從今年裝車標(biāo)配來(lái)看，碳化硅器件已經(jīng)正式進(jìn)入商用化階段

10月13-14日，由張江高科、芯謀研究聯(lián)合主辦的第九屆張江高科·芯謀研究集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)袖峰會(huì)在上海浦東張江召開。在“化合物半導(dǎo)體分論壇”中，瞻芯電子COO陳儉做了主題演講。

今年全球碳化硅的市場(chǎng)表現(xiàn)每季度都超越我們的預(yù)計(jì)，一季度最初計(jì)劃是6億美元，最后達(dá)到了8億美元，二季度時(shí)候預(yù)計(jì)7億美元，最后是8億美元。我估計(jì)后面兩個(gè)季度還會(huì)進(jìn)一步上升。

SiC inside 意味著銷量和高端。在電動(dòng)車的400V平臺(tái)IGBT用得比較多，800V平臺(tái)應(yīng)用之后效率進(jìn)一步提升，特別是汽車進(jìn)入輕載之后，IGBT效率比碳化硅效率差很多，這為SiC帶來(lái)一系列的市場(chǎng)機(jī)遇。雖然有廠商曾經(jīng)宣稱因?yàn)閮r(jià)格貴而放棄碳化硅轉(zhuǎn)用IGBT，但最后還是重回碳化硅。在800V平臺(tái)碳化硅相對(duì)于IGBT的優(yōu)勢(shì)更大，絕對(duì)是不二之選。

比亞迪、蔚小理、華為、廣汽等企業(yè)的國(guó)產(chǎn)化加速產(chǎn)生了大量需求。在新能源汽車、清潔能源、儲(chǔ)能等領(lǐng)域中國(guó)已經(jīng)占據(jù)了世界第一的龍頭，而且還技術(shù)輸出海外，比如小鵬和大眾，寧德時(shí)代和福特都有合作。所以抓住中國(guó)市場(chǎng)，就是抓住碳化硅的未來(lái)。

今年基本所有電動(dòng)車都采用碳化硅器件，好像只有低端車沒(méi)有采用碳化硅，SiC成為新能源車致勝之寶。在電動(dòng)車之外，越來(lái)越多的應(yīng)用接受SiC，儲(chǔ)能是下一個(gè)爆發(fā)點(diǎn)，這個(gè)市場(chǎng)已經(jīng)有點(diǎn)冒頭；清潔能源今年受政策和市場(chǎng)影響，今年的市場(chǎng)有點(diǎn)下行；高鐵也是如此；數(shù)據(jù)中心這幾年增長(zhǎng)非常快，我們的SiC MOSFET在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用很多。但是以上這些市場(chǎng)份額加起來(lái)起都比電動(dòng)汽車少，大概只有電動(dòng)汽車市場(chǎng)的一半左右。

所以電動(dòng)汽車是一個(gè)不能忽略的市場(chǎng)，對(duì)于碳化硅企業(yè)來(lái)說(shuō)，車規(guī)市場(chǎng)的需求最重要。2022年全球電動(dòng)車銷量超過(guò)1020萬(wàn)輛，年同比增長(zhǎng)65%，低于預(yù)期；隨經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和IC缺貨減輕，2023年預(yù)期不下調(diào)。


市場(chǎng)將逐漸向8英寸過(guò)渡

根據(jù)集邦咨詢近日發(fā)布的報(bào)告，業(yè)內(nèi)人士稱 2023 年為“8 英寸 SiC 元年”，Wolfspeed、意法半導(dǎo)體等全球功率半導(dǎo)體巨頭都加快了 8 英寸 SiC 的研發(fā)步伐，而我國(guó)在 SiC 生產(chǎn)裝備、襯底和外延等方面都取得了重大突破。

作為第三代半導(dǎo)體材料，SiC 具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場(chǎng)、優(yōu)異的導(dǎo)熱性能等優(yōu)點(diǎn)。其在高溫、高壓和高頻應(yīng)用中的出色性能使其成為半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的基石。

在下游需求增長(zhǎng)的推動(dòng)下，SiC 產(chǎn)業(yè)正處于高速擴(kuò)張階段。TrendForce 分析預(yù)測(cè)，2023 年 SiC 功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 22.8 億美元（IT之家備注：當(dāng)前約 166.9 億元人民幣），年增長(zhǎng)率高達(dá) 41.4%。到 2026 年，這一市場(chǎng)預(yù)計(jì)將進(jìn)一步擴(kuò)大，達(dá)到 53.3 億美元（當(dāng)前約 390.16 億元人民幣）。

電動(dòng)汽車、5G 通信、光伏和內(nèi)存存儲(chǔ)等領(lǐng)域不斷增長(zhǎng)的需求目前正在推動(dòng)碳化硅（SiC）行業(yè)的快速增長(zhǎng)。中國(guó)的主要參與者正在加大研發(fā)力度，以克服技術(shù)挑戰(zhàn)并獲得可觀的市場(chǎng)份額。

根據(jù) TrendForce 的分析，目前 SiC 產(chǎn)業(yè)以 6 英寸基板為主，占據(jù)了高達(dá) 80% 的市場(chǎng)份額，而 8 英寸基板僅占 1%。向更大的 8 英寸晶圓過(guò)渡是進(jìn)一步降低 SiC 器件成本的關(guān)鍵策略。隨著 8 英寸晶圓的成熟，其定價(jià)預(yù)計(jì)將是 6 英寸晶圓的 1.5 倍左右，而管芯產(chǎn)量是 6 英寸 SiC 晶圓的約 1.8 倍，大大提高晶圓利用率。

從行業(yè)角度來(lái)看，SiC 器件的成本結(jié)構(gòu)包括襯底、外延、流片和封裝工藝，其中襯底占總生產(chǎn)成本的 45% 左右。

為了降低每個(gè)器件的成本，該策略圍繞著擴(kuò)大 SiC 襯底和增加每個(gè)襯底的芯片數(shù)量。值得注意的是，8 英寸 SiC 襯底比 6 英寸同類襯底具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。


碳化硅投資競(jìng)賽此起彼伏

世界各地的芯片制造商都高度關(guān)注碳化硅襯底尺寸的轉(zhuǎn)變。隨著Wolfspeed成為第一家激活200mm產(chǎn)能的公司，其他供應(yīng)商也在積極效仿，并積極尋求與全球供應(yīng)鏈上下的關(guān)鍵參與者合作，以在市場(chǎng)上占據(jù)有利地位。

隨著大量投資公告的發(fā)布，晶圓級(jí)全球產(chǎn)能將很快增長(zhǎng)。目前，世界上80%的碳化硅襯底是在美國(guó)本土生產(chǎn)的，這使美國(guó)在這一關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，同時(shí)希望盡可能長(zhǎng)時(shí)間地保留這一技術(shù)。Stephen Rothrock表示：“根據(jù)我們迄今為止的計(jì)算，我們估計(jì)目前全球碳化硅晶圓廠的投資總額接近140億美元，這只是一個(gè)開始。憑借其在北卡羅來(lái)納州的新John Palmour材料工廠，Wolfspeed將把其目前的碳化硅產(chǎn)能增加10倍，數(shù)字令人震驚。”

作為2021年宣布未來(lái)十年對(duì)碳化硅投資10億美元的一部分，Coherent加快了在瑞典和美國(guó)擴(kuò)大碳化硅襯底和外延制造的計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2027年，其賓夕法尼亞州伊斯頓工廠的晶圓年產(chǎn)量將達(dá)到100萬(wàn)個(gè)150mm等效襯底，其中包括200mm的批量生產(chǎn)。

在歐洲，Wolfspeed與ZF合作，在德國(guó)恩斯多夫建造了一座先進(jìn)的200mm碳化硅晶圓廠，投資30億美元支持德國(guó)汽車行業(yè)的大規(guī)模轉(zhuǎn)型。ZF本身與意法半導(dǎo)體已簽署了碳化硅器件的多年供應(yīng)協(xié)議，而意法半導(dǎo)體已從歐盟委員會(huì)獲得292.5億歐元，用于在西西里島卡塔尼亞建造一座晶圓廠。

在亞洲，英飛凌宣布計(jì)劃在馬來(lái)西亞庫(kù)林建造世界上最大的200mm碳化硅功率晶圓廠，到本世紀(jì)末可能帶來(lái)70億歐元的收入。此外，瑞薩與Wolfspeed合作執(zhí)行了一項(xiàng)晶圓供應(yīng)協(xié)議，并由瑞薩提供20億美元定金，以確保Wolfspeed對(duì)碳化硅裸片和外延片的10年供應(yīng)承諾。

Yole Intelligence表示，意法半導(dǎo)體在過(guò)去幾年中一直在引領(lǐng)碳化硅器件的收入。意法半導(dǎo)體2022年的收入約為7億美元，目前預(yù)計(jì)2023年的收入為12億美元。緊隨其后的是全球領(lǐng)先的功率電子產(chǎn)品供應(yīng)商英飛凌，其在過(guò)去兩年中實(shí)現(xiàn)了顯著的收入增長(zhǎng)。


供應(yīng)鏈焦點(diǎn)轉(zhuǎn)變

Yole Intelligence的最新研究突顯了碳化硅供應(yīng)鏈瓶頸的焦點(diǎn)變化。大規(guī)模產(chǎn)能擴(kuò)張不僅僅意味著供應(yīng)過(guò)剩。Poshun Chiu認(rèn)為：“2022年，碳化硅晶圓的大規(guī)模擴(kuò)張趨勢(shì)遠(yuǎn)大于需求。今天的最新數(shù)據(jù)講述了一個(gè)不同的故事——對(duì)使用碳化硅器件的興趣不斷增長(zhǎng)，引發(fā)了晶圓和器件的產(chǎn)能擴(kuò)張。”

2021年和2022年碳化硅晶圓供應(yīng)短缺，導(dǎo)致許多非汽車應(yīng)用對(duì)碳化硅晶圓的獲取有限，因?yàn)殡妱?dòng)汽車一直是碳化硅市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。碳化硅晶圓產(chǎn)能的擴(kuò)張將于2023年爆發(fā)，從而推動(dòng)碳化硅器件市場(chǎng)的增長(zhǎng)。用于MOSFET和汽車應(yīng)用的碳化硅晶圓將較少受到成本優(yōu)化的影響。不過(guò)，質(zhì)量較低的玩家將需要以降價(jià)來(lái)獲得剩余的使用率。“我們可以預(yù)期碳化硅二極管級(jí)晶圓的價(jià)格會(huì)受到更大的侵蝕；200mm晶圓將主要用于短期至中期的內(nèi)部使用。”他表示。

Jean-Christophe Eloy提醒道，需要警惕的是，隨著時(shí)間的推移，碳化硅可能會(huì)成為自身成功的犧牲品。他說(shuō)：“我們可以將藍(lán)寶石與藍(lán)色LED進(jìn)行比較，看看平均售價(jià)大多數(shù)是怎么降低的。當(dāng)時(shí)，隨著中國(guó)玩家2010年的大量產(chǎn)能增加，藍(lán)寶石的價(jià)格急劇下降。由于具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格和設(shè)備的可及性，它加速了LED在顯示器和照明中的滲透。當(dāng)涉及到碳化硅時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)將需要處理需求/供應(yīng)和質(zhì)量的差異。”

Stephen Rothrock總結(jié)道：“在我們等待《芯片法案》資助的新綠地（greenfield）晶圓廠上線的同時(shí)，ATREG預(yù)計(jì)未來(lái)幾個(gè)月將有更多200mm的傳統(tǒng)制造資產(chǎn)以及具有化合物半導(dǎo)體能力的制造資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為大容量碳化硅制造設(shè)施，以彌補(bǔ)中短期所需產(chǎn)能的缺口。我認(rèn)為可以公平地說(shuō)，碳化硅在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍有光明的未來(lái)。”