瘋狂的碳化硅，國內狂追！

近幾日，英飛凌在碳化硅合作與汽車(chē)半導體方面合作動(dòng)態(tài)頻頻，再度引起業(yè)界對碳化硅材料關(guān)注。

1月23日，英飛凌與Wolfspeed宣布擴大并延伸現有的長(cháng)期150mm碳化硅晶圓供應協(xié)議（原先的協(xié)議簽定于2018年2月）。延伸后的合作將包括一個(gè)多年期產(chǎn)能預留協(xié)議。這將有助于保證英飛凌整個(gè)供應鏈的穩定，同時(shí)滿(mǎn)足汽車(chē)、太陽(yáng)能、電動(dòng)汽車(chē)充電應用、儲能系統等領(lǐng)域對于碳化硅半導體不斷增長(cháng)的需求。

據英飛凌科技首席執行官 JochenHanebeck 消息，為了滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的碳化硅器件需求，英飛凌正在落實(shí)一項多供應商戰略，從而在全球范圍內保障對于150mm和200mm碳化硅晶圓的高品質(zhì)、長(cháng)期供應優(yōu)質(zhì)貨源。

此外，近日英飛凌宣布與中國企業(yè)浙江富特科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“富特科技”）成立創(chuàng )新應用中心。雙方將通過(guò)該中心進(jìn)一步加強在車(chē)載電源領(lǐng)域半導體技術(shù)的深度合作，為新能源汽車(chē)車(chē)載電源市場(chǎng)提供更高效的解決方案，持續助推功率半導體器件在車(chē)載電源領(lǐng)域的應用技術(shù)升級。

資料顯示，富特科技成立于2011年，專(zhuān)注于新能源汽車(chē)高壓核心零部件產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)及智能制造，深耕車(chē)載電源和非車(chē)載電源兩大細分領(lǐng)域。此前2023年2月，富特科技宣布將在富特科技電動(dòng)汽車(chē)充電解決方案中采用Wolfspeed E-系列SiC MOSFET，以期優(yōu)化解決方案性能和充電成本，為客戶(hù)帶來(lái)更好的充電體驗和成本效益。

另外，1月22日，英飛凌和格芯宣布達成一項新的多年期協(xié)議，格芯將為英飛凌生產(chǎn)AURIX TC3x 40納米汽車(chē)微控制器（MCU）以及電源管理和連接解決方案。

近幾年，英飛凌幾乎與產(chǎn)業(yè)鏈上主要的SiC襯底供應商都開(kāi)展了合作，追其原因，主要是全球領(lǐng)先的SiC器件供應商如羅姆、安森美、意法半導體等都已陸續買(mǎi)下和投資了不同的優(yōu)質(zhì)SiC襯底供應商，建立起了企業(yè)的內部襯底供應。

比如安森美有GTAT，ST有Norstel，羅姆有SiCrystal。英飛凌目前便只差這一環(huán)。其實(shí)早在2016年年中，英飛凌曾有意收購S(chǎng)iC襯底廠(chǎng)商Cree旗下Wolfspeed功率和射頻業(yè)務(wù)部，但由于美國政府的反對收購失敗。從此英飛凌便不斷加強襯底上的合作，確保其未來(lái)需求的外部供應。

SiC市場(chǎng)加速增長(cháng)，上車(chē)是大勢所趨

近兩年，SiC市場(chǎng)愈發(fā)受到市場(chǎng)重視，陷入包括汽車(chē)、太陽(yáng)能、儲能等應用領(lǐng)域紛紛加大碳化硅應用，鑒于SiC材料的優(yōu)越特性，行業(yè)客戶(hù)對SiC發(fā)展前景充滿(mǎn)信心，全球主要的SiC廠(chǎng)商如英飛凌、ST和安森美等都在大舉擴產(chǎn)建能。在2023年半導體市場(chǎng)萎靡之際，，SiC產(chǎn)業(yè)鏈一眾供應商業(yè)績(jì)亮眼，市場(chǎng)一度成為SiC的狂歡。

其中，汽車(chē)領(lǐng)域是SiC重點(diǎn)布局之一，尤其是新能源汽車(chē)。雖然2023年3月特斯拉在投資者大會(huì )上表示將減少75%的SiC用量，引起市場(chǎng)波動(dòng)。但TrendForce集邦咨詢(xún)分析師表示，SiC的可靠性以及供應鏈的穩定性確實(shí)令特斯拉信心不足，且當前SiC功率器件價(jià)格較高，特斯拉的這一決定或許并非出于對SiC的不信任，而是基于SiC發(fā)展現狀所做的讓步。畢竟是特斯拉率先在Model 3中采用碳化硅替代IGBT使得碳化硅嶄露鋒芒，未來(lái)重用碳化硅是預料之中。從業(yè)界動(dòng)態(tài)看，華為對SiC的投資基本覆蓋了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，從國內外車(chē)廠(chǎng)近期動(dòng)態(tài)看，寶馬、邁凱倫、大眾、奔馳、現代起亞等在內的一眾車(chē)企紛紛與Wolfspeed、英飛凌、ST意法半導體等半導體廠(chǎng)商簽訂合作協(xié)議以確保碳化硅產(chǎn)品的穩定供應。

公開(kāi)資料顯示，生產(chǎn)碳化硅器件主要包括襯底、外延、器件制造（設計、制造、封測）三大環(huán)節，我國在上述三大領(lǐng)域均有布局，其中天科合達、天岳先進(jìn)在碳化硅襯底上沉淀較久，外延設備上國內廠(chǎng)商晶盛機電、北方華創(chuàng )則布局較深；外延片上，瀚天天成和東莞天域較為成熟和穩定，且未來(lái)有規模產(chǎn)能開(kāi)出。行業(yè)消息顯示，未來(lái)碳化硅器件有望通過(guò)襯底成本降低、技術(shù)改進(jìn)、芯片尺寸優(yōu)化等方面達到成本降低的愿望，從而提升市占率。

襯底：國外龍頭壟斷，國內奮起直追

大尺寸襯底能有效攤薄成本，是行業(yè)發(fā)展主流。目前碳化硅襯底主流尺寸是4/6寸，其中半絕緣型碳化硅襯底以4寸為主，導電型碳化硅襯底以6寸為主。據業(yè)界消息顯示，當襯底從6寸擴大到8寸時(shí)，可切割出的碳化硅芯片(32mm2)數量有望從448顆增加到845顆，增加了75%。當下國際上龍頭企業(yè)的碳化硅襯底正從6寸往8寸發(fā)展，包括Wolfspeed、II-VI以及國內碳化硅襯底龍頭企業(yè)天岳先進(jìn)等都已成功研發(fā)8英寸襯底產(chǎn)品。

從海內外市占率看，Wolfspeed和II-VI公司在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面領(lǐng)先國內數十年，其中Wolfspeed/II-VI的6寸半絕緣型碳化硅襯底量產(chǎn)時(shí)間遠遠早于天岳先進(jìn)。目前我國企業(yè)龍頭天科合達、天岳先進(jìn)還在奮起直追。據天岳先進(jìn)等龍頭企業(yè)財報數據顯示，在絕緣型襯底方面，天岳先進(jìn)全球市占率約為30%。

外延：國外企業(yè)主導型強，國內未來(lái)規模產(chǎn)能穩定

在外延片上，Wolfspeed與昭和電工占據了全球超90％的碳化硅導電型外延片市場(chǎng)份額，形成雙寡頭壟斷。目前我國由于進(jìn)口外延爐供貨短缺，國內外延爐仍需驗證并且外延工藝難度大，國內SiC外延廠(chǎng)商較少，市占率較低。

就國內企業(yè)看，瀚天天成和東莞天域技術(shù)及產(chǎn)能較為穩定。技術(shù)上，兩者在6英寸外延均較為成熟和穩定，在8英寸均有儲備。產(chǎn)能方面，瀚天天成2022年6英寸產(chǎn)能達12萬(wàn)片，2023年計劃產(chǎn)能40萬(wàn)片（包括6/8英寸），至2025年產(chǎn)能目標約140萬(wàn)片；東莞天域2022年6英寸產(chǎn)能達8萬(wàn)片，并且啟動(dòng)年產(chǎn)100萬(wàn)片的6/8英寸外延項目，預計2025年竣工并投產(chǎn)。

外延設備國產(chǎn)化是國內發(fā)展的重中之重，目前國內廠(chǎng)商晶盛機電、北方華創(chuàng )、中電48所等正在加強研究，其中晶盛機電6寸單片式碳化硅外延設備已實(shí)現國產(chǎn)替代，2022年公司外延設備市占率居國內前列。2023年6月晶盛機電又成功研發(fā)8英寸單片式碳化硅外延生長(cháng)設備，引領(lǐng)國產(chǎn)替代。

器件制造：設計、制造、封測缺一不可，道阻且長(cháng)

在碳化硅器件制造設計端上，SiC二極管商業(yè)化正在逐步完善，但SiC MOS發(fā)展較面臨較多難點(diǎn)，與國外廠(chǎng)商差距較大。目前ST、英飛凌、Rohm等廠(chǎng)商已實(shí)現600-1700V SiC MOS實(shí)量產(chǎn)并和多制造業(yè)達成簽單出貨；國內則還處于設計流片階段，距離大規模商業(yè)化仍有較長(cháng)時(shí)間。

碳化硅器件制造則與設備國產(chǎn)化進(jìn)程息息相關(guān)，設備需求主要包括高溫離子注入機、高溫退火爐、SiC減薄設備、背面金屬沉積設備、背面激光退火設備、SiC襯底和外延片表面缺陷檢測和計量。近幾年是國產(chǎn)設備廠(chǎng)商的黃金發(fā)展3年，我國上述設備在近幾年得到較快發(fā)展。

在碳化硅器件封測領(lǐng)域，氮化硅主要采用AMB工藝，更受行業(yè)歡迎。據悉，AMB工藝生產(chǎn)的陶瓷襯板主要運用在功率半導體模塊上作為硅基、碳化基功率芯片的基底。由于氮化硅陶瓷基板的多種特性與第3代半導體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配更穩定，因此成為SiC半導體導熱基板材料首選，特別在800V以上高端新能源汽車(chē)中應用中不可或缺。

另外，目前以硅基材料為主的IGBT模塊在具有高導熱性、高可靠性、高功率等要求的軌道交通、工業(yè)級、車(chē)規級領(lǐng)域正逐漸采用AMB陶瓷襯板替代原有的DBC陶瓷襯板。中國AMB陶瓷基板更多是依賴(lài)進(jìn)口，國內廠(chǎng)商包括博敏電子、富樂(lè )華正在加速擴產(chǎn)。

結語(yǔ)

目前，行業(yè)整體對于碳化硅的發(fā)展充滿(mǎn)信心，行業(yè)消息顯示，未來(lái)碳化硅器件有望通過(guò)大面積襯底進(jìn)一步改善碳化硅成本，并在設計、器件制造、封裝各個(gè)環(huán)節改進(jìn)技術(shù)，設計更小尺寸芯片，使得碳化硅單位晶圓產(chǎn)出更高。

綜合各方預測顯示，2021年SiC MOSFET為Si器件成本的3倍，到25年有望降至2.5倍附近，而業(yè)界通常認為2-2.5倍是碳化硅大規模滲透的成本臨界點(diǎn)，故當前及未來(lái)2年處于SiC爆發(fā)的前夜?；趯π录夹g(shù)、新材料的變革信心，未來(lái)隨著(zhù)良率的大幅提升，規模優(yōu)勢下成本的不斷下降，相信碳化硅將迎來(lái)爆發(fā)性成長(cháng)。