碳化硅競爭升級,中國企業施壓國際大廠
?作為第三代半導體材料的典型代表,碳化硅(SiC)與硅(Si)相比,擁有更加優異的物理和化學特性,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汽車、軌道交通、智能電網、通信雷達和航空航天等領域。
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
在SiC產業鏈上,關鍵部分主要集中在上游,其中,襯底生產成本占總成本的47%,外延片成本占23%,合計占SiC產業鏈總成本的70%左右。襯底制造技術壁壘很高,價值量最大,既決定了上游原材料制備的方式及相關參數,也決定著下游器件的性能,是SiC大規模產業化推進的關鍵。
SiC襯底方面,6英寸產品已實現商用化,在此基礎上,國際大廠都在推8英寸產品,但距離全面商業化還有一段距離。SiC外延片方面,情況類似,6英寸產品實現商用化,也處在8英寸產品商用推廣階段。
SiC功率器件主要應用于新能源汽車、充電樁、工業場景、交通領域等,其中,新能源汽車應用占比最高,市場份額達41.5%,由于SiC是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料,技術也已經趨于成熟,使其成為實現新能源汽車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、車載充電器等。此外,光伏+儲能也是SiC功率器件的主要應用領域,占比達23.1%。
受汽車應用推動,尤其是EV主逆變器的需求,SiC市場在高速增長,據TrendForce統計,2023年,全球SiC功率器件市場規模約為30.4億美元。
01
SiC產業格局
按地區劃分,亞太是全球最大的SiC消費市場,從企業端來看,美國、歐洲和日本相關企業在SiC行業處于領先位置。
全球前五大SiC廠商占有70%左右的市場份額(出貨量),這些廠商包括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。
美國的代表企業是Wolfspeed和安森美。Wolfspeed宣布在美國北卡羅來納州建造一座價值數十億美元的新工廠,預計2030年完工;還在紐約州建設全球首座8英寸SiC晶圓廠,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,此外,還與梅賽德斯-奔馳合作,為其供應SiC器件。
歐洲廠商通過垂直化整合,加大擴產力度,不斷強化在該領域的競爭優勢。英飛凌宣布投資20多億歐元,擴大在馬來西亞的SiC工廠產能,將在2024下半年投入運營。意法半導體也在大幅提高晶圓產能,計劃到2024年將SiC晶圓產能提高到2017年的10倍。
日本的羅姆將投資500億日元強化SiC生產,日本富士電機也在考慮將SiC產品的投產時間比原計劃的2025年提前一年。
最近,TrendForce發布了一份研究報告,據統計,2023年全球SiC功率器件市場保持了強勁增長勢頭,前五大SiC供應商約占整個市場營收的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襯底的主流產品是6英寸的,行業正在向8英寸升級,雖然8英寸襯底的加工成本有所增加,但可以提升芯片產量,8英寸SiC晶圓能夠生產的芯片數量約為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,8英寸襯底厚度增加有助于在加工時保持幾何形狀,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,各大廠商都在積極布局8英寸SiC晶圓。Wolfspeed、英飛凌、博世、安森美等廠商的8英寸晶圓量產時間集中于2024下半年~2026年,其中:Wolfspeed的8英寸產品已公布,預計2024年第二季度產能利用率達20%以上,安森美韓國工廠在2024年正式運行,預計今年產能為去年的1.7倍,2026年產能規劃約為80萬片,英飛凌表示,今年居林廠開始量產8英寸SiC器件,預計到2027年產能約為80萬片,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,同時,日本和中國的SiC生產商也在全球產業鏈中扮演著重要角色,因此,下邊將著重介紹該地區的SiC器件生產情況。
02
日本的優勢:扎實的半導體工藝技術積淀
日本半導體產業和相關企業有長年形成的制造工藝和技術積淀,在發展以SiC為代表的第三代半導體器件方面有其獨特優勢。
在日本,SiC產業鏈上的廠商還是比較多的,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,在全球都有著較強競爭力。
羅姆是日本最大的SiC功率器件生產商,并通過其德國子公司SiCrystal生產SiC晶圓。羅姆占據著全球10%的SiC功率器件市場,以及15%-20%的SiC晶圓市場。
羅姆計劃在2028年前投資5100億日元發展SiC產業,目標是到2030年SiC晶圓產能相比2021年提高35倍,據悉,到2025年,羅姆SiC產能將提升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對面擴建廠房。據介紹,新的SiC晶圓廠將額外提供6000平方米的生產空間,并將配備最先進的技術,以進一步優化SiC晶圓的生產。新工廠預計將在2026年初完工,到2027年,SiCrystal的總產能將比2024年增加約3倍。
2023年6月,羅姆與德國汽車零件大廠Vitesco Technologies簽訂了SiC功率器件的長期供應契約,在2024-2030年期間的交易額將超過1300億日元。2023年7月,羅姆宣布收購太陽能電池生產商Solar Frontier在宮崎縣國富町的工廠,計劃將該工廠用于擴大SiC功率器件的產能,未來將成為羅姆的主要生產基地。
另一家廠商三菱電機宣布,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,以增加SiC功率器件的產能。
2023年10月,日本汽車零組件大廠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業務子公司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晶圓等產品的制造,于2023年4月從Coherent公司分拆出來。通過此次投資,Denso和三菱電機可實現6英寸和8英寸SiC晶圓的長期穩定采購,進一步強化用來控制電動車馬達的逆變器競爭力。
日本企業中,還有富士通半導體、日立、京瓷、新日本無線電、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。
基于日本在半導體材料和設備領域的長年積累,相關企業也將其技術和工藝優勢轉移到SiC上。
最近,日本中央硝子開發出了利用含有硅和碳的溶液(液相法)來制造SiC襯底的技術。與使用高溫下升華的SiC使單晶生長(升華法)的傳統技術相比,液相法在增大襯底尺寸和提高品質方面更具優勢。該技術可使襯底的制造成本降低10%以上,良率也會大幅度提升。
由于利用液相法制備SiC襯底較為復雜,此前該技術一直未應用在實際生產中。中央硝子運用計算化學,通過推算溶液的動態,成功量產出了6英寸SiC襯底。在此基礎上,該公司打算最早于2030年把相關技術擴展到8英寸SiC襯底的生產。
為了讓客戶采用以新技術制作的SiC襯底,中央硝子已開始與歐美大型半導體企業展開商討。中央硝子最早將于2024年夏天開始向客戶提供樣品,2027~2028年實現商業化。
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,首批產品已交付客戶。
03
中國廠商給國際大廠加壓
目前,中國SiC產業處于不斷加速階段。2023年,中國SiC襯底材料出貨89.4萬片(折合6英寸晶圓),比2022年的30萬片增長297.9%,銷售收入為36.5億元,同比暴漲221.2%。但是,總體來看,中國企業與國外廠商仍有一定差距,特別是在SiC功率器件營收方面,如芯聯集成預計其2024年SiC器件營收將增長至10億,然而,僅意法半導體一家廠商在2023年的SiC營收就達到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、晶盛機電等廠商已實現批量生產(或小批量生產)。其中,天科合達去年產能已達16萬片6英寸SiC晶圓,今年將開始生產8英寸產品,山東天岳預計到2026年,產能將達到30萬片6英寸晶圓。
Yole報告顯示,在2023年全球導電型SiC襯底材料市場占有率排行中,天科合達以18%的市場份額超過美國Coherent(16%),躍居全球第二,不過仍低于WolfSpeed的33%。山東天岳則以14%的市場份額排名第四。
SiC外延片方面,東莞天域、瀚天天成、三安光電、河北普興、中電化合物等廠商已實現量產出貨,2023年SiC外延片產能達400多萬片。
SiC器件方面,芯聯集成、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、東微半導等企業的SiC功率器件和模塊營收持續提升。
目前,中國本土SiC襯底廠商已經具備優秀的6英寸產品量產水平,還在與歐美IDM大廠共同開發8英寸SiC技術,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行晶圓加工,后續將共同向8英寸SiC晶圓技術過渡;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。
中國電動車市場的龐大需求給SiC供應鏈提供了足夠的增長空間,也給國際大廠造成了不小的壓力。由于中國企業產能大幅擴張,SiC襯底價格的下滑速度遠超過市場擴張速度。業內人士表示,中國6英寸SiC晶圓代工價格,已降至每片1200~1800美元,比兩年前每片4000美元左右的價格大幅下降。
2023年,全球SiC襯底供應量為170萬片,天科合達當年產能估計達16萬片6英寸晶圓,今年開始生產8英寸SiC晶圓。山東天岳計劃到2026年,產能將達到30萬片6英寸晶圓。
2023年初,6英寸SiC襯底價格還在1000美元左右,現在只有500多美元。不過,業內人士認為,中國的價格競爭已達極限,因為價格再往下降,中國廠商也無利可圖。
原文標題 : 碳化硅競爭升級,中國企業施壓國際大廠
圖片新聞
發表評論
請輸入評論內容...
請輸入評論/評論長度6~500個字
暫無評論
暫無評論