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?！彪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。