助于加速碳化硅 MOS 器件的市场渗透。

碳化硅器件的优良性能加速碳化硅在电动车功率模块领域的渗透。碳化硅功率器件应 用于电机驱动系统中的主逆变器，能够显著降低电力电子系统的体积、重量和成本，提高 功率密度。相比 Si 基 IGBT 器件，主逆变器搭载 SiC 基 MOSFET 之后，提升系统的效率， 节电 5%-10%，至少 5000 元的节省空间。特斯拉的 Model3 的主逆变器采用了共 48 颗SiC MOSFET，总成本约为 5000 元，相较于 Si IGBT 单车功率半导体价值为 3000 元对 比，仅节电角度考虑，碳化硅功率器件带来至少 2000 元的节省空间。 此外，Wolfspeed 测算，在 11kW OBC 系统中，相较于硅基功率半导体方案，碳化 硅基 OBC 的成本更低，可带来约 435 美元的节约。2018 年全球已有超过 20 家的汽车厂 商在 OBC 中使用了 SiC 肖特基二极管或 SiC MOSFET。

SiC 在新能源车领域渗透率及用量持续提升，预计 2025 年国内新能源车需要的 SiC 晶圆片数量将达 118 万片左右。新能源汽车领域，2021 年使用碳化硅 MOSFET 的车型主 要为特斯拉 Model 3 和比亚迪汉，根据电动汽车销量跟踪机构 CleanTechnica 数据，2021 年 Model 3 和比亚迪汉市场份额占比约 9%，即 2021 年电动车的碳化硅 MOSFET 渗透率 约 9%，我们预计渗透率未来以每年 3%的速度增长，到 2025 年约为 21%。Model 3 主逆 变器电力模块使用共 48 颗 SiC MOSFET，加上车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车 载 DC/DC），我们估算一辆车所用 SiC 芯片数量在 60 颗以上，一片 6 寸 SiC 对应 4-5 台 电动汽车所需的 MOSFET，即 2021 年每辆电动车所需要的 SiC 晶片数量约 0.24 片。未 来，一方面随着双电机电动车占比增加，对 SiC 需求量仍有提升空间；一方面，特斯拉提 出在新一代产品上减少 SiC 器件用量，可能在远期对新车型上 SiC 用量有影响，现有车型 影响不大。以三年维度看，我们假设该数字将以每年 0.03 的数额缓慢增加。我们预测，到 2025 年国内新能源车需要的 SiC 晶圆片数量将达 117.94 万片。

功率半导体的机会

功率半导体包括功率半导体分立器件（含模块）以及功率 IC等。其中，功率半导体分立器件，按照器件结构划分，可分为二极管、晶闸管和晶体管等。

据中商产业研究院数据，功率半导体分立器件中，以 MOSFET和IGBT为代表的晶体管占比最大，约 28.8%。

据 Yole 数据预测，至 2025 年，全球功率半导体分立器件和模块的市场规模将分别达到76亿美元和113亿美元。据中国产业信息网数据，2023年中国大陆地区IGBT市场规模预计达到290.8亿元，同比增长11.6%。据中国半导体器件行业现状深度分析与未来投资预测报告数据，2023年中国大陆地区 MOSFET市场规模将达到396.2亿元（56.6亿美元，人民币兑美元汇率按照7 计算），同比增长4.8%。

以MOSFET为例，据Yole预测，到2026年，全球 MOSFET（包括分立器件和模块）市场总规模预计将达到 94.8 亿美元，复合增长率达 3.8%（2020 年至 2026年）。

MOSFET 汽车应用（电动汽车和汽车充电桩）占比居首位，高达 33%，其中电动汽车和充电桩分别占比 25%和 8%。从耐压范围看，到 2026 年，低压 MOSFET（0-40V）占总需求的 39%，中压（41V-400V）占 26%，高压（大于等于 600V）广泛应用在 220V 系统中，占总需求的 35%。同时，SiC MOSFET 和 GaN MOSFET市场渗透率在逐步提高。

2020 年以来，电动汽车、汽车充电桩和光伏逆变器可谓拉动功率半导体增长的三驾马车。

电动汽车：电动汽车进一步渗透终端消费市场，带动功率器件和模块需求快速增长。特别是 MOSFET 和 IGBT（包括单管及模组）的增长较为显著。据贝壳投研数据，2021年中国车规级 IGBT 市场规模为47.8亿元，预计到2025年，其将达到151.6亿元。据芯谋研究数据，2021年和2025年中国车规MOSFET的市场规模分别为73.5亿元（10.5亿美元，汇率按7计算）和122.5亿元（预测数据，17.5亿美元，汇率按7计算）。

充电桩：受益于新能源汽车快速增长，与之配套的充电桩市场亦呈现快速发展态势。据亿渡数据预测，至2026年，中国充电设施市场规模将达2870.2亿元，2022 年到2026年复合增长率高达37.83%。从直流充电桩相关零部件分解可以看出，充电机是充电桩的最核心部件，成本占充电桩的 50%以上，而功率半导体是充电机的最核心组成部分，成本占充电机的一半以上。

光伏：据中国光伏行业协会数据，至2025年，中国新增光伏装机保守预测为90GW，同比增长10%。据未来智库数据预测，2025年中国光伏逆变器市场规模达196亿元。

逆变器是光伏系统的心脏，中高压MOSFET、IGBT及碳化硅等功率器件是光伏逆变器的核心，其决定着光伏逆变器的性能高低，进而直接影响光伏系统的稳定性、发电效率以及使用寿命。据中商产业研究院数据，光伏逆变器主要由机械件、电感和半导体器件构成，分别占比 27.6%、14.2%、11.8%。

综上，在电动汽车、充电桩以及光伏逆变器等多轮驱动下，功率器件有望稳健增长，为千亿赛道奠定坚实路基。

文章来源： 集微网，未来智库，宽禁带联盟