碳化硅生產(chǎn)廠家 碳化硅：寒氣未及

最近，華為創(chuàng)始人任正非在一篇文章中表示，全球經(jīng)濟(jì)將面臨衰退、消費(fèi)能力下降的情況，2023年和2024年是華為的生命喘息期，未來(lái)整個(gè)公司要把“活下來(lái)”作為最主要綱領(lǐng)?！叭澜绲慕?jīng)濟(jì)在未來(lái)3到5年內(nèi)都不可能轉(zhuǎn)好?！?/p>

這股寒氣著實(shí)吹向了半導(dǎo)體行業(yè)的方方面面。不久前，臺(tái)積電在發(fā)布財(cái)報(bào)的同時(shí)發(fā)表聲明稱，臺(tái)積電預(yù)計(jì)，2023年芯片需求將面臨一個(gè)下滑周期。不僅是大廠，半導(dǎo)體行業(yè)榮枯的風(fēng)向標(biāo)存儲(chǔ)芯片在2022年上半年開(kāi)始就在不斷的下滑，不管是DRAM內(nèi)存，還是NAND閃存，價(jià)格都是止不住的向下滑。緊接著晶圓代工持續(xù)吹著降價(jià)風(fēng)，半導(dǎo)體市場(chǎng)進(jìn)入去庫(kù)存調(diào)整期，晶圓代工成熟制程報(bào)價(jià)也繼續(xù)下跌。根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)的周期輪動(dòng)規(guī)律來(lái)看，市場(chǎng)預(yù)期這波半導(dǎo)體庫(kù)存修正將延續(xù)到2023年上半年。

而第三代半導(dǎo)體的代表碳化硅卻頻頻傳來(lái)擴(kuò)廠、擴(kuò)建、加大投資的消息，這股持續(xù)的“暖流”好像沒(méi)有被“寒氣”擊退，反而愈演愈烈。這是為何？這場(chǎng)冰火兩重天之爭(zhēng)，碳化硅能撐到最后嗎？

01

蓄勢(shì)待發(fā)的革命

遵循摩爾定律這一半導(dǎo)體業(yè)界的軌道，硅基半導(dǎo)體芯片的性能每隔18到24個(gè)月便會(huì)提升一倍。但隨著芯片尺寸不斷縮小，特別是當(dāng)芯片制造工藝水平進(jìn)入5納米節(jié)點(diǎn)，甚至逼近2納米以后，因?yàn)槭艿讲牧?、器件和量子物理的限制，硅基芯片逼近物理極限，就會(huì)出現(xiàn)量子隧穿導(dǎo)致的漏電效應(yīng)和短溝道效應(yīng)等問(wèn)題。硅芯片的潛力被質(zhì)疑“殆盡”。

第三代半導(dǎo)體的出現(xiàn)仿佛是賭桌上的新賭注：潛力無(wú)限。

碳化硅 “贏”在哪里？

超結(jié)MOSFET或IGBT等硅基產(chǎn)品可用于很寬的電壓范圍（從幾伏到幾百伏不等），適合于多個(gè)功率等級(jí)，而基于碳化硅的產(chǎn)品則適用于大于等于650V的電壓等級(jí)（突破硅的限值，達(dá)到3 kV以上功率等級(jí)），基于氮化鎵的器件更適合于650 V以下的電壓等級(jí)。而當(dāng)工作頻率增加時(shí)，碳化硅和氮化鎵都將逐漸優(yōu)于硅。應(yīng)用需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)決定了首選技術(shù)。

就這三種技術(shù)而言，并僅著眼于分立FET產(chǎn)品，英飛凌擁有豐富的600 - 650 V產(chǎn)品系列（CoolMOS?硅超結(jié)MOSFET、CoolSiC?碳化硅MOSFET和CoolGaN?氮化鎵常關(guān)增強(qiáng)型模式HEMT）。盡管SJ MOSFET以非常經(jīng)濟(jì)劃算的方式滿足了當(dāng)前對(duì)能源效率和功率密度的大多數(shù)要求，但是，如有散熱或超高密度等特殊設(shè)計(jì)要求，碳化硅和氮化鎵器件為最佳選擇。由于相關(guān)器件堅(jiān)固耐用，CoolSiC? MOSFET具有出色的熱性能，CoolGaN? HEMT適用于很高的工作頻率，可以將功率密度提升到非常高的水平。

未來(lái)，WBG產(chǎn)品有望進(jìn)一步加速和替代硅基器件，不過(guò)，可以預(yù)見(jiàn)，這三種技術(shù)仍將長(zhǎng)期共存。由于碳化硅易于使用，而且從超結(jié)MOSFET和IGBT過(guò)渡相對(duì)容易，因此在某些應(yīng)用中采用碳化硅的速度會(huì)更快一些。

翻倍的利益

安森美二季度營(yíng)收達(dá)20.85億美元，同比增長(zhǎng)25%，創(chuàng)下歷史新高、超出市場(chǎng)預(yù)，同期凈利潤(rùn)4.56億美元，同比增長(zhǎng)147.83%。該財(cái)報(bào)發(fā)布后安森美就將其2022年碳化硅營(yíng)收預(yù)期上調(diào)為“同比增長(zhǎng)3倍”，而此前目標(biāo)只是增長(zhǎng)1倍；預(yù)計(jì)到2023年，碳化硅業(yè)務(wù)收入將超過(guò)10億美元。3倍只是開(kāi)始，甚至10倍都不止：安森美還計(jì)劃在2025年前將把公司的碳化硅前道工藝產(chǎn)能擴(kuò)大到目前的10倍以上。

意法半導(dǎo)體二季度財(cái)報(bào)也預(yù)計(jì)，2022年意法半導(dǎo)體碳化硅業(yè)務(wù)將獲得7億美元收入，到2023年將達(dá)到10億美元。意法半導(dǎo)體還是特斯拉碳化硅功率模塊的主要供應(yīng)商——受益于汽車、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)μ蓟璧男枨?，意法半?dǎo)體同樣在籌劃擴(kuò)產(chǎn)。

Wolfspeed 2022財(cái)年Q4營(yíng)收同比增長(zhǎng)56.7%，環(huán)比增長(zhǎng)22%；同期凈利潤(rùn)0.32億美元——這也是其剝離LED資產(chǎn)以來(lái)，首次單季度盈利；同時(shí)，Wolfspeed將2026年?duì)I收預(yù)期較去年底提出的21億美元目標(biāo)提高30%-40%。

我國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈尚處追趕期，營(yíng)收及凈利潤(rùn)規(guī)模較小。三安光電上半年凈利潤(rùn)為9.32億元，同比增長(zhǎng)5.46%，同期其主營(yíng)碳化硅業(yè)務(wù)的子公司湖北三安，凈利潤(rùn)0.9億元；天岳先進(jìn)則仍處于虧損狀態(tài)，上半年?duì)I收1.61億元，虧損0.73億元。

整體來(lái)看，今年上半年起從襯底、器件、模塊，到設(shè)備，訂單、產(chǎn)能及出貨量都在持續(xù)增長(zhǎng)。

02

制勝的關(guān)鍵

馬不停蹄的布局

Wolfspeed今年上半年也宣布將在北卡羅來(lái)納州查塔姆縣建造新的碳化硅工廠，2030年完工后將成為世界上最大的碳化硅材料工廠，其碳化硅晶圓制造能力增加約13倍，而目前Wolfspeed生產(chǎn)的碳化硅已經(jīng)占全球碳化硅的60%以上。新工廠總投資將達(dá)到50億美元，為此Wolfspeed還將申請(qǐng)與《芯片和科學(xué)法案》相關(guān)的聯(lián)邦政府撥款。Wolfspeed本是全球LED照明巨頭科銳（Cree）旗下專注碳化硅、氮化鎵等第三代半導(dǎo)體材料的部門。Cree原計(jì)劃將Wolfspeed賣給德國(guó)企業(yè)英飛凌，但由于美國(guó)國(guó)防部以國(guó)家安全為理由反對(duì)，最終Cree剝離掉原本占比三分之二的照明業(yè)務(wù)，在2021年10月正式宣布更名Wolfspeed，成為一家專注于第三代半導(dǎo)體的企業(yè)。

中國(guó)臺(tái)灣也在計(jì)劃投資產(chǎn)業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，包括臺(tái)灣地區(qū)工業(yè)發(fā)展局（IDB）下屬的產(chǎn)業(yè)升級(jí)創(chuàng)新平臺(tái)指導(dǎo)計(jì)劃。該計(jì)劃旨在垂直整合從上游材料、設(shè)備和組件到主要應(yīng)用的一切。據(jù)報(bào)道，將獲得官方支持的公司包括環(huán)球晶圓、漢民科技和廣運(yùn)機(jī)械工程股份有限公司。消息人士稱，臺(tái)灣地區(qū)計(jì)劃投資8英寸導(dǎo)電碳化硅晶圓工藝、6英寸和8英寸共享半絕緣碳化硅晶圓工藝以及8英寸GaN外延片工藝。

鴻海精密工業(yè)（富士康）正急于追趕和完善產(chǎn)業(yè)鏈。近兩年，富士康從旺宏電子購(gòu)買了6英寸晶圓廠，并投資了Taisic Materials，這使得其母公司更加專注于投資自制的碳化硅芯片發(fā)展。在這些公司中，環(huán)球晶圓擁有最成熟的碳化硅晶體切割能力。漢民科技子公司 Episil-Precision 具備外延片測(cè)試能力，子公司 Episil 擁有碳化硅和 GaN 晶圓廠。富士康通過(guò)收購(gòu)?fù)觌娮拥?6 英寸晶圓廠投資碳化硅晶圓生產(chǎn)，該晶圓廠將用于制造充電樁和 EV 應(yīng)用。

安森美半導(dǎo)體日前也在美國(guó)新罕布夏州完成全新的碳化硅廠房，該產(chǎn)房的產(chǎn)能預(yù)計(jì)在2022年底貢獻(xiàn)比現(xiàn)今產(chǎn)能達(dá)五倍之多。而新罕布夏州，也正是安森美半導(dǎo)體在2021年收購(gòu)GTAT(GT Advanced Technology)的總部所在地，該公司也是全球少數(shù)能提供硅晶圓基板的指標(biāo)業(yè)者之一。

日本公司當(dāng)屬最為指標(biāo)性的羅姆半導(dǎo)體，羅姆半導(dǎo)體在碳化硅相關(guān)產(chǎn)品線的開(kāi)發(fā)，其積極度不亞于其他歐美IDM業(yè)者，像是近年來(lái)SiC MOSFET元件的設(shè)計(jì)，所有大廠皆改采溝槽式結(jié)構(gòu)，羅姆半導(dǎo)體早在2015年就已經(jīng)領(lǐng)先其他公司導(dǎo)入，在2012年量產(chǎn)全SiC功率模組，可以想見(jiàn)該公司在該領(lǐng)域有一定的實(shí)力在。另一方面，羅姆在碳化硅晶圓供應(yīng)策略碳化硅生產(chǎn)廠家，與Wolfspeed相同，在2009年收購(gòu)位于德國(guó)的SiCrystal AG，該公司主要業(yè)務(wù)就是提供碳化硅晶圓。

IDM的制勝法寶？

IDM在碳化硅領(lǐng)域皆有相當(dāng)積極的布局，原則上，策略的布局可以分成兩點(diǎn)：其一是收購(gòu)上游端的碳化硅晶圓基板供應(yīng)商或是簽署長(zhǎng)達(dá)五年左右的供應(yīng)合約，確保碳化硅晶圓基板產(chǎn)能的供應(yīng)，其二則是在自家晶圓采取擴(kuò)廠策略，這兩點(diǎn)必須密切配合，方能滿足各類終端應(yīng)用對(duì)于碳化硅元件的需求。值得留意的是，就現(xiàn)階段碳化硅元件的主要供應(yīng)商，僅有英飛凌并未有收購(gòu)上游的碳化硅晶圓供應(yīng)商碳化硅生產(chǎn)廠家，長(zhǎng)期而言，若面臨碳化硅晶圓供不應(yīng)求的情況下，考量到各大廠的競(jìng)合關(guān)系，英飛凌有沒(méi)有可能面臨巧婦難為無(wú)米之炊的窘境，這恐怕也是需要思考的課題。

與此同時(shí)，IDM的確也在進(jìn)一步思考利用8英寸廠進(jìn)行碳化硅元件的量產(chǎn)可能性。

國(guó)產(chǎn)不容錯(cuò)過(guò)

從碳化硅技術(shù)節(jié)點(diǎn)來(lái)看，業(yè)界最先進(jìn)的是8英寸，主流是6英寸。國(guó)內(nèi)很多6英寸第三代半導(dǎo)體產(chǎn)線都是依靠6英寸硅基產(chǎn)線改過(guò)來(lái)的。國(guó)內(nèi)依靠6英寸硅基產(chǎn)線同步布局碳化硅領(lǐng)域的動(dòng)作，從部分廠商項(xiàng)目中已經(jīng)能夠看到端倪。

今年1月落地?fù)P州的寬能半導(dǎo)體項(xiàng)目，項(xiàng)目計(jì)劃生產(chǎn)六寸硅基集成電路芯片及功率器件。當(dāng)天簽約的還有百識(shí)電子半導(dǎo)體項(xiàng)目，南京百識(shí)電子科技有限公司專注第三代寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，百識(shí)電子半導(dǎo)體項(xiàng)目主要生產(chǎn)第三代半導(dǎo)體外延片。

5月27日，振華科技在最新披露的投資者關(guān)系活動(dòng)記錄中指出，公司將建設(shè)一條6英寸硅基/碳化硅基功率器件制造線，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，解決永光功率器件芯片、群英繼電器芯片需要及產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用，提升振華永光行業(yè)地位。

5月31日封頂?shù)恼憬瓘V芯微電子6英寸高端特色硅基晶圓代工項(xiàng)目，其產(chǎn)品同時(shí)囊括了6英寸硅基功率半導(dǎo)體晶圓與第三代半導(dǎo)體碳化硅等晶圓。據(jù)悉，項(xiàng)目建設(shè)全部完成投產(chǎn)后，可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)折合6英寸240萬(wàn)片特色工藝硅基功率半導(dǎo)體晶圓及年產(chǎn)3.6萬(wàn)片第三代半導(dǎo)體碳化硅等晶圓的生產(chǎn)能力，年產(chǎn)值達(dá)30億元。

9月1日，南京江北新區(qū)舉辦以“投資江北共贏未來(lái)”為主題的金秋重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目簽約會(huì)?？偼顿Y65億元的第三代半導(dǎo)體碳化硅襯底關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目也在會(huì)上進(jìn)行了簽約，該項(xiàng)目主體為江蘇超芯星半導(dǎo)體有限公司。超芯星聯(lián)合創(chuàng)始人袁振乾透露，他們?nèi)跀U(kuò)產(chǎn)規(guī)劃已經(jīng)啟動(dòng)，規(guī)劃產(chǎn)能30-50萬(wàn)片，是目前產(chǎn)能的15-25倍。

對(duì)于國(guó)產(chǎn)碳化硅企業(yè)來(lái)說(shuō)，如何把握住此輪第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)機(jī)遇，把握從6英寸向8英寸過(guò)渡的技術(shù)趨勢(shì)，至關(guān)重要。

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