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剩下的机会不多了,SiC产业窗口期正在关闭

2019-07-24 11:21
Ai芯天下
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随着市场发展,碳化硅在能源、基础设备,汽车、工业等设备领域应用广泛。2014年,碳化硅还是一个不到百万美金的市场,2019年已经接近800百万美金,未来还会以更快的增长速度发展。然而,面对不断旺盛的需求和目前产业条件,想要突出重围的难度愈发困难,对于国内企业来说,红利显著但机会不多。

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SiC产业窗口期正在关闭

碳化硅为第三代半导体的主要代表之一,拥有禁带宽度大、器件极限工作温度高、临界击穿电场强度大、热导率等显著的性能优势,在电动汽车、电源、军工、航天等领域备受欢迎,为众多产业发展打开了全新的应用可能性,被行业寄予厚望,但目前全球碳化硅市场基本被在国外企业所垄断。

从国际产业动态来看,特斯拉Model3全面应用意法半导体的碳化硅器件,德国英飞凌正式提出收购意法半导体的要约,国际主流器件厂商纷纷与美国科锐锁定长期碳化硅晶圆供货协议,这些动态已经足以警醒中国功率器件产业,碳化硅产业已经成熟,而且中国企业进入碳化硅产业的窗口期正在关闭。

未来五年,全球碳化硅功率器件的产值将会由2018年的40亿元向100亿元突破,届时中国如果还没有一家企业拥有5亿元市场的销售业绩(约5%的市场占有率),那么意味着中国企业将再次在功率器件产业上落伍,至少要再次承受15年、一整代人的落后。

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国内SiC产业优劣并存

中国碳化硅产能、消费量全球第一,但产能利用率低。同时也是碳化硅最大的生产国和消费国,目前大约有200多家生产企业从事碳化硅冶炼。

2016年全球碳化硅的产能在310万吨左右,其中中国碳化硅产能为230万吨左右,占据全球75%左右的份额。除了中国以外,世界上主要的碳化硅生产地集中在美国、俄罗斯、德国、荷兰、日本等国。

此外,中国也是碳化硅最大的消费国。2016年,中国的消费量达到了65万吨左右,占据全球50%左右的消费市场份额。

然而,由于我国碳化硅行业产能过剩严重,导致行业产能利用率低,多数企业的开工率不足5成。具体为黑碳化硅约为60%,绿碳化硅为30%,综合开工率为50%。产能的严重过剩,导致行业竞争加剧,企业整体只能维持微利。

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球各大厂商展开布局

由于SiC具有高耐压、低损耗、高效率等特性,可以让功率器件突破硅的限制,带来更好的导电性和电力性能。这些特性的提高,正与目前市场上热门的汽车电子、工业自动化以及新能源等领域的需求相契合,因而各大厂商纷纷在SiC上展开了布局。

根据Yole于2018年发布的《功率碳化硅(SiC)材料、器件和应用》报告预测,到2023年SiC功率市场总值将超过14亿美元,2017年至2023年的复合年增长率(CAGR)将达到29%。

目前,SiC功率市场仍然主要受功率因数校正(PFC)和光伏(PV)应用中使用的二极管驱动。预计五年内,驱动SiC器件市场增长的主要因素将是晶体管,该细分市场在2017—2023年期间的复合年增长率将达到惊人的50%。

从产业链角度看,SiC包括单晶衬底、外延片、器件设计、器件制造等环节,但目前全球碳化硅市场基本被在国外企业所垄断。其中,尤以美国、欧洲、日本为大。美国居于领导地位,占有全球SiC产量的70%—80%;欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链;日本则是设备和模块开发方面的绝对领先者。

在全球市场中,单晶衬底企业主要有cree、dowcorning、sicrystal、ii-vi、新日铁住金、norstel等,外延片企业主要有dowcorning、ii-vi、norstel、cree、罗姆、三菱电机、infineon等,器件方面,全球大部分市场份额被infineon、cree、罗姆、意法半导体等少数企业瓜分。

由于碳化硅产业环节如芯片性能与材料、结构设计、制造工艺之间的关联性较强,不少企业仍选择采用idm模式,如罗姆和cree均覆盖了碳化硅衬底、外延片、器件、模组全产业链环节,其中cree占据衬底市场约40%份额、器件市场约23%份额。

如今SiC器件在国内光伏逆变器、车载充电器、充电桩等领域虽已开始应用,但国内市场上大部分碳化硅功率器件依赖进口,主要为cree、infineon、罗姆等占有。

不过,近年来国内已初步建立起相对完整的碳化硅产业链体系,包括有idm厂商中车时代电气、世纪金光、泰科天润、扬杰电子等,单晶衬底企业山东天岳、天科合达、同光晶体等,外延片企业天域半导体、瀚天天成等,部分厂商已取得阶段性进展。

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我国SiC产业努力结束垄断

在半导体对外投资受阻情况下,国内自主创新发展是必由之路。2018年,在政策和资金的双重支持下,国内第三代半导体领域新增3条SiC产线。

生产模式上,大陆在第三代半导体电力电子器件领域形成了从衬底到模组完整的产业链体系,器件制造方面以IDM模式为主,且正在形成“设计—制造—封测”的分工体系;大陆代工产线总体尚在建设中,尚未形成稳定批量生产。

区域方面,我国第三代半导体产业发展初步形成了京津冀、长三角、珠三角、闽三角、中西部5大重点发展区域,其中,长三角集聚效应凸显,占从2015年下半年至2018年底投资总额的64%。此外,北京、深圳、厦门、泉州、苏州等代表性城市正在加紧部署、多措并举、有序推进。

总体而言,我国第三代半导体技术和产业都取得较好进展,但在材料指标、器件性能等方面与国外先进水平仍存在一定差距,市场继续被国际巨头占据,国产化需求迫切。

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我国从2014年碳化硅二极管就已经实现了量产,但事实上,还没有形成完整的产业,与外国产业规模差距大,国内市场上大部分碳化硅功率器件依赖进口,形成国际大厂垄断局面。

单晶衬底方面,中科钢研打造全国最大的碳化硅晶体衬底片生产基地,我国将有望摆脱碳化硅半导体衬底片依赖进口的尴尬局面。

外延片方面,瀚天天成将在明年上半年逐步释放新产能,实现每年30万片的产能目标。

器件方面,泰科天润已建成国内第一条碳化硅器件生产线。基本半导体自主研发的650 -1700V 3D SiC 系列 SiC JBS已火热上市。

结尾:

目前整个碳化硅产业尚未进入成熟期,但国际厂商已实现多个环节规模量产技术瓶颈的突破,并已摩拳擦掌、即将掀起一场大战,而国内碳化硅产业仍处于起步阶段,与国际水平仍存在差距,摆在国内企业面前的是可观的前景以及突围的难度。

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