在世界各國針對脫碳、可再生能源需求不斷增加以及提高電源效率的背景下，功率半導體市場持續增長，據Yole Group報告顯示，2022年全球功率半導體市場規模達到209億美元，2022年至2028年將以8.1%的復合年增長率（CAGR）增長，意味著到2028年將達到333億美元。

中國是全球最大的功率半導體消費國，近年來在碳達峰、碳中和發展規劃等政策驅動以及產業投資增加多重因素推動下，功率半導體產業鏈日漸完善，下游應用市場加速拓展，特別是新能源汽車、光伏、儲能等新興產業的崛起，成為拉動功率半導體持續增長的新引擎，未來市場前景十分廣闊。

在功率半導體市場，IGBT是主要代表器件，占據了絕大部分市場，雖有說法基于硅基的IGBT正在達到其性能極限，潛力愈來愈小，但短時間來看其地位依舊不可動搖，一方面是技術仍在突破，目前主流迭代的技術是第七代，但實際第八代技術也已開發完成，只是尚未大規模推廣市場；另一方面則是還有汽車、光伏、儲能以及新興消費電子等領域，對IGBT的應用需求在持續增長，可以說IGBT的整體潛力還有較大的挖掘空間。

此外，則是以第三代半導體材料碳化硅為代表的寬禁帶功率半導體器件，正憑借其耐高壓高溫、低導通電阻、低能量損耗等優異性能，開始廣泛應用于大功率電力電子場景，特別是在新能源汽車上正快速滲透，呈現爆發式的增長態勢，是功率半導體市場未來增長的主要動力。

不久前，由艾邦智造主辦的第二屆功率半導體 IGBT/SiC 產業論壇在深圳順利舉行，圍繞功率半導體行業的各方面問題，多家產業鏈企業及科研院所在會上發表了自己的見解，本文參考各嘉賓的演講內容，對目前IGBT、SiC等產業發展狀況進行深入探討，助力功率半導體行業的健康持續發展。

新能源市場需求旺盛，IGBT發展空間依然廣闊

IGBT作為一種新型功率半導體器件，是電力電子行業的核心元器件，其能夠根據工業裝置中信號指令來調節電路中電壓、電流、頻率、相位等，以實現精準調控的目的，因此被稱為電力電子行業里的“CPU”，被廣泛應用于新能源汽車、工業控制、白色家電、新能源發電、軌道交通等領域。

自問世以來，IGBT技術不斷迭代，路徑方向主要是降低導通損耗、降低開關損耗以及提高在更大電壓、電流、溫度范圍內穩定工作的能力，其縱向結構、柵極結構以及硅片加工工藝等方面也在持續升級改進，到如今已經歷了七次大型技術演變，從核心指標來看，功率密度至少提高了3倍，能耗也降低到了剛開始的1/3。

另外，如英飛凌等國外巨頭還完成了第八代IGBT技術的開發，據了解，1200V整流器第8代IGBT采用IR最新一代有溝槽柵、場終止技術以及工業標準TO-24封裝，能提供軟關斷特性，盡量減小dv/dt來降低EMI和過電壓，提高了可靠性和耐用性，擁有同類型最佳性能；國內企業也有相關的技術儲備，如林眾電子表示，其第八代IGBT正在預演，明年或可面世。

不過新技術能出來不代表就能適用，就像IGBT雖然經過了多次迭代，但目前應用最廣泛的依然是第四代產品，就用戶而言，自然希望IGBT有更高的功率密度、更低的損耗，還有更小的體積等等，然而這些需求根本是相互矛盾的，技術迭代確實是沿著這一理想狀態前進，在實際應用中，卻要在真實需求、價格成本、產業供應等方面覓得平衡，這也是新一代IGBT尚未推廣的主要原因，但從另一個角度來看的話，也意味著IGBT還有較大的潛力沒有被完全挖掘。

電動汽車及光伏是IGBT主要增量市場

目前市場上IGBT依然處于供不應求的狀態，這一輪IGBT需求的高漲，主要是靠電動汽車、光伏儲能等行業的帶動，在消費電子應用市場尚未回暖的當下，只有這些新興領域需求保持旺盛。

電動汽車將是未來IGBT應用的最大市場，IGBT主要應用于電機驅動的主逆變器、充電相關的車載充電器（OBC）與直流電壓轉換器（DC/DC），另外還在一些輔逆變器中完成小功率DC-AC轉換。據了解，一輛電動汽車使用的IGBT數量高達上百顆，是傳統燃油車的七到十倍，能占到整車成本的7%-10%。

據中國汽車協會數據，2022年中國新能源汽車銷量達688.7萬輛，同比增長 95.60%，預計2023年銷量將超過850萬，而整車預計是2700萬，占比已超過30%，以目前IGBT新能源汽車單車價值量1900元計算，今年我國新能源汽車IGBT市場規模可達161.5億元，可以預見，未來幾年我國新能源車市場將繼續保持高景氣度，預計到2025年，IGBT市場規模可翻一倍，達到320億元。

IGBT是光伏逆變器、儲能變流器的核心半導體部件，對電能起到整流、逆變等作用，以實現新能源發電的交流并網、儲能電池的充放電等功能。其中光伏逆變器是主要應用場景，光伏IGBT占到逆變器成本的10%-15%，基本發電并網的需求，光伏IGBT對可靠性的要求非常高，光伏電池板發出的電能要輸入到電網中，需要最大化的發揮出IGBT模塊的性能以保持電網的穩定性。

光伏也將是IGBT的第二大增量市場，根據國家能源局數據，2023年前三季度，全國光伏新增裝機12894萬千瓦，同比增長145%，遠超過去年全年，以0.16元/W價格來計算的話，光伏逆變器IGBT市場規模已達20.63億元，未來隨著光伏裝機量的增長，對IGBT的需求也將繼續攀升，另外，光伏逆變器中IGBT等電子元器件使用年限一般為10-15年，而光伏組件的運營周期是25年，意味著在生命周期內至少要更換一次，這也進一步擴大了IGBT在光伏上的使用量。

受益于新能源汽車和新能源發電的需求大幅增加，中國IGBT市場規模將持續增長，據東海證券報告，到2026年，中國IGBT市場規模有望達到685.78億人民幣，年復合增長率達21.48%，從下游占比來看，2026年預計新能源汽車、工業控制、變頻白電、新能源發電、軌道交通分別為60%、18%、15%、6%以及 1%，工業控制與變頻白電市場雖大，但已然發展成熟，成長空間有限，而軌道交通則市場太小影響有限。

國產IGBT產能快速上漲，自給率已達三成

目前全球IGBT市場的集中度較高，海外廠商英飛凌、富士電機、三菱共占據了超過50%的市場份額，根據Omdia數據，2021年全球IGBT單管市場中，中國大陸企業只有士蘭微以4%的市場份額進入前十；在模塊市場，則有斯達半導和中車時代進入前十大廠商，分別占據3%和2%的市場。

這主要是國內企業起步較晚，幾大廠商基本在2000年左右進入IGBT賽道，而IGBT擁有較高的技術壁壘，芯片設計、晶圓制造、封測與模塊設計三大主要環節都各有難點，想要突破并不容易，國內廠商也基本集中在中低壓領域，只有時代電氣和斯達半導有高壓3300V及以上的產品應用。

近年來國內廠商也在加快IGBT的技術迭代，同時積極擴張產能，據中商產業研究院預計，2023年中國IGBT產量有望快速增長達到3624萬只，自給率將達到32.90%，已逐步突破產能受限問題。

下游應用市場也從消費電子拓展到工控，并瞄準光伏需求，包括斯達半導、比亞迪半導體、新潔能等都已實現了在光伏領域的批量供貨，車規級IGBT則由于認證周期長暫時沒有太大進展，綜合來看，國內廠商基于本土優勢，售價較海外可降低20%左右，擁有價格優勢，如今在產能不缺的情況下，將進入加快國產替代的增長階段。

碳化硅市場產銷增長，注意供需結構性失衡

隨著市場對高頻、大功率電力電子需求的快速增長，硅基半導體器件的物理極限瓶頸逐漸凸顯，由此以碳化硅（SiC）為代表的第三代半導體材料逐漸走向產業化。從材料性能來看，碳化硅擁有3倍于硅材料的禁帶寬度、10倍的臨界擊穿電場強度、3倍的熱導率，因此碳化硅功率器件適合于高頻、高壓、高溫等應用場合，有助于提高電力電子系統的效率和功率密度。

目前SiC二極管以及 SiC MOSFET已逐步走向市場，有了較為成熟的產品，其中SiC二極管因為不存在反向恢復電荷的優點，在一些領域開始替代硅基二極管得到廣泛應用；SiC MOSFET也逐漸應用于汽車、儲能、充電樁、光伏等領域；在汽車應用領域，模塊化趨勢越發凸顯，SiC的優越性能需要依靠先進的封裝工藝來實現，技術上以相對成熟的殼封為主流，未來或向塑封發展，其定制化開發的特性更適合SiC模塊。

碳化硅價格下降速度或超想象

碳化硅器件的應用主要受到成本高昂的限制，同一級別下SiC MOSFET的價格比Si基IGBT高4倍，這是因為碳化硅的工藝復雜，其中單晶與外延的生長不僅對環境要求苛刻，而且生長速度慢，單晶加工成襯底又要經過切拋磨環節，基于自身材料特性和加工技術不成熟，國內襯底的良率還不到50%，種種因素導致襯底、外延價格居高不下。

然而碳化硅器件與硅基器件的成本構成又截然相反，前道的襯底、外延成本分別占整個器件的47%、23%，合計約70%，后道的器件設計、制造、封測環節僅占30%，硅基器件生產成本則主要集中在后道的晶圓制造約50%，襯底成本反而只占7%，碳化硅產業鏈價值量倒掛的現象意味著上游襯底外延廠商掌握著核心話語權，是國內外企業布局的關鍵所在。

從市場上的動態來看，降低碳化硅成本，除了改進碳化硅長晶及切片工藝外，就是擴大晶圓尺寸，這也是過往半導體發展的成熟路徑，Wolfspeed數據顯示，碳化硅襯底從6英寸升級到8英寸，合格芯片產量可以增加 80%-90%，并且有助于提高良率，可以將單位綜合成本降低50%。

2023年被稱為“8英寸SiC元年”，今年國內外碳化硅廠商都在加快對8英寸碳化硅的布局，如Wolfspeed瘋狂的投資了145.5億美元用于碳化硅擴產，其中重要部分就是建設8英寸SiC襯底制造工廠，以保障未來對多家企業的200毫米SiC裸片供應；國內天岳先進和天科合達也都與英飛凌簽訂了長期協議，未來將供應8英寸碳化硅襯底。

從今年開始，碳化硅將加速從6英寸邁向8英寸，Wolfspeed預計到2024年，8英寸襯底帶來的單位芯片成本相較于2022年6英寸襯底的單位芯片成本降低超過60%，成本的下降將進一步打開應用市場，集邦咨詢研究數據指出，目前8英寸的產品市占率不到2%，預計到2026年市場份額將增長到15%左右。

事實上，碳化硅襯底價格的下降速度或許超乎很多人的想象，當前市場上6英寸襯底的報價是4000-5000元/片，較年初已下降許多，預計明年可降至4000元以下，值得注意的是，有些廠商為了搶先獲得市場，已將銷售價格降至成本線以下，開啟了價格戰的模式，主要集中在碳化硅襯底供貨已經相對充足的中低壓領域，國內外廠商都在大肆擴張的產能，或讓碳化硅襯底供過于求階段來的比想象中更早。

電動汽車是碳化硅主要應用領域，占比最高能達8成

電動汽車領域會是未來導電型碳化硅器件的主要應用場景，包括主驅逆變器、車載充電系統（OBC）、電源轉換系統（DC/DC）和非車載充電樁等，碳化硅器件也非常適合電動汽車，其能在更高的溫度下實現高功率密度，提高汽車系統工作效率，同時超低的RDSon能有效降低功率損耗，并且還能顯著降低電力電子系統的體積、重量，綜合起來能提高電動汽車續航里程達10%左右。

目前各大主流新能源汽車廠商都在積極布局碳化硅車型，如比亞迪漢EV、蔚來ES6、理想L9、小鵬G9、保時捷Tayan和現代ioniq5等車型都已經采用了碳化硅器件，據不完全統計，截至2023年上半年，全球已有40款SiC車型進入量產交付，可查到交付數據的SiC車型上半年累計銷售達118.7萬輛。

此外，電動汽車想要全面普及，目前的充電速度是完全不夠的，就像手機一樣，加快充電速度是必然的趨勢，可以看到如今許多廠商都在推出支持800V高壓快充的車型，據不完全統計，已有超過20家汽車品牌或計劃或已經推出了800V高壓平臺，比較知名的有比亞迪e平臺3.0、小鵬扶搖架構、吉利SEA浩瀚架構等。高壓快充技術不管是對汽車本身的零部件質量，還是對充電樁設備的高效性和安全性，都提出了更高的要求，傳統的IGBT很難滿足要求，只有碳化硅器件能解決行業痛點，這也將大幅提高碳化硅在電動汽車領域的應用規模。

根據Yole的預測，2027年全球導電型碳化硅功率器件市場規模有望達62.97億美元，2021-2027年復合增長率達34%；其中汽車市場導電型碳化硅功率器件規模有望達49.86億美元，占比達79.2%，是導電型碳化硅功率器件第一大應用市場。

光伏儲能是碳化硅應用的另一重要領域，如今光伏電站直流端電壓等級逐漸從1000V提升到1500V，未來甚至有望提升到2000V，光伏大功率高電壓的發展趨勢非常明顯，傳統硅基器件無法滿足要求，因此各方面性能更優越的碳化硅器件脫穎而出，碳化硅器件具有低損耗、高開關頻率、高適用性、降低系統散熱要求等優點，使得光伏逆變器在系統轉換效率方面能夠很好的保持在96%以上，甚至可以達到99%，從而減少能量損耗以及提高設備使用壽命。

雖然碳化硅器件可以有效提高光伏的整體性能，但目前碳化硅價格還處于較高位置，SiC SBD價格比同等級硅基二極管高3倍，SiC MOS更是在5倍以上，而光伏產業經過近幾年的大力發展成本幾乎降無可降，利潤空間狹小導致光伏逆變器對價格也非常敏感，是以應用SiC MOS還比較少，未來如果價格逐步降低至硅基器件的2倍左右，將能有足夠的性價比，預計要到2025年才能開始放量。

圖源：東吳證券

碳化硅規劃產能暴增，供需結構性失衡難避免

新能源車、光伏等行業的發展將持續加大對碳化硅的需求，由于各種因素的影響，想要得到精確的數字較為困難，各大券商機構給出的預測也各有說法，國泰君安預計至2026年全球碳化硅襯底市場需求為455萬片，其中新能源需求347萬片，光伏領域需求108萬片；東吳證券預計到2025年，全球6英寸襯底片需求量為475萬片，中國需求量為197萬片，綜合來看，到2025年，全球折合6英寸碳化硅襯底片需求量是400-500萬片。

基于未來需求的高景氣預期以及供不應求的現狀，國內外廠商都在大幅投資擴張碳化硅產能，如英飛凌要在2030年占據全球30%的碳化硅市場份額；安森美計劃將碳化硅晶圓產能擴大4倍；羅姆則打算到2025年碳化硅產能增至2021年時的6倍；Wolfspeed更是想到2026年實現導電型襯底的產能超百萬片；國內企業同樣激進，據不完全統計，如今至少有超40個碳化硅項目在建設，包括了襯底、外延和器件、模塊等環節，國內碳化硅產業鏈正在加速完善、成長。

根據已發布的公告統計，到2026年，國內外廠商擬建設的碳化硅襯底產能，折合6英寸合計超1000萬片/年，其中海外400-500萬片/年，國內500-600萬片/年；在碳化硅外延方面，截至目前國內產能約為45萬片/年，到2025年，將擴大至300萬片，其中瀚天天成產能將達140萬片/年，天域半導體在建項目2025年竣工，2028年全面達產后產能100萬片/年。

可以看到關于碳化硅襯底的產能規劃還是非常巨大的，不過由于技術工藝不成熟等原因，良率始終難以提升，海外廠商碳化硅襯底良率在70%左右，而國內一線襯底廠商的良率則僅在50%左右，未來良率即使能有提高，但綜合來看規劃的產能并未超出實際需求太多，如果再算上規劃的產能大概無法全部如期完成建設，則基本可以算作供需平衡。

不過這并不是說就萬事大吉了，碳化硅最大的應用市場是電動汽車，而車載碳化硅器件對襯底有著更高的要求，國內目前真正可用于車載碳化硅器件的襯底良率甚至只在10%左右，國外相關的襯底良率也提升艱難，因此可以預見，未來碳化硅襯底供需將出現結構性失衡，用于電動汽車的碳化硅襯底長期缺貨，而中低端的碳化硅襯底則會產能過剩，此現象最快明年就會出現，這大概也是前文所述出現價格戰跡象的原因所在。

未來幾年，碳化硅都將是一個快速增長的市場，有望進入包括電動汽車在內的越來越多的應用領域，帶來無限的市場機遇，而站在目前的時間節點上，中國企業想要抓住這些機會，需要有足夠長遠的視野，不斷提高技術創新的同時，也要及時根據市場變化調整發展戰略，如此才能在競爭中立于不敗之地。

原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：深度 | SiC、IGBT市場發展現狀解析