碳化硅廠 四國爭雄碳化硅，中國已渡過產(chǎn)業(yè)化初期階段

集微網(wǎng)報道 （文/陳炳欣）碳化硅產(chǎn)業(yè)嚴重的供需失衡持續(xù)受到業(yè)界關注，也吸引越來越多企業(yè)投入。簡單列舉近期的消息就有，三安光電與意法半導體將在重慶新建一座8英寸碳化硅器件廠，英飛凌接連與Resonac、天科合達、天岳先進等供襯底應商簽訂長期協(xié)議穩(wěn)定供貨渠道，博世計劃收購美國TSI半導體強化強化在北美的碳化硅生產(chǎn)布局等。在越來越多企業(yè)進軍碳化硅的情況下，全球碳化硅正在形成以美、歐、日、中為熱點的四個產(chǎn)業(yè)集中區(qū)域。碳化硅正在重演當初硅基半導體的群雄爭霸局面。

2023，碳化硅大廠都很忙

與硅基半導體面臨的需求不振、市場下行不同，碳化硅受汽車電動化以及光伏產(chǎn)業(yè)拉動，行業(yè)依然持續(xù)升溫。研究機構TECHCET日前預測，盡管全球經(jīng)濟普遍放緩，但2023年碳化硅襯底市場將持續(xù)強勁增長。數(shù)據(jù)顯示，2022年，碳化硅N型襯底市場比2021年增長約15%，出貨量達到總計88.4萬片（等效6英寸），預計該市場將在2023年進一步增長，達到107.2萬片晶圓。2022-2027年的整體復合年增長率估計約17%。這使越來越多資金投入到碳化硅領域。

近期最引人關注的行業(yè)事件為，三安光電與意法半導體簽署重慶市三安意法碳化硅項目合作協(xié)議，建設總額預計約達32億美元碳化硅廠，主要從事碳化硅外延、芯片生產(chǎn)，預計2028年全面落成達產(chǎn)后，8英寸碳化硅晶圓產(chǎn)能將達1萬片/周。此外，三安光電還將利用自有SiC襯底工藝，單獨建造和運營一座新的8英寸碳化硅襯底制造廠，以滿足合資廠的襯底需求。

除此之外，幾家龍頭大廠在上下游企業(yè)間的聯(lián)動合作也愈發(fā)頻繁。Wolfspeed計劃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半導體廠，此外還與梅賽德斯-奔馳達成合作，將為其供應碳化硅器件。日本材料供應商Resonac宣布，將在2026年前，把用于功率半導體的碳化硅外延片產(chǎn)能提高到每月5萬片，達到目前水平的5倍，并且開始投資研發(fā)下一代8英寸碳化硅晶圓技術。英飛凌積極尋找碳化硅來源，已與我國的天科合達、天岳先進，日本的Resonac簽署長期供貨協(xié)議。

意法半導體汽車和分立器件產(chǎn)品部(ADG)，功率晶體管事業(yè)部市場溝通經(jīng)理Gianfranco DI MARCO表示，由于碳化硅相對于硅材料的固有效率和性能優(yōu)勢，大多數(shù)應用市場，特別是在電動汽車、充電站、可再生能源系統(tǒng)等重要應用領域，對碳化硅芯片需求大幅增長。碳化硅器件的工作電壓高，耐高溫，功率損耗小，這些優(yōu)點正在吸引開發(fā)者開發(fā)新一代系統(tǒng)，向智能綠色低碳經(jīng)濟發(fā)展。在電動汽車、充電樁、可再生能源系統(tǒng)等主要趨勢推動下，碳化硅功率半導體市場將不斷擴大。

安富利現(xiàn)場應用管理總監(jiān)丁國驕強調，除了在電動汽車領域，任何大功率、高壓的場景，都有機會應用碳化硅，比如氫能源汽車的DC-DC變換器、高鐵、高壓柔性輸電、充電樁、電焊機等大功率的應用。另外，隨著人工智能的發(fā)展，在云端及邊緣端高速運算的需求飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心等更高功率、更高效的電源系統(tǒng)中，也會大量使用SiC的機會。

四國爭雄各具實力

巨大的發(fā)展前景使得越來越多國家和地區(qū)的企業(yè)投入碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之中。從目前市場格局來看，正在逐步形成美、歐、日、中四個產(chǎn)業(yè)集中的區(qū)域。

美國占據(jù)主導地位。美國廠商在碳化硅領域仍舊占據(jù)主導地位。Wolfspeed和安森美半導體在全球碳化硅市場的地位都十分穩(wěn)固。近來，Wolfspeed開始積極強化與下游的合作，計劃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半導體廠，此外還與梅賽德斯-奔馳達成合作，將為其供應碳化硅器件。此前，Wolfspeed宣布將在美國北卡羅來納州建造一座價值數(shù)十億美元的新工廠，預計2030年完工；同時在美國紐約州建設全球首座8英寸碳化硅工廠，總投資達到50億美元。Wolfspeed公司首席技術官John Palmour表示，新工廠最終將使碳化硅晶圓的制造能力增加13倍。安森美也很早就開始在布局碳化硅市場，2015年完成了對仙童半導體的收購、2021年完成了對美國GTAT的收購，增強自身碳化硅的供應能力。安森美計劃繼續(xù)投資增加GTAT的制造設施，提高產(chǎn)能。

歐洲強化垂直整合。歐洲碳化硅企業(yè)在設計、制造、器件等領域具備領先優(yōu)勢，如英飛凌和意法半導體等。目前歐洲廠商正通過垂直化整合，加大擴產(chǎn)力度，不斷強化在該領域的競爭優(yōu)勢。今年2月，英飛凌宣布投資超過20億歐元，擴大在馬來西亞的碳化硅工廠產(chǎn)能，將在2024年下半年投入運營；意法半導體表示將在未來4年內大幅提高晶圓產(chǎn)能，計劃到2024年將碳化硅晶圓產(chǎn)能提高到2017年的10倍。2021年11月，德、法等歐洲7國的34家實體聯(lián)合發(fā)起“碳化硅價值鏈項目”，在歐洲建立完整可控的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈，維持從材料、襯底、器件、封裝、電力電子應用的全產(chǎn)業(yè)鏈競爭力。

日本碳化硅火力全開。日本企業(yè)在功率半導體領域的實力一直相對穩(wěn)固，目前瞄準電動汽車需求擴大，紛紛增產(chǎn)節(jié)碳化硅。東芝計劃在2025年度之前把生產(chǎn)規(guī)模擴大到2020年度的10倍。羅姆將投資500億日元強化碳化碳生產(chǎn)。日本富士電機也在考慮將碳化硅產(chǎn)品的投產(chǎn)時間比原計劃的2025年提前半年至一年。三菱電機表示，正在加強對 SiC 的努力，將獨特的制造工藝應用于溝槽 MOSFET 以進一步提高性能和生產(chǎn)力之外。該公司還考慮制造 8 英寸碳化硅晶圓。

中國渡過產(chǎn)業(yè)化初期。我國碳化硅處于不斷加速階段。據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會半導體材料分會統(tǒng)計我國從事碳化硅襯底研制的企業(yè)已經(jīng)有30家（不包括中國電科46所、硅酸鹽所、浙江大學和天津理工大學等純研究機構），近年來這些單位的規(guī)劃總投資已經(jīng)超過300億元，規(guī)劃總產(chǎn)能已經(jīng)超過180萬片/年。部分企業(yè)度過了發(fā)展的初始階段。4月份，基本半導體在深圳的車規(guī)級碳化硅芯片產(chǎn)線通線，主要產(chǎn)品為6英寸碳化硅MOSFET晶圓等。三安光電湖南碳化硅二期項目正推進建設碳化硅廠，產(chǎn)能已達1.2萬片/月，硅基氮化鎵產(chǎn)能2000片/月；二期工程將于2023年貫通，達產(chǎn)后配套年產(chǎn)能將達到36萬片。

垂直整合還是行業(yè)分工？

相對于美、歐、日等國家和地區(qū)的龍頭大廠而言，國內碳化硅產(chǎn)業(yè)雖然很熱，但整體實力依然不足。目前國際主要的碳化硅企業(yè)多采取IDM模式。這與硅基半導體在產(chǎn)業(yè)成熟下，行業(yè)走向細分有所不同。浙商資本報告顯示，IDM可能將是未來一段時期產(chǎn)業(yè)主流模式。

但目前國內碳化硅企業(yè)整體實力仍然相對不足，多數(shù)企業(yè)很難實現(xiàn)從上游的襯底材料到下游器件的一體統(tǒng)合。對此，丁國驕認為，目前碳化硅晶圓技術還掌握在少數(shù)幾個IDM手里，技術壁壘在在一段時間內難以突破，晶圓在相當長一段時間還會是供不應求的狀態(tài)，尤其是高質量、更厚的晶圓。目前碳化硅還不到大規(guī)模生產(chǎn)的狀態(tài)，僅有少數(shù)的Fabless、Foundry企業(yè)。但隨著技術壁壘的突破，產(chǎn)能不受限制的情況下，分工的優(yōu)勢就顯示出來了。

Gianfranco DI MARCO也認為，雖然目前大多數(shù) SiC供應商都是垂直整合制造商，但隨著市場的成熟，該行業(yè)可能會呈現(xiàn)多元化趨勢，出現(xiàn)代工廠和無晶圓設計公司。代工廠和Fabless的發(fā)展可能會推動市場競爭和技術創(chuàng)新，這有利于整個行業(yè)的發(fā)展。

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