碳化硅的新爆發(fā)！

隨著全球?qū)τ陔妱?dòng)汽車接納程度的逐步提升，碳化硅（SiC）在未來十年將會(huì)迎來全新的增長(zhǎng)契機(jī)。預(yù)計(jì)將來，功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)商與汽車行業(yè)的運(yùn)作方會(huì)更踴躍地參與到這一領(lǐng)域的價(jià)值鏈建設(shè)里。

SiC作為第三代半導(dǎo)體以其優(yōu)越的性能，在今年再次掀起風(fēng)潮。

6英寸到8英寸的過渡推動(dòng)

由于截至 2024 年開放 SiC 晶圓市場(chǎng)缺乏批量出貨，因此 8 英寸 SiC 平臺(tái)被認(rèn)為具有戰(zhàn)略性意義。

SiC具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度和高遷移率等特點(diǎn)，是良好的半導(dǎo)體材料，目前已經(jīng)在汽車電子、工業(yè)半導(dǎo)體等領(lǐng)域有了較為廣泛的應(yīng)用。而在進(jìn)入8英寸后，每片晶圓中理論上可用的裸片數(shù)量將大大增加。根據(jù)Wolfspeed財(cái)報(bào)說明上的數(shù)據(jù)，單從晶圓加工成本來看，從6英寸升級(jí)到8英寸，晶圓成本是增加的，但從8英寸晶圓中獲得的優(yōu)良裸片（die）數(shù)量可增加20%～30%，產(chǎn)量更高，最終的芯片成本將更低。

因此大尺寸基板由于其成本優(yōu)勢(shì)，逐漸被人們寄予厚望。

根據(jù)中國(guó)SiC襯底制造商TankeBlue半導(dǎo)體的測(cè)算，從4英寸升級(jí)到6英寸預(yù)計(jì)單片成本可降低50%；從6英寸到8英寸，成本預(yù)計(jì)還能再降低35%。

同時(shí)，8英寸基板可以生產(chǎn)更多芯片，從而減少邊緣浪費(fèi)。簡(jiǎn)單來說，8英寸基板的利用率更高，這也是各大廠商積極研發(fā)的主要原因。

目前，6英寸SiC基板仍占主導(dǎo)地位，但8英寸基板已開始滲透市場(chǎng)。例如，2023年7月，Wolfspeed宣布其8英寸晶圓廠已開始向中國(guó)客戶出貨SiC MOSFET，表明其8英寸SiC襯底已批量出貨。TankeBlue半導(dǎo)體也已開始小規(guī)模出貨8英寸基板，計(jì)劃到2024年實(shí)現(xiàn)中規(guī)模出貨。

自2015年Wolfspeed首次展示樣品以來，8英寸SiC襯底已經(jīng)經(jīng)歷了7-8年的發(fā)展歷史，近兩年技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)明顯加速?？v觀國(guó)際廠商，除了已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的Wolfspeed外，還有7家SiC襯底、外延，預(yù)計(jì)今年或未來1-2年內(nèi)實(shí)現(xiàn)8英寸襯底的量產(chǎn)。

投資方面，Wolfspeed繼續(xù)在美國(guó)北卡羅來納州建設(shè)John Palmour碳化硅制造中心（SiC襯底工廠）。該工廠將進(jìn)一步帶動(dòng)基板產(chǎn)能的擴(kuò)張，以滿足日益增長(zhǎng)的8英寸晶圓需求。

Coherent公司去年還宣布計(jì)劃擴(kuò)大8英寸基板和外延片的生產(chǎn)，在美國(guó)和瑞典都有大規(guī)模的擴(kuò)建項(xiàng)目。在產(chǎn)品出口渠道方面，Coherent公司已獲得三菱電機(jī)和電裝10億美元的投資，為兩家公司長(zhǎng)期提供6/8英寸SiC襯底和外延片。

意法半導(dǎo)體去年也投資8英寸領(lǐng)域，與湖南三安半導(dǎo)體合作建設(shè)8英寸SiC晶圓廠。后者將配套建設(shè)8英寸SiC襯底工廠，確保合資公司穩(wěn)定的材料供應(yīng)。同時(shí)，ST正在開發(fā)自己的基板，此前與Soitec合作實(shí)現(xiàn)了8英寸SiC基板的量產(chǎn)。

就國(guó)內(nèi)廠商而言，目前已有10多家企業(yè)8英寸SiC襯底進(jìn)入樣品和小規(guī)模生產(chǎn)階段。其中包括Semisic Crystal Co、晶盛機(jī)電、SICC Co、Summit Crystal Semiconductor Co、Synlight Semiconductor Co、TanKeBlue Semiconductor Co、Harbin KY Semiconductor、IV Semitec、Sanan Semiconductor、Hypersics等公司。

目前，中國(guó)基板制造商與國(guó)際巨頭的差距已明顯縮小。英飛凌等公司已與中芯國(guó)際、唐科藍(lán)半導(dǎo)體等中國(guó)廠商建立了長(zhǎng)期合作伙伴關(guān)系。從技術(shù)角度來看，這種差距的縮小反映了全球襯底技術(shù)的整體進(jìn)步。展望未來，預(yù)計(jì)各廠商的共同努力將推動(dòng)8英寸基板技術(shù)的發(fā)展。

總體來看，8英寸SiC襯底整體發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。

全球8英寸SiC工廠加速擴(kuò)張

隨著襯底材料不斷突破技術(shù)天花板，2023年全球8英寸SiC晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模再創(chuàng)新高。

據(jù)TrendForce統(tǒng)計(jì)，2023年大約有12個(gè)與8英寸晶圓相關(guān)的擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目，其中8個(gè)項(xiàng)目由Wolfspeed、Onsemi、意法半導(dǎo)體、英飛凌、羅姆等全球廠商主導(dǎo)。意法半導(dǎo)體還與三安半導(dǎo)體合作開展了一個(gè)項(xiàng)目。此外，還有3個(gè)項(xiàng)目由環(huán)球電源科技、聯(lián)星科技、J2半導(dǎo)體等中國(guó)制造商牽頭。從地區(qū)角度來看，預(yù)計(jì)歐洲、美洲、日本、韓國(guó)、中國(guó)和東南亞等重點(diǎn)地區(qū)將大量投資新建8英寸SiC晶圓廠。截至目前，全球大約有11座8英寸晶圓廠正在建設(shè)或規(guī)劃中。

從廠商的擴(kuò)張方向來看，博世和安森美半導(dǎo)體2023年的投資直接瞄準(zhǔn)了汽車SiC市場(chǎng)。意法半導(dǎo)體計(jì)劃在意大利建設(shè)的8英寸SiC芯片工廠也瞄準(zhǔn)了電動(dòng)汽車市場(chǎng)。雖然其他廠商尚未明確未來產(chǎn)能的應(yīng)用方向，但電動(dòng)汽車是SiC當(dāng)前和未來的主要增長(zhǎng)引擎，成為各大廠商擴(kuò)產(chǎn)的重點(diǎn)。

從成本角度來看，雖然短期內(nèi)6英寸晶圓是主流，但為了降低成本和提高效率，8英寸等更大尺寸的趨勢(shì)是不可避免的。因此，未來電動(dòng)汽車市場(chǎng)預(yù)計(jì)將帶動(dòng)8英寸晶圓需求持續(xù)增長(zhǎng)。

從供應(yīng)鏈角度來看，轉(zhuǎn)向8英寸晶圓對(duì)于SiC制造商來說是一個(gè)突破。根據(jù)行業(yè)洞察，6英寸SiC器件市場(chǎng)已進(jìn)入激烈競(jìng)爭(zhēng)階段，尤其是SiC JBD。對(duì)于規(guī)模較小、競(jìng)爭(zhēng)力較弱的企業(yè)來說，利潤(rùn)空間日益受到擠壓，預(yù)示著未來一輪整合重組即將到來。

硅基半導(dǎo)體的發(fā)展歷史證明，改用更大尺寸的晶圓可以提高生產(chǎn)率。這是越來越多廠商積極推進(jìn)8英寸晶圓的主要原因之一。

資本的進(jìn)擊

據(jù)報(bào)道，在羅姆(Rohm)近日召開的財(cái)務(wù)業(yè)績(jī)發(fā)布會(huì)上，公司總裁Isao Matsumoto（松本功）宣布，將于今年6月開始與東芝在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)方面進(jìn)行業(yè)務(wù)談判，預(yù)計(jì)談判將持續(xù)一年左右。兩家公司旨在加強(qiáng)旗下半導(dǎo)體業(yè)務(wù)全方面合作，涵蓋技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、采購(gòu)和物流等領(lǐng)域。

松本功表示：“東芝和我們的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)在包括產(chǎn)品組合在內(nèi)的各個(gè)方面都非常平衡且高度兼容，我們希望就如何創(chuàng)造這種協(xié)同效應(yīng)提出建議?！彪p方設(shè)想通過批量采購(gòu)?fù)ㄓ迷O(shè)備和零部件、相互銷售內(nèi)部設(shè)備以及相互外包產(chǎn)品銷售來降低成本。

此前，羅姆和東芝宣布將合作生產(chǎn)碳化硅（SiC）和硅（Si）功率半導(dǎo)體器件，這一計(jì)劃還得到了日本政府的支持。該計(jì)劃旨在讓羅姆和東芝分別對(duì)SiC和Si功率半導(dǎo)體進(jìn)行重點(diǎn)投資，依據(jù)對(duì)方生產(chǎn)力優(yōu)勢(shì)進(jìn)行互補(bǔ)，有效提高供應(yīng)能力。項(xiàng)目總投資為3883億日元（折合人民幣約180億元），其中政府將支持1294億日元（折合人民幣約60億元），占比高達(dá)三分之一。羅姆旗下位于宮崎縣的工廠將負(fù)責(zé)生產(chǎn)SiC功率器件和SiC晶圓，而東芝旗下位于石川縣的工廠將以生產(chǎn)Si芯片為主。

此外，羅姆計(jì)劃在2027財(cái)年之前，對(duì)SiC業(yè)務(wù)整體投資5100億日元（折合人民幣約237億元）。到2027財(cái)年，羅姆預(yù)計(jì)SiC功率器件的銷售額將增長(zhǎng)到2700億日元（折合人民幣約125億元），是2022財(cái)年的9倍。由東芝負(fù)責(zé)傳統(tǒng)的Si半導(dǎo)體業(yè)務(wù)將使羅姆公司能夠把投資重點(diǎn)放在更尖端的SiC產(chǎn)品上。

因看好來自電動(dòng)車(EV)的需求將擴(kuò)大，也讓東芝、羅姆等日本廠商開始相繼增產(chǎn)節(jié)能性能提升的EV用次世代半導(dǎo)體。各家日廠增產(chǎn)的對(duì)象為用來供應(yīng)\控制電力的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，不過使用的材料不是現(xiàn)行主流的硅(Si)、而是采用了SiC。SiC功率半導(dǎo)體使用于EV逆變器上的話，耗電力可縮減5-8%、可提升續(xù)航距離，目前特斯拉(Tesla)和中國(guó)車廠已開始在部分車款上使用SiC功率半導(dǎo)體。

因看好來自EV的需求有望呈現(xiàn)急速擴(kuò)大，東芝半導(dǎo)體事業(yè)子公司「東芝電子元件及儲(chǔ)存裝置(Toshiba Electronic Devices & Storage)」在2023年度將旗下姬路半導(dǎo)體工廠的SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)量擴(kuò)增至2020年度的3倍、之后計(jì)劃在2025年度進(jìn)一步擴(kuò)增至10倍，目標(biāo)最遲在2030年度取得全球1成以上市占率。

另外，羅姆將投資500億日元、目標(biāo)在2025年之前將SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)能提高至現(xiàn)行的5倍以上。羅姆位于福岡縣筑后市的工廠內(nèi)已蓋好SiC新廠房、目標(biāo)2022年啟用，中國(guó)吉利汽車的EV已決定采用羅姆的SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，而羅姆目標(biāo)在早期內(nèi)將全球市占率自現(xiàn)行的近2成提高至3成。

羅姆在該領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，2010 年量產(chǎn)了世界上第一個(gè) SiC 晶體管。2009 年收購(gòu)的德國(guó)子公司 SiCrystal 生產(chǎn) SiC 晶圓，使羅姆具備了從頭到尾的生產(chǎn)能力。它最近在日本福岡縣的一家工廠開設(shè)了一個(gè)額外的生產(chǎn)設(shè)施，這是將產(chǎn)能增加五倍以上的計(jì)劃的一部分。

富士電機(jī)考慮將SiC功率半導(dǎo)體開始生產(chǎn)的時(shí)間自原先計(jì)劃(2025年)提前半年到1年。

日本研調(diào)機(jī)構(gòu)富士經(jīng)濟(jì)(Fuji Keizai)公布的調(diào)查報(bào)告指出，隨著車輛價(jià)格下滑、基礎(chǔ)設(shè)施整備完善，長(zhǎng)期來看，EV將成為電動(dòng)化車款的主流，預(yù)估2035年全球EV銷售量預(yù)估將大幅擴(kuò)增至2,418萬臺(tái)、將較2020年跳增10倍(暴增約1,000%)。

富士經(jīng)濟(jì)公布的調(diào)查報(bào)告指出，自2021年以后，在汽車/電子設(shè)備需求加持下，預(yù)估SiC、氮化鎵(GaN)等下一代功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將以每年近20%的速度呈現(xiàn)增長(zhǎng)，2030年市場(chǎng)規(guī)模預(yù)估為2,490億日元、將較2020年跳增3.8倍(成長(zhǎng)約380%)。

其中，因汽車/電子設(shè)備需求加持，來自中國(guó)、北美、歐洲的需求揚(yáng)升，預(yù)估2030年SiC功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將擴(kuò)大至1,859億日元、將較2020年跳增2.8倍；GaN功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)估將擴(kuò)大至166億日元、將較2020年飆增6.5倍；氧化鎵功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)估為465億日元。