2023～2027年碳化硅市场需求和供应分析 - 新闻通知中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟

碳化硅（SiC）晶圆市场未来几年的供需情况比较复杂，我们通过对多种场景的研究，看出其中最重要的驱动因素。

过去几年，碳化硅已成为半导体基础材料中极具吸引力的硅替代品，因为碳化硅性能更好，特别是在需要高功率的应用中。现在各种工业设备都采用了SiC，但新的需求主要还是来自电动汽车（EV）动力系统中的金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 应用。

麦肯锡在2023年10月的一篇文章中预测，到2030年，SiC设备市场的复合年增长率将达26%。最近由于政策的变化和消费者喜好的转变，许多地区的电动汽车使用率有所下降。这一变化引发了人们对未来SiC晶圆市场的一些疑问。对当前SiC晶圆需求的预测是否应该下调？计划的晶圆产能是否能实现？这些变化对短期或长期的供需关系会产生怎样的影响？

为了更深入地了解SiC晶圆的市场趋势，我们找出了可能影响供需的关键因素。与其他预测方法相比，我们的方法最大的不同是对晶圆良率（符合质量标准的晶圆数量）进行了仔细的检查。良率是行业最保密的数据，而且通常很难对不同公司的良率进行比较。因此，大多数对供货的预测都基于铭牌产能，即晶圆制造厂的最大理论产量。

铭牌产能不考虑产量损失，也不考虑晶圆是否符合某个质量等级。因此，对良率最敏感的细分市场来说，根据铭牌产能来估计生产将出现高估供应量的情况。汽车级 MOSFET晶圆，尤其是用于电动汽车的晶圆，良率最低，因为它们生产过程复杂，并且需满足最严格的质量标准。

由于良率和其他一些因素都很不确定，我们设计了多个具有不同供需关系的2027年的市场场景。这些场景预测各不相同，包含SiC供过于求、供需平衡及供不应求的情况。现在要确切指出哪一种场景最可能出现还为时过早，但我们的分析可以帮助行业领导者了解影响SiC市场的最重要的因素，尤其是晶圆良率。

SiC的优势及面临的挑战

在深入研究市场之前，需要了解SiC的特性。SiC比硅具有更多优势，尤其在对功率要求较高的应用中，例如EV逆变器：

效率更高。因为使用的外围组件更少，所以能量损失更小，热管理成本更低。
使用寿命更长。由于SiC芯片的导热性更好，因此能够在更高的温度下工作并承受更高的应力，延长了使用寿命。
尺寸更小。采用SiC，封装尺寸变得更小，使用的半导体材料也更少，提供的功能却与硅相同，从而减少了大功率设备中的半导体元件数量。
设计更简单。由于SiC能效更高，因此可以进行系统级的新设计，并减少无源元件，长期来看可以降低成本，减少浪费。

SiC晶圆以及采用这些晶圆制造的芯片可面向多种应用，并分为三个基本等级。二极管置于质量最低的SiC晶圆上，功能最简单，允许电流单向流动；MOSFET是对SiC晶圆质量要求高一些的晶体管，更为复杂，允许电流切换方向；汽车级MOSFET要求晶圆质量更高并且晶体管符合严格的规范要求，因此必须具有极低的缺陷率。

根据已经公布的行业产能预测，预计未来五年SiC晶圆产能将大幅增加，但SiC产能的具体组成和功能尚不清楚，估计可能满足不了电动汽车应用日益增长的需求。

汽车级MOSFET晶圆最难制造且需求量最大，因此很可能出现短缺。更糟的是，各制造厂并未披露汽车级MOSFET晶圆产量所占比例，因此无法准确估计未来的供货量。唯一可以确定的是，汽车级MOSFET晶圆的数量将大大低于制造商公布的产能。

电动汽车市场放缓，SiC需求有增无减

SiC对纯电动汽车（BEV）尤为重要，因为它可以延长车辆行驶里程、缩短充电时间以及减少车辆中使用的半导体器件数量，进一步提高了性能。

尽管大多数BEV的动力系统仍采用硅解决方案，但OEM已逐渐在其第二代和第三代汽车中采用专用SiC器件，其中一些汽车中还包含800伏系统。这些BEV对功率要求高，因此采用SiC比采用硅更具优势。到2027年，超过50%的 BEV会使用SiC动力系统，目前约为30%。此外，由于电动汽车买家越来越偏爱BEV，这也会增加SiC的需求。

BEV生产的变化

市场对BEV的需求增长有所放缓，但很难准确说出具体有哪些影响因素，因为影响OEM制造决策的因素太多了。麦肯锡未来移动中心（MCFM）意识到了这种不确定性，针对政策、技术、原材料供应以及消费者行为做出不同的假设，设计出不同的EV增长场景。MCFM在分析中考虑了三种情形：

势头减弱。在这种情形中，电动汽车成本下降幅度低于预期，消费者需求下降，车辆行驶里程不长，政策并未大力推动内燃机 (ICE) 汽车向电动汽车转型。
当前轨迹。这种情形假定新的需求、产能和电动汽车法规将保持。
继续加速。在这种情形下，由于有利的政策、较低的价格、原材料供应增加、汽车产量提高以及消费者兴趣提升，需求将飙升至当前轨迹之上。

“继续加速”的情形假定需求超过“当前轨迹”，是最乐观的。如果这一情形成为现实，那么到2027年将有2900万辆纯电动汽车上路（图1），远高于“当前轨迹”情形中预测的2300万辆和“势头减弱”情形中的1700万辆。

图1：纯电动汽车生产需要考虑几种情形。

2023至2027年全球纯电动轻型汽车产量预测

（按情形划分）。

对于乘用车，MCFM对2024年所有主要市场纯电动汽车产量的估计均低于2023年，主要原因是消费者兴趣可能下降、汽车价格高企以及欧盟和美国对电动汽车购买的激励措施减少。中国是世界上最大的电动汽车市场，预计纯电动乘用汽车产量将略有减少。图2显示了“当前轨迹”和“势头减弱”情形下的产量预测。

图2：纯电动汽车需求在短期内缓慢增长，然后逐渐增强。

2023至2027年纯电动轻型汽车占乘用车产量的份额预测。

总体而言，如果按照目前的增长趋势，预计到2027年BEV 将占全球乘用车产量的约27%。但地区差异将会很大，例如，在中国，BEV可能占乘用车的42%，美国可能为24%。这种情况与过去几年一致，当时中国也是最大的电动汽车生产国。

对SiC需求的不同预测

MCFM的分析是假定：未来非汽车SiC的需求保持不变，但是在对2027年BEV生产预测的基础上，考虑了汽车SiC需求的各种可能性。

在“势头减弱”的情形下，预计2027年对6吋SiC晶圆的需求将达到370万片，远低于“当前轨迹”情形下的470万片和“继续加速”情形下的570万片。

高缺陷率和低良率使SiC供货预测更困难

在过去几年中，人们对BEV的热情高涨，新、老SiC晶圆供应商都宣布，他们计划将6吋SiC晶圆的产能从2023年的280万片提高到2027年的1090万片，增幅超过三倍。需注意的是，这一数据并未考虑产量损失。

我们对新、老SiC晶圆制造商发布的未来供货情况进行了分析（图3）。目前大制造商通常起点更高——在SiC学习周期中多出大约5～10年时间，因此更有可能获得高良率。这些公司在2023年生产了约190万片6吋SiC晶圆，并宣布计划到2027年增加约540万片产能。

图3：新、老制造商均计划增加SiC晶圆产能。

已公布的相6吋SiC晶圆产能。

新制造商不像老制造商那样经历较长的学习周期，他们宣布计划将6吋晶圆产能从2023年的90万片扩大到2027年大约360万片。但新制造经验较少，良率可能低一些。

确定实际供货量

与需求一样，可能影响实际供货及公司是否达到既定目标的因素也有几个。我们设计了三种不同的情形来预测2027年SiC的实际供货量：

商品化。在这种情形下，SiC供应商大幅提高了晶圆良率，到2027年平均良率将达60%，从而达到头部制造商的历史水平，供应550万片晶圆。
稳步增长。这种情形假设新、老制造商均实现了设定的生产目标，良率达到当前水平，大约48%，晶圆供货量将达到470万片。
技术延迟。这种情形假定老制造商实现了设定的生产目标，新制造商还在竭尽所能提高产量。晶圆供货量仅为 370万片。

可能影响SiC供货的其他因素

MCFM的分析并未涵盖所有可能出现的不利因素。例如，制造商最初计划的产能增加目标可能并未在规定的时间内实现。此外，MCFM预测的是6吋SiC晶圆的供货，但几乎所有公司都会尝试提供8吋晶圆，在目前所公布的晶圆供货中，至少10%是8吋晶圆。8吋晶圆的制造过程要复杂得多，如果在分析中考虑8吋晶圆，良率会更低。

但最终转向8吋晶圆可能是大势所趋。掌握了8吋晶圆技术，每平方毫米晶圆的生产成本就会大大降低，从长远来看，理论上良率会更高。由于8吋晶圆中每毫米包含的裸片更多，因此所需的晶圆数量会更少。

同样重要的是，对于必须满足最严格质量等级要求的晶圆（例如汽车MOSFET），良率低于其他等级（例如二极管）。我们设计的场景并没有按等级区分晶圆，而是假设新、老制造商的所有产出都能满足汽车行业的严格质量标准。但这种情况不太可能出现，因为目前很多晶圆都不符合汽车标准，让供应的所有晶圆都达到该标准是不太可能的。

密切关注影响SiC市场的供需趋势

业界人士对于SiC供需何时达到平衡持不同看法。MCFM的分析旨在阐明影响SiC行业的一些关键因素，并给出可能出现的结果（图4）。