碳化硅競爭升級，中國企業(yè)施壓國際大廠(chǎng)

作為第三代半導體材料的典型代表，碳化硅（SiC）與硅（Si）相比，擁有更加優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，使得 SiC 器件能降低能耗 20% 以上，減少體積和重量 30%~50%，可滿(mǎn)足中低壓、高壓、超高壓功率器件制備要求。SiC 器件可廣泛應用于電動(dòng)汽車(chē)、軌道交通、智能電網(wǎng)、通信雷達和航空航天等領(lǐng)域。

SiC 主要用于功率器件制造，與傳統硅功率器件制造工藝不同，SiC 器件不能直接在 SiC 單晶材料上制造，必須在導通型單晶襯底上額外生長(cháng)高質(zhì)量的外延材料，在外延層上制造器件。

在 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈上，關(guān)鍵部分主要集中在上游，其中，襯底生產(chǎn)成本占總成本的 47%，外延片成本占 23%，合計占 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈總成本的 70% 左右。襯底制造技術(shù)壁壘很高，價(jià)值量最大，既決定了上游原材料制備的方式及相關(guān)參數，也決定著(zhù)下游器件的性能，是 SiC 大規模產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)的關(guān)鍵。

SiC 襯底方面，6 英寸產(chǎn)品已實(shí)現商用化，在此基礎上，國際大廠(chǎng)都在推 8 英寸產(chǎn)品，但距離全面商業(yè)化還有一段距離。SiC 外延片方面，情況類(lèi)似，6 英寸產(chǎn)品實(shí)現商用化，也處在 8 英寸產(chǎn)品商用推廣階段。

SiC 功率器件主要應用于新能源汽車(chē)、充電樁、工業(yè)場(chǎng)景、交通領(lǐng)域等，其中，新能源汽車(chē)應用占比最高，市場(chǎng)份額達 41.5%，由于 SiC 是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料，技術(shù)也已經(jīng)趨于成熟，使其成為實(shí)現新能源汽車(chē)最佳性能的理想選擇。目前，SiC 器件在 EV/HEV 上主要用于功率控制單元、逆變器、DC/DC 轉換器、車(chē)載充電器等。此外，光伏+儲能也是 SiC 功率器件的主要應用領(lǐng)域，占比達 23.1%。

受汽車(chē)應用推動(dòng)，尤其是 EV 主逆變器的需求，SiC 市場(chǎng)在高速增長(cháng)，據 TrendForce 統計，2023 年，全球 SiC 功率器件市場(chǎng)規模約為 30.4 億美元。

SiC 產(chǎn)業(yè)格局

按地區劃分，亞太是全球最大的 SiC 消費市場(chǎng)，從企業(yè)端來(lái)看，美國、歐洲和日本相關(guān)企業(yè)在 SiC 行業(yè)處于領(lǐng)先位置。

全球前五大 SiC 廠(chǎng)商占有 70% 左右的市場(chǎng)份額（出貨量），這些廠(chǎng)商包括 STMicroelectronics（意法半導體）、英飛凌、Wolfspeed、Rohm（羅姆）、Onsemi（安森美）、比亞迪和 Mitsubishi Electric（三菱電機）等。

美國的代表企業(yè)是 Wolfspeed 和安森美。Wolfspeed 宣布在美國北卡羅來(lái)納州建造一座價(jià)值數十億美元的新工廠(chǎng)，預計 2030 年完工；還在紐約州建設全球首座 8 英寸 SiC 晶圓廠(chǎng)，總投資達到 50 億美元。Wolfspeed 還在積極強化與下游的合作，例如，與汽車(chē)零部件供應商采埃孚合作，投資 30 億美元在德國薩爾州建設晶圓廠(chǎng)，此外，還與梅賽德斯-奔馳合作，為其供應 SiC 器件。

歐洲廠(chǎng)商通過(guò)垂直化整合，加大擴產(chǎn)力度，不斷強化在該領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。英飛凌宣布投資 20 多億歐元，擴大在馬來(lái)西亞的 SiC 工廠(chǎng)產(chǎn)能，將在 2024 下半年投入運營(yíng)。意法半導體也在大幅提高晶圓產(chǎn)能，計劃到 2024 年將 SiC 晶圓產(chǎn)能提高到 2017 年的 10 倍。

日本的羅姆將投資 500 億日元強化 SiC 生產(chǎn)，日本富士電機也在考慮將 SiC 產(chǎn)品的投產(chǎn)時(shí)間比原計劃的 2025 年提前一年。

最近，TrendForce 發(fā)布了一份研究報告，據統計，2023 年全球 SiC 功率器件市場(chǎng)保持了強勁增長(cháng)勢頭，前五大 SiC 供應商約占整個(gè)市場(chǎng)營(yíng)收的 91.9%，其中，意法半導體以 32.6% 市占率位居第一，安森美則由 2022 年的第四名躍居至第二名，市場(chǎng)份額為 23.6%，緊隨其后的是英飛凌（16.5%）、Wolfspeed（11.1%）、羅姆（8%）。

目前，SiC 襯底的主流產(chǎn)品是 6 英寸的，行業(yè)正在向 8 英寸升級，雖然 8 英寸襯底的加工成本有所增加，但可以提升芯片產(chǎn)量，8 英寸 SiC 晶圓能夠生產(chǎn)的芯片數量約為 6 英寸的 1.8 倍，向 8 英寸轉型，是降低 SiC 器件成本的可行方法。同時(shí)，8 英寸襯底厚度增加有助于在加工時(shí)保持幾何形狀，減少邊緣翹曲度，降低缺陷密度，從而提升良率。

由于采用 8 英寸襯底能夠大幅降低單位綜合成本，各大廠(chǎng)商都在積極布局 8 英寸 SiC 晶圓。Wolfspeed、英飛凌、博世、安森美等廠(chǎng)商的 8 英寸晶圓量產(chǎn)時(shí)間集中于 2024 下半年~2026 年，其中：Wolfspeed 的 8 英寸產(chǎn)品已公布，預計 2024 年第二季度產(chǎn)能利用率達 20％以上，安森美韓國工廠(chǎng)在 2024 年正式運行，預計今年產(chǎn)能為去年的 1.7 倍，2026 年產(chǎn)能規劃約為 80 萬(wàn)片，英飛凌表示，今年居林廠(chǎng)開(kāi)始量產(chǎn) 8 英寸 SiC 器件，預計到 2027 年產(chǎn)能約為 80 萬(wàn)片，是 2023 年初的 10 倍。

由于亞洲，特別是東亞地區是全球 SiC 器件第一大消費市場(chǎng)，同時(shí)，日本和中國的 SiC 生產(chǎn)商也在全球產(chǎn)業(yè)鏈中扮演著(zhù)重要角色，因此，下邊將著(zhù)重介紹該地區的 SiC 器件生產(chǎn)情況。

日本的優(yōu)勢：扎實(shí)的半導體工藝技術(shù)積淀

日本半導體產(chǎn)業(yè)和相關(guān)企業(yè)有長(cháng)年形成的制造工藝和技術(shù)積淀，在發(fā)展以 SiC 為代表的第三代半導體器件方面有其獨特優(yōu)勢。

在日本，SiC 產(chǎn)業(yè)鏈上的廠(chǎng)商還是比較多的，如羅姆、三菱電機、東芝、富士電機、瑞薩，以及中央硝子（Central Glass）、DISCO 等，在全球都有著(zhù)較強競爭力。

羅姆是日本最大的 SiC 功率器件生產(chǎn)商，并通過(guò)其德國子公司 SiCrystal 生產(chǎn) SiC 晶圓。羅姆占據著(zhù)全球 10% 的 SiC 功率器件市場(chǎng)，以及 15%-20% 的 SiC 晶圓市場(chǎng)。

羅姆計劃在 2028 年前投資 5100 億日元發(fā)展 SiC 產(chǎn)業(yè)，目標是到 2030 年 SiC 晶圓產(chǎn)能相比 2021 年提高 35 倍，據悉，到 2025 年，羅姆 SiC 產(chǎn)能將提升 6.5 倍。

今年 6 月，羅姆子公司 SiCrystal 宣布，將在德國紐倫堡東北部現有工廠(chǎng)對面擴建廠(chǎng)房。據介紹，新的 SiC 晶圓廠(chǎng)將額外提供 6000 平方米的生產(chǎn)空間，并將配備最先進(jìn)的技術(shù)，以進(jìn)一步優(yōu)化 SiC 晶圓的生產(chǎn)。新工廠(chǎng)預計將在 2026 年初完工，到 2027 年，SiCrystal 的總產(chǎn)能將比 2024 年增加約 3 倍。

2023 年 6 月，羅姆與德國汽車(chē)零件大廠(chǎng) Vitesco Technologies 簽訂了 SiC 功率器件的長(cháng)期供應契約，在 2024-2030 年期間的交易額將超過(guò) 1300 億日元。2023 年 7 月，羅姆宣布收購太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商 Solar Frontier 在宮崎縣國富町的工廠(chǎng)，計劃將該工廠(chǎng)用于擴大 SiC 功率器件的產(chǎn)能，未來(lái)將成為羅姆的主要生產(chǎn)基地。

另一家廠(chǎng)商三菱電機宣布，在 2026 年 3 月之前將之前宣布的投資計劃翻一番，達到約 2600 億日元，主要用于建設新的晶圓廠(chǎng)，以增加 SiC 功率器件的產(chǎn)能。

2023 年 10 月，日本汽車(chē)零組件大廠(chǎng) Denso 和三菱電機宣布，將分別投資 5 億美元，入股美國 Coherent（原名 II-VI）的 SiC 業(yè)務(wù)子公司 Silicon Carbide，分別取得 12.5% 股權（兩家日企合計取得 25% 股權）。Silicon Carbide 主要從事 SiC 晶圓等產(chǎn)品的制造，于 2023 年 4 月從 Coherent 公司分拆出來(lái)。通過(guò)此次投資，Denso 和三菱電機可實(shí)現 6 英寸和 8 英寸 SiC 晶圓的長(cháng)期穩定采購，進(jìn)一步強化用來(lái)控制電動(dòng)車(chē)馬達的逆變器競爭力。

日本企業(yè)中，還有富士通半導體、日立、京瓷、新日本無(wú)線(xiàn)電、菲尼泰克半導體、三墾電氣、三社電氣制造、精工 NPC、昭和電工、住友金屬礦山等多家涉及 SiC 襯底和外延片生產(chǎn)。

基于日本在半導體材料和設備領(lǐng)域的長(cháng)年積累，相關(guān)企業(yè)也將其技術(shù)和工藝優(yōu)勢轉移到 SiC 上。

最近，日本中央硝子開(kāi)發(fā)出了利用含有硅和碳的溶液（液相法）來(lái)制造 SiC 襯底的技術(shù)。與使用高溫下升華的 SiC 使單晶生長(cháng)（升華法）的傳統技術(shù)相比，液相法在增大襯底尺寸和提高品質(zhì)方面更具優(yōu)勢。該技術(shù)可使襯底的制造成本降低 10% 以上，良率也會(huì )大幅度提升。

由于利用液相法制備 SiC 襯底較為復雜，此前該技術(shù)一直未應用在實(shí)際生產(chǎn)中。中央硝子運用計算化學(xué)，通過(guò)推算溶液的動(dòng)態(tài)，成功量產(chǎn)出了 6 英寸 SiC 襯底。在此基礎上，該公司打算最早于 2030 年把相關(guān)技術(shù)擴展到 8 英寸 SiC 襯底的生產(chǎn)。

為了讓客戶(hù)采用以新技術(shù)制作的 SiC 襯底，中央硝子已開(kāi)始與歐美大型半導體企業(yè)展開(kāi)商討。中央硝子最早將于 2024 年夏天開(kāi)始向客戶(hù)提供樣品，2027～2028 年實(shí)現商業(yè)化。

設備方面，日本晶圓設備制造商 DISCO 于 2023 年 12 月推出了新的 SiC 晶圓切割設備，可將切割速度提高 10 倍，首批產(chǎn)品已交付客戶(hù)。

中國廠(chǎng)商給國際大廠(chǎng)加壓

目前，中國 SiC 產(chǎn)業(yè)處于不斷加速階段。2023 年，中國 SiC 襯底材料出貨 89.4 萬(wàn)片（折合 6 英寸晶圓），比 2022 年的 30 萬(wàn)片增長(cháng) 297.9%，銷(xiāo)售收入為 36.5 億元，同比暴漲 221.2%。但是，總體來(lái)看，中國企業(yè)與國外廠(chǎng)商仍有一定差距，特別是在 SiC 功率器件營(yíng)收方面，如芯聯(lián)集成預計其 2024 年 SiC 器件營(yíng)收將增長(cháng)至 10 億，然而，僅意法半導體一家廠(chǎng)商在 2023 年的 SiC 營(yíng)收就達到 11.4 億美元（約合人民幣 82.8 億元）。

在 SiC 襯底方面，天科合達、山東天岳、山西爍科、河北同光、廣州南砂、晶盛機電等廠(chǎng)商已實(shí)現批量生產(chǎn)（或小批量生產(chǎn)）。其中，天科合達去年產(chǎn)能已達 16 萬(wàn)片 6 英寸 SiC 晶圓，今年將開(kāi)始生產(chǎn) 8 英寸產(chǎn)品，山東天岳預計到 2026 年，產(chǎn)能將達到 30 萬(wàn)片 6 英寸晶圓。

Yole 報告顯示，在 2023 年全球導電型 SiC 襯底材料市場(chǎng)占有率排行中，天科合達以 18% 的市場(chǎng)份額超過(guò)美國 Coherent（16%），躍居全球第二，不過(guò)仍低于 WolfSpeed 的 33%。山東天岳則以 14% 的市場(chǎng)份額排名第四。

SiC 外延片方面，東莞天域、瀚天天成、三安光電、河北普興、中電化合物等廠(chǎng)商已實(shí)現量產(chǎn)出貨，2023 年 SiC 外延片產(chǎn)能達 400 多萬(wàn)片。

SiC 器件方面，芯聯(lián)集成、士蘭微、積塔半導體、基本半導體、泰科天潤、聞泰科技、揚杰科技、東微半導等企業(yè)的 SiC 功率器件和模塊營(yíng)收持續提升。

目前，中國本土 SiC 襯底廠(chǎng)商已經(jīng)具備優(yōu)秀的 6 英寸產(chǎn)品量產(chǎn)水平，還在與歐美 IDM 大廠(chǎng)共同開(kāi)發(fā) 8 英寸 SiC 技術(shù)，例如，天科合達、天岳與英飛凌合作，由天科合達、天岳提供 6 英寸 SiC 襯底材料給英飛凌進(jìn)行晶圓加工，后續將共同向 8 英寸 SiC 晶圓技術(shù)過(guò)渡；三安光電與意法半導體達成合作，在重慶合資建 8 英寸 SiC 晶圓廠(chǎng)。

中國電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)的龐大需求給 SiC 供應鏈提供了足夠的增長(cháng)空間，也給國際大廠(chǎng)造成了不小的壓力。由于中國企業(yè)產(chǎn)能大幅擴張，SiC 襯底價(jià)格的下滑速度遠超過(guò)市場(chǎng)擴張速度。業(yè)內人士表示，中國 6 英寸 SiC 晶圓代工價(jià)格，已降至每片 1200~1800 美元，比兩年前每片 4000 美元左右的價(jià)格大幅下降。

2023 年，全球 SiC 襯底供應量為 170 萬(wàn)片，天科合達當年產(chǎn)能估計達 16 萬(wàn)片 6 英寸晶圓，今年開(kāi)始生產(chǎn) 8 英寸 SiC 晶圓。山東天岳計劃到 2026 年，產(chǎn)能將達到 30 萬(wàn)片 6 英寸晶圓。

2023 年初，6 英寸 SiC 襯底價(jià)格還在 1000 美元左右，現在只有 500 多美元。不過(guò)，業(yè)內人士認為，中國的價(jià)格競爭已達極限，因為價(jià)格再往下降，中國廠(chǎng)商也無(wú)利可圖。