SiC產(chǎn)業(yè)鏈與SiC戰(zhàn)略初探

隨著我們逐漸擺脫化石燃料，世界正在認(rèn)識(shí)到功率半導(dǎo)體的至關(guān)重要性。

能源效率、電氣化和二氧化碳減排是我們這個(gè)時(shí)代的口號(hào)，但它們只是最近一系列碳化硅（SiC）芯片工廠投資背后故事的一部分。從Wolfspeed 計(jì)劃在德國(guó)建設(shè)全球最大的 SiC 工廠，到三菱計(jì)劃在日本建設(shè)8 英寸 SiC 晶圓廠，這些項(xiàng)目不僅涉及氣候變化，還涉及緩和全球緊張局勢(shì)和保障芯片供應(yīng)。

我們?cè)诿绹?guó)政府為其國(guó)內(nèi)芯片制造提供的 527 億美元補(bǔ)貼計(jì)劃中看到了這一點(diǎn)，作為其“芯片法案”的一部分，而緊隨其后的是歐盟的 470 億美元計(jì)劃。歐盟旨在實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體完全自給自足 ；希望半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大規(guī)模遷移回歐洲。此外，歐盟還希望到 2030 年將市場(chǎng)份額從 10% 提高到 20%。

日本將投入 28 億美元用于芯片補(bǔ)貼，其中高達(dá)三分之一的資本將用于投資功率半導(dǎo)體。

英國(guó)在今年 5 月也發(fā)布了期待已久的國(guó)家半導(dǎo)體戰(zhàn)略，重點(diǎn)關(guān)注半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、化合物半導(dǎo)體和研發(fā)。英國(guó)政府將在未來兩年投資 2 億英鎊，并在未來十年投資 10 億英鎊，以支持本土化合物半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。到目前為止，還沒有進(jìn)行晶圓廠投資。

這些在未來幾年將如何展開？根據(jù) Yole Group 2022 年的估計(jì)，未來四年 SiC 功率器件將占整個(gè)功率器件的 30%，到 2027 年市場(chǎng)潛力將超過 60 億美元，高于 2021 年的約 10 億美元。

SiC市場(chǎng)會(huì)進(jìn)一步發(fā)展嗎？是否存在供應(yīng)不足或供應(yīng)過剩的風(fēng)險(xiǎn)？

有趣的是，作為《歐洲芯片法》的一部分，歐盟委員會(huì)啟動(dòng)了半導(dǎo)體警報(bào)系統(tǒng)（Semiconductor Alert System），這是監(jiān)控半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的一個(gè)新試驗(yàn)，使利益相關(guān)者能夠?qū)Π雽?dǎo)體價(jià)值鏈上任何關(guān)鍵的中斷提高認(rèn)識(shí)。這個(gè)想法是要保證歐盟委員會(huì)可以對(duì)任何潛在的危機(jī)情況迅速做出反應(yīng)。

眾所周知，半導(dǎo)體行業(yè)的周期——晶圓廠建設(shè)之后是供過于求。繁榮通常伴隨著蕭條。但SiC芯片制造商卻持非常樂觀的態(tài)度。安森美和意法半導(dǎo)體兩家公司都宣布了在2023年獲得10億美元SiC業(yè)務(wù)的目標(biāo)。英飛凌希望到2030年占據(jù)全球SiC市場(chǎng)30%的份額。

汽車是SiC淘金熱的主要焦點(diǎn)。英飛凌的數(shù)據(jù)顯示，汽車半導(dǎo)體含量預(yù)計(jì)將從內(nèi)燃機(jī)汽車每輛約490美元增加到純電動(dòng)汽車(BEV)每輛約950美元。功率半導(dǎo)體將推動(dòng)這一含量的增加，尤其是用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的大功率逆變器。

英國(guó)市場(chǎng)分析公司Exawatt預(yù)測(cè)，到2030年，超過95%的乘用純電動(dòng)汽車將在其動(dòng)力系統(tǒng)中使用SiC MOSFET。它還預(yù)計(jì)，到2024年，基于SIC的逆變器將超過基于硅的逆變器。到2030年，純電動(dòng)汽車將占乘用車年銷量的50%以上；95%的純電動(dòng)汽車將在他們的動(dòng)力系統(tǒng)中使用基于SiC的半導(dǎo)體。

據(jù)英飛凌首席采購(gòu)官Angelique van der Burg稱，她的公司正在加倍投資SiC?！霸谶@種情況下，我們正在實(shí)施多供應(yīng)商和多國(guó)采購(gòu)戰(zhàn)略，以提高彈性，使我們廣泛的客戶群受益，”她談到最近與兩家中國(guó)SiC供應(yīng)商（TanKeBlue天科合達(dá)和SICC天岳先進(jìn)）簽訂了合作協(xié)議，根據(jù)協(xié)議他們將為英飛凌提供150毫米SiC晶圓和晶錠，并支持英飛凌向200毫米晶圓的過渡。此外，英飛凌已與美國(guó)相干公司（前身為II-VI）達(dá)成協(xié)議，為其供應(yīng)150毫米基板，并在去年簽署了200毫米基板的合作協(xié)議。

意法半導(dǎo)體公司正在西西里島的卡塔尼亞建設(shè)一條晶圓試驗(yàn)線和一個(gè)加工前端，在其現(xiàn)有的SiC工廠旁邊。它的目標(biāo)是將前端產(chǎn)能提高10倍，到2024年第四季度，40%的基板將在內(nèi)部采購(gòu)，并從150毫米開始過渡到200毫米。

美國(guó)的安森美公司的目標(biāo)是將其SiC晶錠年產(chǎn)能擴(kuò)大五倍，作為其全面控制其整個(gè)SiC制造供應(yīng)鏈（從采購(gòu)SiC粉末和石墨原材料到交付全封裝的SiC器件）計(jì)劃的一部分。晶圓的內(nèi)部采購(gòu)是其戰(zhàn)略的關(guān)鍵。

汽車、汽車、汽車

SiC市場(chǎng)的增長(zhǎng)與交通電氣化有關(guān)。自2019年以來，包括意法半導(dǎo)體、Wolfspeed、ROHM、英飛凌科技、安森美和多家中國(guó)公司在內(nèi)的行業(yè)參與者已投資超過150億美元。Yole預(yù)計(jì)，這在未來會(huì)出現(xiàn)更多，許多其他汽車制造商已決定在其遠(yuǎn)程EV/HEV中采用基于SiC的逆變器：大眾汽車、通用汽車、福特、保時(shí)捷、雷諾……都是推動(dòng)這一趨勢(shì)的。

與汽車公司的聯(lián)盟是SiC故事的核心。意法半導(dǎo)體最近宣布它有25個(gè)正在進(jìn)行的電動(dòng)汽車項(xiàng)目，涉及8個(gè)客戶。他們的模塊已在Tesla Model 3中使用多年。

為3,600多家汽車和工業(yè)客戶提供SiC半導(dǎo)體的英飛凌剛剛與中國(guó)臺(tái)灣電子制造服務(wù)提供商鴻?？萍技瘓F(tuán)（富士康）簽署協(xié)議，共同開發(fā)電動(dòng)汽車并在臺(tái)灣建立系統(tǒng)應(yīng)用中心。2023年8月英飛凌宣布，計(jì)劃在未來五年內(nèi)追加投資高達(dá)50億歐元（約合人民幣393.4億元），用于在馬來西亞建造全球最大的8英寸SiC功率晶圓廠。此外，還將對(duì)位于德國(guó)奧地利菲拉赫以及馬來西亞居林的現(xiàn)有工廠進(jìn)行8英寸改造。英飛凌CEO Jochen Hanebeck表示：“SiC市場(chǎng)不僅在汽車領(lǐng)域，而且在太陽(yáng)能、儲(chǔ)能和大功率電動(dòng)汽車充電等廣泛的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域都呈現(xiàn)出加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。隨著居林的擴(kuò)張，我們將確保我們?cè)谶@個(gè)市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位，”

Wolfspeed與德國(guó)大型汽車系統(tǒng)公司采埃孚建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，計(jì)劃在德國(guó)紐倫堡地區(qū)建立歐洲SiC電力電子聯(lián)合研發(fā)中心。Wolfspeed前幾年出售其LED業(yè)務(wù)并擴(kuò)大其功率器件業(yè)務(wù)，表明其發(fā)展SiC業(yè)務(wù)的決心。憑借其在SiC晶圓方面的領(lǐng)先地位，Wolfspeed現(xiàn)已通過其8英寸晶圓廠的認(rèn)證。

安森美將為大眾汽車提供用于電動(dòng)汽車牽引逆變器解決方案的SiC模塊和半導(dǎo)體。該公司還與寶馬于2023年3月簽署了電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議。此外，還與芬蘭電動(dòng)汽車充電公司Kempower就SiC MOSFET和SiC二極管展開合作，并與中國(guó)電動(dòng)汽車公司Zeekr合作，Zeekr是電池技術(shù)、電池管理系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)技術(shù)的開發(fā)商。該公司與美國(guó)車行方案的全球領(lǐng)先供應(yīng)商博格華納擴(kuò)大SiC方面的戰(zhàn)略合作，協(xié)議總價(jià)值超10億美元。博格華納將安森美的EliteSiC 1200V和750V功率器件集成到其VIPER功率模塊中，用于主驅(qū)逆變器解決方案，以提高電動(dòng)汽車的性能。

與此同時(shí)，日本廠商ROHM與馬自達(dá)汽車公司和Imasen Electric Industrial簽訂了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，共同開發(fā)用于電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)單元的逆變器和SiC功率模塊。ROHM在十年前收購(gòu)SiCrystal以進(jìn)行垂直整合后，正在擴(kuò)大器件和晶圓的產(chǎn)能。

這些只是已宣布的碳化硅聯(lián)盟的一小部分。但“戰(zhàn)略”不僅僅是一個(gè)廢棄的術(shù)語(yǔ)。這意味著為車企提供長(zhǎng)期可靠的供應(yīng)，并為客戶保證即將蓬勃發(fā)展的碳化硅工廠的產(chǎn)量。

SiC產(chǎn)業(yè)鏈

在過去幾年中，這些主要參與者重塑了SiC生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)Yole稱，兩個(gè)主要趨勢(shì)影響其供應(yīng)鏈：一是半導(dǎo)體廠商從晶圓制造到模塊封裝的垂直整合，以在未來幾年獲得更多收入。在此背景下，終端系統(tǒng)公司（例如汽車OEM）正在更快、更靈活地采用SiC來管理市場(chǎng)上多個(gè)晶圓供應(yīng)商的供應(yīng)。

當(dāng)討論焦點(diǎn)集中在電動(dòng)汽車、投資和不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)上時(shí)，關(guān)注中國(guó)的生態(tài)系統(tǒng)是非常重要的。中國(guó)大規(guī)模的碳化硅投資基于三個(gè)主要?jiǎng)訖C(jī)：國(guó)家政策、強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求和國(guó)內(nèi)供應(yīng)的需要。

SiC產(chǎn)業(yè)鏈主要由襯底、外延、器件、封測(cè)組成，目前主要競(jìng)爭(zhēng)格局是襯底及外延市場(chǎng)集中度高，器件領(lǐng)域海外廠商占主導(dǎo)地位。國(guó)內(nèi)一些高校、廠商也在積極參與SiC產(chǎn)業(yè)鏈，包括材料及器件研發(fā)、封測(cè)技術(shù)，雖然產(chǎn)業(yè)化規(guī)模還不大，但是近幾年發(fā)展很快。

超過50家中國(guó)企業(yè)宣布以不同的層次和戰(zhàn)略進(jìn)入碳化硅業(yè)務(wù)。安徽長(zhǎng)飛先進(jìn)半導(dǎo)體有限公司就是一例，該公司專注于SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)品研發(fā)及制造，已形成從設(shè)計(jì)、外延、晶圓制造到模塊封測(cè)的全產(chǎn)業(yè)鏈能力，成功實(shí)現(xiàn)由“Foundry”到“IDM+Foundry”的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。目前，長(zhǎng)飛先進(jìn)半導(dǎo)體打造了完整的650V-3300V SiC產(chǎn)品矩陣，實(shí)現(xiàn)了從光伏、儲(chǔ)能、充電樁到新能源汽車等應(yīng)用領(lǐng)域的全覆蓋，同時(shí)進(jìn)一步完善了專業(yè)的SiC晶圓代工服務(wù)體系。蕪湖基地已具有年產(chǎn)6萬片SiC MOSFET晶圓制造能力。

SiC是一個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，未來幾年，在主要由EV應(yīng)用拉動(dòng)的強(qiáng)勁市場(chǎng)中，SiC有望進(jìn)入越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域。中國(guó)企業(yè)從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看到了機(jī)遇，并相應(yīng)地調(diào)整了戰(zhàn)略。

Yole化合物半導(dǎo)體與新興材料技術(shù)與市場(chǎng)分析師Poshun Chiu評(píng)論道：“SiC被認(rèn)為是提供良好效率的推動(dòng)因素，1200V器件的供應(yīng)是可行的。隨著更多800V EV的到來，SiC有望快速增長(zhǎng)。同時(shí)，充電基礎(chǔ)設(shè)施和光伏是支持電動(dòng)汽車趨勢(shì)的兩個(gè)市場(chǎng)。需要更多的充電器來支持越來越多的電動(dòng)汽車，而可再生能源與電動(dòng)汽車有著相同的二氧化碳零排放目標(biāo)。這些是SiC獲得更多動(dòng)力的市場(chǎng)?！?/p>

來源：《半導(dǎo)體芯科技》雜志