碳化硅的新爆發(fā)

隨著(zhù)全球對于電動(dòng)汽車(chē)接納程度的逐步提升，碳化硅（SiC）在未來(lái)十年將會(huì )迎來(lái)全新的增長(cháng)契機。預計將來(lái)，功率半導體的生產(chǎn)商與汽車(chē)行業(yè)的運作方會(huì )更踴躍地參與到這一領(lǐng)域的價(jià)值鏈建設里。

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

6 英寸到 8 英寸的過(guò)渡推動(dòng)

由于截至 2024 年開(kāi)放 SiC 晶圓市場(chǎng)缺乏批量出貨，因此 8 英寸 SiC 平臺被認為具有戰略性意義。

SiC 具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度和高遷移率等特點(diǎn)，是良好的半導體材料，目前已經(jīng)在汽車(chē)電子、工業(yè)半導體等領(lǐng)域有了較為廣泛的應用。而在進(jìn)入 8 英寸后，每片晶圓中理論上可用的裸片數量將大大增加。根據 Wolfspeed 財報說(shuō)明上的數據，單從晶圓加工成本來(lái)看，從 6 英寸升級到 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，逐漸被人們寄予厚望。

根據中國 SiC 襯底制造商 TankeBlue 半導體的測算，從 4 英寸升級到 6 英寸預計單片成本可降低 50%；從 6 英寸到 8 英寸，成本預計還能再降低 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。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，8 英寸基板的利用率更高，這也是各大廠(chǎng)商積極研發(fā)的主要原因。

目前，6 英寸 SiC 基板仍占主導地位，但 8 英寸基板已開(kāi)始滲透市場(chǎng)。例如，2023 年 7 月，Wolfspeed 宣布其 8 英寸晶圓廠(chǎng)已開(kāi)始向中國客戶(hù)出貨 SiC MOSFET，表明其 8 英寸 SiC 襯底已批量出貨。TankeBlue 半導體也已開(kāi)始小規模出貨 8 英寸基板，計劃到 2024 年實(shí)現中規模出貨。

自 2015 年 Wolfspeed 首次展示樣品以來(lái)，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(kāi)發(fā)明顯加速?？v觀(guān)國際廠(chǎng)商，除了已實(shí)現量產(chǎn)的 Wolfspeed 外，還有 7 家 SiC 襯底、外延，預計今年或未來(lái) 1-2 年內實(shí)現 8 英寸襯底的量產(chǎn)。

投資方面，Wolfspeed 繼續在美國北卡羅來(lái)納州建設 John Palmour 碳化硅制造中心（SiC 襯底工廠(chǎng)）。該工廠(chǎng)將進(jìn)一步帶動(dòng)基板產(chǎn)能的擴張，以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的 8 英寸晶圓需求。

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

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

就國內廠(chǎng)商而言，目前已有 10 多家企業(yè) 8 英寸 SiC 襯底進(jìn)入樣品和小規模生產(chǎn)階段。其中包括 Semisic Crystal Co、晶盛機電、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，中國基板制造商與國際巨頭的差距已明顯縮小。英飛凌等公司已與中芯國際、唐科藍半導體等中國廠(chǎng)商建立了長(cháng)期合作伙伴關(guān)系。從技術(shù)角度來(lái)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(lái)，預計各廠(chǎng)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(lái)看，8 英寸 SiC 襯底整體發(fā)展勢頭強勁。

全球 8 英寸 SiC 工廠(chǎng)加速擴張

隨著(zhù)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(chǎng)擴產(chǎn)規模再創(chuàng )新高。

據 TrendForce 統計，2023 年大約有 12 個(gè)與 8 英寸晶圓相關(guān)的擴產(chǎn)項目，其中 8 個(gè)項目由 Wolfspeed、Onsemi、意法半導體、英飛凌、羅姆等全球廠(chǎng)商主導。意法半導體還與三安半導體合作開(kāi)展了一個(gè)項目。此外，還有 3 個(gè)項目由環(huán)球電源科技、聯(lián)星科技、J2 半導體等中國制造商牽頭。從地區角度來(lái)看，預計歐洲、美洲、日本、韓國、中國和東南亞等重點(diǎn)地區將大量投資新建 8 英寸 SiC 晶圓廠(chǎng)。截至目前，全球大約有 11 座 8 英寸晶圓廠(chǎng)正在建設或規劃中。

從廠(chǎng)商的擴張方向來(lái)看，博世和安森美半導體 2023 年的投資直接瞄準了汽車(chē) SiC 市場(chǎng)。意法半導體計劃在意大利建設的 8 英寸 SiC 芯片工廠(chǎng)也瞄準了電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)。雖然其他廠(chǎng)商尚未明確未來(lái)產(chǎn)能的應用方向，但電動(dòng)汽車(chē)是 SiC 當前和未來(lái)的主要增長(cháng)引擎，成為各大廠(chǎng)商擴產(chǎn)的重點(diǎn)。

從成本角度來(lái)看，雖然短期內 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是不可避免的。因此，未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)預計將帶動(dòng) 8 英寸晶圓需求持續增長(cháng)。

從供應鏈角度來(lái)看，轉向 8 英寸晶圓對于 SiC 制造商來(lái)說(shuō)是一個(gè)突破。根據行業(yè)洞察，6 英寸 SiC 器件市場(chǎng)已進(jìn)入激烈競爭階段，尤其是 SiC JBD。對于規模較小、競爭力較弱的企業(yè)來(lái)說(shuō)，利潤空間日益受到擠壓，預示著(zhù)未來(lái)一輪整合重組即將到來(lái)。

硅基半導體的發(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(lái)越多廠(chǎng)商積極推進(jìn) 8 英寸晶圓的主要原因之一。

資本的進(jìn)擊

據報道，在羅姆 (Rohm) 近日召開(kāi)的財務(wù)業(yè)績(jì)發(fā)布會(huì )上，公司總裁 Isao Matsumoto（松本功）宣布，將于今年 6 月開(kāi)始與東芝在半導體業(yè)務(wù)方面進(jìn)行業(yè)務(wù)談判，預計談判將持續一年左右。兩家公司旨在加強旗下半導體業(yè)務(wù)全方面合作，涵蓋技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、采購和物流等領(lǐng)域。

松本功表示：「東芝和我們的半導體業(yè)務(wù)在包括產(chǎn)品組合在內的各個(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)同效應提出建議?！闺p方設想通過(guò)批量采購通用設備和零部件、相互銷(xiāo)售內部設備以及相互外包產(chǎn)品銷(xiāo)售來(lái)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）功率半導體器件，這一計劃還得到了日本政府的支持。該計劃旨在讓羅姆和東芝分別對 SiC 和 Si 功率半導體進(jìn)行重點(diǎn)投資，依據對方生產(chǎn)力優(yōu)勢進(jìn)行互補，有效提高供應能力。項目總投資為 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），占比高達三分之一。羅姆旗下位于宮崎縣的工廠(chǎng)將負責生產(chǎn) SiC 功率器件和 SiC 晶圓，而東芝旗下位于石川縣的工廠(chǎng)將以生產(chǎn) Si 芯片為主。

此外，羅姆計劃在 2027 財年之前，對 SiC 業(yè)務(wù)整體投資 5100 億日元（折合人民幣約 237 億元）。到 2027 財年，羅姆預計 SiC 功率器件的銷(xiāo)售額將增長(cháng)到 2700 億日元（折合人民幣約 125 億元），是 2022 財年的 9 倍。由東芝負責傳統的 Si 半導體業(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(lái)自電動(dòng)車(chē) (EV) 的需求將擴大，也讓東芝、羅姆等日本廠(chǎng)商開(kāi)始相繼增產(chǎn)節能性能提升的 EV 用次世代半導體。各家日廠(chǎng)增產(chǎn)的對象為用來(lái)供應控制電力的功率半導體產(chǎn)品，不過(guò)使用的材料不是現行主流的硅 (Si)、而是采用了 SiC。SiC 功率半導體使用于 EV 逆變器上的話(huà)，耗電力可縮減 5-8%、可提升續航距離，目前特斯拉 (Tesla) 和中國車(chē)廠(chǎng)已開(kāi)始在部分車(chē)款上使用 SiC 功率半導體。

因看好來(lái)自 EV 的需求有望呈現急速擴大，東芝半導體事業(yè)子公司「東芝電子元件及儲存裝置 (Toshiba Electronic Devices & Storage)」在 2023 年度將旗下姬路半導體工廠(chǎng)的 SiC 功率半導體產(chǎn)量擴增至 2020 年度的 3 倍、之后計劃在 2025 年度進(jìn)一步擴增至 10 倍，目標最遲在 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、目標在 2025 年之前將 SiC 功率半導體產(chǎn)能提高至現行的 5 倍以上。羅姆位于福岡縣筑后市的工廠(chǎng)內已蓋好 SiC 新廠(chǎng)房、目標 2022 年啟用，中國吉利汽車(chē)的 EV 已決定采用羅姆的 SiC 功率半導體產(chǎn)品，而羅姆目標在早期內將全球市占率自現行的近 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 年收購的德國子公司 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(chǎng)開(kāi)設了一個(gè)額外的生產(chǎn)設施，這是將產(chǎn)能增加五倍以上的計劃的一部分。

富士電機考慮將 SiC 功率半導體開(kāi)始生產(chǎn)的時(shí)間自原先計劃 (2025 年) 提前半年到 1 年。

日本研調機構富士經(jīng)濟 (Fuji Keizai) 公布的調查報告指出，隨著(zhù)車(chē)輛價(jià)格下滑、基礎設施整備完善，長(cháng)期來(lái)看，EV 將成為電動(dòng)化車(chē)款的主流，預估 2035 年全球 EV 銷(xiāo)售量預估將大幅擴增至 2,418 萬(wàn)臺、將較 2020 年跳增 10 倍 (暴增約 1,000%)。

富士經(jīng)濟公布的調查報告指出，自 2021 年以后，在汽車(chē)/電子設備需求加持下，預估 SiC、氮化鎵 (GaN) 等下一代功率半導體市場(chǎng)將以每年近 20% 的速度呈現增長(cháng)，2030 年市場(chǎng)規模預估為 2,490 億日元、將較 2020 年跳增 3.8 倍 (成長(cháng)約 380%)。

其中，因汽車(chē)/電子設備需求加持，來(lái)自中國、北美、歐洲的需求揚升，預估 2030 年 SiC 功率半導體市場(chǎng)規模將擴大至 1,859 億日元、將較 2020 年跳增 2.8 倍；GaN 功率半導體市場(chǎng)規模預估將擴大至 166 億日元、將較 2020 年飆增 6.5 倍；氧化鎵功率半導體市場(chǎng)規模預估為 465 億日元。