碳化硅的新爆發(fā)！

隨著全球?qū)τ陔妱悠嚱蛹{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(chǎn)商與汽車行業(yè)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(yōu)越的性能，在今年再次掀起風潮。

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(zhàn)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(jīng)在汽車電子、工業(yè)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(shù)量將大大增加。根據(jù)Wolfspeed財報說明上的數(shù)據(jù)，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(yōu)良裸片（die）數(shù)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(jù)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(chǎn)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(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(guī)模出貨8英寸基板，計劃到2024年實現(xiàn)中規(guī)模出貨。

自2015年Wolfspeed首次展示樣品以來，8英寸SiC襯底已經(jīng)經(jīng)歷了7-8年的發(fā)展歷史，近兩年技術和產(chǎn)品開發(fā)明顯加速。縱觀國際廠商，除了已實現(xiàn)量產(chǎn)的Wolfspeed外，還有7家SiC襯底、外延，預計今年或未來1-2年內(nèi)實現(xiàn)8英寸襯底的量產(chǎn)。

投資方面，Wolfspeed繼續(xù)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(chǎn)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(chǎn)，在美國和瑞典都有大規(guī)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(wěn)定的材料供應。同時，ST正在開發(fā)自己的基板，此前與Soitec合作實現(xiàn)了8英寸SiC基板的量產(chǎn)。

就國內(nèi)廠商而言，目前已有10多家企業(yè)8英寸SiC襯底進入樣品和小規(guī)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(fā)展。

總體來看，8英寸SiC襯底整體發(fā)展勢頭強勁。

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(chǎn)規(guī)模再創(chuàng)新高。

據(jù)TrendForce統(tǒng)計，2023年大約有12個與8英寸晶圓相關的擴產(chǎn)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(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(qū)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(qū)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(guī)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(chǎn)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(chǎn)的重點。

從成本角度來看，雖然短期內(nèi)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(xù)增長。

從供應鏈角度來看，轉(zhuǎn)向8英寸晶圓對于SiC制造商來說是一個突破。根據(jù)行業(yè)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(guī)模較小、競爭力較弱的企業(yè)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(fā)展歷史證明，改用更大尺寸的晶圓可以提高生產(chǎn)率。這是越來越多廠商積極推進8英寸晶圓的主要原因之一。

資本的進擊

據(jù)報道，在羅姆(Rohm)近日召開的財務業(yè)績發(fā)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(yè)務方面進行業(yè)務談判，預計談判將持續(xù)一年左右。兩家公司旨在加強旗下半導體業(yè)務全方面合作，涵蓋技術開發(fā)、生產(chǎn)、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(yè)務在包括產(chǎn)品組合在內(nèi)的各個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方設想通過批量采購通用設備和零部件、相互銷售內(nèi)部設備以及相互外包產(chǎn)品銷售來降低成本。

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功率半導體進行重點投資，依據(jù)對方生產(chǎn)力優(yōu)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(chǎn)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(chǎn)Si芯片為主。

此外，羅姆計劃在2027財年之前，對SiC業(yè)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(tǒng)的Si半導體業(yè)務將使羅姆公司能夠把投資重點放在更尖端的SiC產(chǎn)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(chǎn)節(jié)能性能提升的EV用次世代半導體。各家日廠增產(chǎn)的對象為用來供應\控制電力的功率半導體產(chǎn)品，不過使用的材料不是現(xiàn)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(xù)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(xiàn)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(xiàn)行的5倍以上。羅姆位于福岡縣筑后市的工廠內(nèi)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(chǎn)品，而羅姆目標在早期內(nèi)將全球市占率自現(xiàn)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(chǎn)了世界上第一個 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開設了一個額外的生產(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功率半導體開始生產(chǎn)的時間自原先計劃(2025年)提前半年到1年。

日本研調(diào)機構富士經(jīng)濟(Fuji Keizai)公布的調(diào)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(jīng)濟公布的調(diào)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(xiàn)增長，2030年市場規(guī)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(guī)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(guī)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(guī)模預估為465億日元。