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碳化矽技術趨於成熟，2023年將進一步導入中階電動車

2023.02/03

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產業趨勢探勘

電能源時代的關鍵拼圖

  1. 第三類半導體碳化矽(SiC)適合高功率應用，尤其是對電力系統高度要求的產業，如儲能、風電、太陽能、電動車、新能源車等。其中又以電動車最受市場關注。
  2. 電動車為碳化矽功率元件的最關鍵應用領域，越來越多車廠開始在主驅逆變器、車載充電機，以及轉換器等車用元件中搭載碳化矽功率元件，以縮短充電時間、減輕汽車重量與提高續航里程。
  3. 以相同的電池充電後，使用碳化矽元件的汽車可再多行駛 6%的里程，因此對汽車製造商而言，採用碳化矽元件亦可減少電池的體積，節省電動車最昂貴組件電池的成本，進而降低售價。除此之外碳化矽能在更高溫的環境下作業，因此製造商可節省動力系統冷卻設備的成本。
  4. 目前電動車所搭載的功率元件大多數仍為矽基材料，但由於電動車電池動力系統逐步往800V以上的高電壓發展，而800V碳化矽逆變器相較400V矽基逆變器，不僅省下約50％的電能轉換耗損，還可降低6％電動車的整體系統成本，而只有碳化矽能在高壓系統中有更好的性能，足見其重要性，未來將能夠逐步替代矽基材料，大幅提高汽車性能並讓整車架構最佳化。
  5. 2021年中高階車款開始導入碳化矽逆變器，整車總成本降幅可達160美元以上，預估2023年將可進一步降低230美元以上。
  6. 然而，碳化矽模組在電動車的滲透率，仍因為價格過高而處於早期階段，碳化矽晶片售價為一般矽晶片15 倍左右，碳化矽Mosfet價格更是同級別IGBT的8倍以上，主要是受制於碳化矽磊晶速度慢、加工難度高等因素，讓製造成本仍居高不下，目前僅有高階電動車廠採用，元件本身成本過高就是目前的最大瓶頸。
  7. 雖然碳化矽元件價格較矽基元件高出許多，但因碳化矽能量損耗低、具耐高壓、耐高溫、高頻化等特性，不僅適合於汽車嚴苛環境下使用，延伸好處是降低系統成本、提升功率密度等。因此碳化矽在逆變器及車載充電樁導入速度較快，目前多用於長續航的中高端車型，只有少數中階車款為了增加賣點，也會選用碳化矽元件，其他大部分中階車款幾乎是選用IGBT。經濟車款仍不適合採用。
  8. 碳化矽應用於電動車不但有利於降低系統成本外，其價格亦逐年呈現下跌趨勢。以6吋碳化矽晶圓為例，2021年價格約為1,000美元，預估2023年將降至700美元，如此碳化矽元件價格與矽基元件就能達到2倍價差的性價比甜蜜點，屆時導入中階車款時，車廠才仍有獲利空間。
  9. 資策會指出2022年對碳化矽模組拉貨較明顯的品牌車廠包括特斯拉（Tesla）、比亞迪（BYD）、現代（Hyundai）、保時捷（Porsche）、與新創企業 Lucid Motors 等，預計2023將有更多車廠如大眾汽車導入碳化矽模組。

 

碳化矽市場樣態

  1. TrendForce預測，2022年全球SiC功率半導體產值約15.89億美元，至2026年可達到53.02億美元，CAGR達35％。
  2. Yole Développement預測，全球碳化矽元件市場將從2021年10.9億美元成長到2027年63億美元，年複合成長率達到34%。
  3. 碳化矽供應鏈，主要可分為基板、磊晶、產品代工、元件開發等幾大區塊。根據研調機構System Plus Consulting指出，目前碳化矽晶圓的製造成本結構，光是在基板製作便占了44％，基板成本占碳化矽元件總成本比重高達47%，其次是磊晶成本，占碳化矽總成本比重也有23%，基板和磊晶合計就已達到70%，在基版和長晶成本還未能大幅下降情況下，碳化矽元件價格很難降到矽基元件價格兩倍的性價比甜蜜點。
  4. 目前碳化矽晶圓仍處於產能不足狀態。目前主流的碳化矽6吋晶圓將隨著基板、磊晶技術的優化，有機會於2023年來到成本價格的黃金交叉點。而擴大晶圓尺寸也是降低碳化矽成本的關鍵技術之一，不少國際大廠紛紛從6吋轉向8吋晶圓，如此SiC 晶片數量預計可從 448 顆增加到 845 顆，增加幅度達 75%。
  5. Wolfspeed、II-VI等大廠已宣布轉進8吋量產，但預估要到2024年後8吋技術才會逐漸成熟，達到更好的效益。
  6. 台灣碳化矽晶圓製造廠商包括了漢磊、嘉晶、全新、廣運集團成員的盛新材料等，不過目前多以 4 吋晶圓為主，6 吋晶圓正逐步切入，從上游生產基板和磊晶的環球晶、盛新材料、嘉晶，以及產品代工的漢磊等企業，都已加大投資力道，積極投入擴產，有助推升6吋碳化矽產能，並承接更多IDM（垂直整合製造）廠的外溢訂單。

除了6吋發展之外，其中盛新材料更規劃今年Q3開始開發8 吋基板。

 

碳化矽相關台廠頗析點評

廠商

近況

基板：

環球晶、          太極 (盛新)

環球晶

  • 碳化矽基板主要在竹南廠生產為主，出貨產品包括4吋、6吋，目前6吋產品已為大宗。

  • 目前碳化矽營收佔比仍不到 3%，但2023年的出貨量與營收都將較2022年至少翻倍成長，訂單維持滿載，產能仍未能滿足客戶需求，預估未來逐年成長率都有望翻倍。

太極

  • 盛新材料成立於 2020 年，是由廣運及子公司太極共同成立，是台灣少數可同時生產 6 吋 SiC 導電型與半絕緣型晶圓基板廠商。

  • 盛新目前以提供鴻海6吋廠為主，2023年其長晶設備將再擴充至少3倍，從現今65台擴增至200台，目標良率為7成。預計2023年第1季可有小量挹注營收，待65台設備全滿載後，2023年第3、第4季將有大量營收成長。

磊晶：

嘉晶

嘉晶

  • 碳化矽磊晶月產能達600 片，但目前整體4～8吋磊晶矽晶圓月產能合計40萬片，因此碳化矽貢獻的營收仍為極小比例。預計未來 2-3 年投入 4000-5000 萬美元擴產，2023年產能預計增加4至5倍。

產品代工：

漢磊

漢磊

  • 目前代工月產能2022約3000 片，預定3 年內擴充至 5000 片。4、6 吋碳化矽新產線啟動且產能滿載。未來碳化矽產能將逐季增加，2023年營收占比有機會從2022年的40%，上看50%以上。

功率元件開發：

朋程、富鼎

朋程

  • 48V MOSFET模組主要應用在油電混合車，主要客戶為歐洲及日本車廠。在2022年出貨套數將至少百萬套起跳，預期2023年出貨將可望翻倍成長，將可望成為朋程後續營運成長的主要動能。

  • IGBT及碳化矽模組進軍電動車及充電樁市場，目前皆在送樣階段，最快將有機會在2023年小量出貨。

富鼎

  • 富鼎碳化矽產品線主要與漢磊合作，已完成600V蕭特基二極體（SBD）、900V及1200V高壓MOSFET等產品開發，由於碳化矽磊晶片成本高，讓富鼎價格競爭力被弱化，但未來可望打進鴻海及MIH聯盟電動車供應鏈。

 

GoldON投資方向思考

  1. 整體來看，台廠的碳化矽元件供應鏈還在建構中，目前大多仍為早期驗證階段，相關廠商營收主要仍為IGBT或高壓Mosfet。
  2. 碳化矽元件的成本主要為基版與磊晶，因此基板和磊晶將是碳化矽元件製造流程最具投資價值的供應鏈，如供應基版的環球晶、太極子公司盛新材料，以及磊晶的嘉晶。
  3. 目前環球晶和嘉晶主要營收仍為矽基晶圓為主，其碳化矽營收占比仍為個位數，在消費性電子的拖累下，預計碳化矽對其營運的價值呈現速度應會較慢。
  4. 太極的子公司盛新材料，自成立以來就專注於碳化矽基版，目前預計2023年底前進一步放量，初期以專門供應鴻海電動車供應鏈為主，可說是台灣目前純度最高的碳化矽廠商。
  5. 去年由於股市整體的低迷以及車用晶片的缺貨，讓汽車產業及電動車產業也放緩不少，但今年電動車普及率有機會再度提高，因此電系關鍵的碳化矽元件及相關族群，經過去年的沉寂後，很有機會今年再度爆發並再度邁入高成長軌道。

 

關於本篇

前驅投資週報2023-002

 

Processor:    Shawn Hung

Hunter:         Shawn Hung

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