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碳化硅的新爆發

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隨著全球對于電動汽車接納程度的逐步提升,碳化硅(SiC)在未來十年將會迎來全新的增長契機。預計將來,功率半導體的生產商與汽車行業的運作方會更踴躍地參與到這一領域的價值鏈建設里。

SiC作為第三代半導體以其優越的性能,在今年再次掀起風潮。

01

6英寸到8英寸的過渡推動

由于截至 2024 年開放 SiC 晶圓市場缺乏批量出貨,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、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度和高遷移率等特點,是良好的半導體材料,目前已經在汽車電子、工業半導體等領域有了較為廣泛的應用。而在進入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財報說明上的數據,單從晶圓加工成本來看,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良裸片(die)數量可增加20%~30%,產量更高,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,8英寸基板可以生產更多芯片,從而減少邊緣浪費。簡單來說,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英寸基板已開始滲透市場。例如,2023年7月,Wolfspeed宣布其8英寸晶圓廠已開始向中國客戶出貨SiC MOSFET,表明其8英寸SiC襯底已批量出貨。TankeBlue半導體也已開始小規模出貨8英寸基板,計劃到2024年實現中規模出貨。

自2015年Wolfspeed首次展示樣品以來,8英寸SiC襯底已經經歷了7-8年的發展歷史,近兩年技術和產品開發明顯加速?v觀國際廠商,除了已實現量產的Wolfspeed外,還有7家SiC襯底、外延,預計今年或未來1-2年內實現8英寸襯底的量產。

投資方面,Wolfspeed繼續在美國北卡羅來納州建設John Palmour碳化硅制造中心(SiC襯底工廠)。該工廠將進一步帶動基板產能的擴張,以滿足日益增長的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,在美國和瑞典都有大規模的擴建項目。在產品出口渠道方面,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英寸領域,與湖南三安半導體合作建設8英寸SiC晶圓廠。后者將配套建設8英寸SiC襯底工廠,確保合資公司穩定的材料供應。同時,ST正在開發自己的基板,此前與Soitec合作實現了8英寸SiC基板的量產。

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就國內廠商而言,目前已有10多家企業8英寸SiC襯底進入樣品和小規模生產階段。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商建立了長期合作伙伴關系。從技術角度來看,這種差距的縮小反映了全球襯底技術的整體進步。展望未來,預計各廠商的共同努力將推動8英寸基板技術的發展。

總體來看,8英寸SiC襯底整體發展勢頭強勁。

02

全球8英寸SiC工廠加速擴張

隨著襯底材料不斷突破技術天花板,2023年全球8英寸SiC晶圓廠擴產規模再創新高。

據TrendForce統計,2023年大約有12個與8英寸晶圓相關的擴產項目,其中8個項目由Wolfspeed、Onsemi、意法半導體、英飛凌、羅姆等全球廠商主導。意法半導體還與三安半導體合作開展了一個項目。此外,還有3個項目由環球電源科技、聯星科技、J2半導體等中國制造商牽頭。從地區角度來看,預計歐洲、美洲、日本、韓國、中國和東南亞等重點地區將大量投資新建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或規劃中。

從廠商的擴張方向來看,博世和安森美半導體2023年的投資直接瞄準了汽車SiC市場。意法半導體計劃在意大利建設的8英寸SiC芯片工廠也瞄準了電動汽車市場。雖然其他廠商尚未明確未來產能的應用方向,但電動汽車是SiC當前和未來的主要增長引擎,成為各大廠商擴產的重點。

從成本角度來看,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,未來電動汽車市場預計將帶動8英寸晶圓需求持續增長。

從供應鏈角度來看,轉向8英寸晶圓對于SiC制造商來說是一個突破。根據行業洞察,6英寸SiC器件市場已進入激烈競爭階段,尤其是SiC JBD。對于規模較小、競爭力較弱的企業來說,利潤空間日益受到擠壓,預示著未來一輪整合重組即將到來。

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

03

資本的進擊

據報道,在羅姆(Rohm)近日召開的財務業績發布會上,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體業務方面進行業務談判,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務全方面合作,涵蓋技術開發、生產、銷售、采購和物流等領域。

松本功表示:“東芝和我們的半導體業務在包括產品組合在內的各個方面都非常平衡且高度兼容,我們希望就如何創造這種協同效應提出建議。”雙方設想通過批量采購通用設備和零部件、相互銷售內部設備以及相互外包產品銷售來降低成本。

此前,羅姆和東芝宣布將合作生產碳化硅(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功率半導體進行重點投資,依據對方生產力優勢進行互補,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將負責生產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Si芯片為主。

此外,羅姆計劃在2027財年之前,對SiC業務整體投資5100億日元(折合人民幣約237億元)。到2027財年,羅姆預計SiC功率器件的銷售額將增長到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半導體業務將使羅姆公司能夠把投資重點放在更尖端的SiC產品上。

因看好來自電動車(EV)的需求將擴大,也讓東芝、羅姆等日本廠商開始相繼增產節能性能提升的EV用次世代半導體。各家日廠增產的對象為用來供應控制電力的功率半導體產品,不過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,耗電力可縮減5-8%、可提升續航距離,目前特斯拉(Tesla)和中國車廠已開始在部分車款上使用SiC功率半導體。

因看好來自EV的需求有望呈現急速擴大,東芝半導體事業子公司「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的SiC功率半導體產量擴增至2020年度的3倍、之后計劃在2025年度進一步擴增至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功率半導體產能提高至現行的5倍以上。羅姆位于福岡縣筑后市的工廠內已蓋好SiC新廠房、目標2022年啟用,中國吉利汽車的EV已決定采用羅姆的SiC功率半導體產品,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。

羅姆在該領域一直處于領先地位,2010 年量產了世界上第一個 SiC 晶體管。2009 年收購的德國子公司 SiCrystal 生產 SiC 晶圓,使羅姆具備了從頭到尾的生產能力。它最近在日本福岡縣的一家工廠開設了一個額外的生產設施,這是將產能增加五倍以上的計劃的一部分。

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

日本研調機構富士經濟(Fuji Keizai)公布的調查報告指出,隨著車輛價格下滑、基礎設施整備完善,長期來看,EV將成為電動化車款的主流,預估2035年全球EV銷售量預估將大幅擴增至2,418萬臺、將較2020年跳增10倍(暴增約1,000%)。

富士經濟公布的調查報告指出,自2021年以后,在汽車/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將以每年近20%的速度呈現增長,2030年市場規模預估為2,490億日元、將較2020年跳增3.8倍(成長約380%)。

其中,因汽車/電子設備需求加持,來自中國、北美、歐洲的需求揚升,預估2030年SiC功率半導體市場規模將擴大至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規模預估為465億日元。

       原文標題 : 碳化硅的新爆發

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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