2022年SiC市场产值5.5亿美元,国产仍需努力

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近年来讨论热烈的碳化硅(Silicon Carbide, SiC)材料,由于其耐高温、切换速度快、可小型化的好处,未来各种半导体应用都将会往SiC材料发展。SiC的特性也能大幅提升电动车电源控制元件的效能,因此该材料导入电动车电源控制已然成为未来趋势,约在2025年可已开始看见相关应用开始导入平价电动车款。

SiC能够承受摄氏175度以上高温环境,比传统硅材料的摄氏150度还要耐高温环境,因此将非常适合应用于电动车逆变器之中。英飞凌电源管理及多元电子事业处首席工程师林志宏指出,但由于使用SiC材料的逆变器成本较高,因此将会由高阶汽车优先导入。在小型的平价车款应用中目前依然是以硅材料为主流,大约将在2025年之后才能看到SiC材料元件在电动车上有较为广泛的应用。

英飞凌汽车半导体业务事业处大中华区经理杨雅惠指出,目前使用SiC材料的电源控制器已在工业上有许多应用,然而因为车用控制器的技术门槛更高,因此英飞凌将先由工业应用切入,再带入车用领域。

电动车的产量提升带动了各种半导体的应用增加。传统燃油车中的半导体应用非常少,多是以电动座椅、影音装置、车灯控制等等车体控制的元件为主,而在电动车应用之中,除了原本车用的车体控制半导体元件之外,更多了电力电子控制的相关需求,电源控制器的需求也随之增加。杨雅惠指出,由于电源控制器单价较高,所带动的营业额成长也将相当可观,因此车用控制器将会是英飞凌未来非常重视的业务领域。

根据市场调研公司IHS Markit最新预测,至2020年中国生产的插电式混合动力和纯电动汽车产量将达到200万辆,2024年将达到430万辆,约占全球预期总需求量的45%。根据中国汽车工业协会的统计,2017年中国生产的插电式混合动力和纯电动汽车产量为79.4万辆。

2022年SiC市场产值5.5亿美元,国产仍需努力

据YOLE预测,到2020年全球SIC应用市场规模达到5亿美元,而到2022年全球SiC市场将会进一步翻一番达到10亿美元的规模。其中2016年到2020年年复合增长率(CAGR)将达到28%,而随着整体市场的加快发展,2020年到2022年这两年间的CAGR将会猛增到40%。

同时,电动汽车(EV/HEV)以及轨道交通(Rail)等领域的应用从2017年开始逐步扩大应用占比,其他领域应用保持稳定增长态势。目前,全球有超过30家公司在电力电子领域拥有SiC相关产品的生产、设计、制造和销售能力。

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国外器件系统研发,其中低功率器件已经产品化。目前国际上推出SiC芯片和模块的公司包括Cree,英飞凌,罗姆,意法半导体(STMicroelectronics)等;英飞凌公司最早在2001年推出SiC肖特基二极管,Rohm公司最早在2010年推出SiC MOSFET产品。当前,国外SiC衬底制造技术已经达到8英寸的水平。

单晶衬底方面,主要企业有天科合达,山东天岳,目前天科合达已有6寸SiC单晶衬底产品;

外延生长方面,主要企业和科研机构有厦门瀚天天成、广东东莞天域,可量产600~1700V级别的外延片,可定制厚度至100μm的外延层,以及P型掺杂的SiC外延层;

器件研制方面,主要企业和科研机构有中科院微电子所、中车时代电气、中电55所、13所、电子科技大学,西安电子科技大学、浙江大学、国网、泰科天润等,泰科天润已实现600~1200V/1~50A肖特基二极管产业化,另有1700V和3300V电压等级产品;

模块应用方面,主要企业和科研机构有中车、中科院电工所等。

总体来讲,全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大,全球SiC产量的70%~80%来自美国公司;欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链;日本是设备和模块开发方面的绝对领先者。

我国LED方面处于国际先进水平,但在三代半的电力电子和微波射频领域是短板。未来,产业的发展可以围绕这三个方向努力:1)集中优势资源扶持龙头企业和研究机构;2)公共研发平台共同攻克基础技术;3)借助行业协会的力量,先行规划产业发展线路。
 

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