本文來自微喜公眾號“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”。
全球碳化硅(SiC)市場的非凡崛起無疑是引人注目的，早在2017年為特斯拉Model 3配備時，就開啟了功率半導(dǎo)體應(yīng)用從硅向SiC的轉(zhuǎn)變。2019年，芯片制造商Wolfspeed選擇了Marcy紐約州尤蒂卡附近的Nanocenter工廠將在美國本土建設(shè)全球首座200毫米SiC工廠，該工廠于2022年4月落成。
此后，美國的SiC淘金熱已轉(zhuǎn)變?yōu)槿蛲顿Y熱潮，主要推動力是電動汽車需求的增加（電動汽車）。雖然碳化硅顯然是半導(dǎo)體未來的一項關(guān)鍵技術(shù)，但隨著它進入電力電子主流，它是否面臨著很快成為商品的風(fēng)險？
在本文中，ATREG創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Stephen Rothrock、Yole集團總裁兼創(chuàng)始人Jean-Christophe Eloy以及Yole集團旗下Yole Intelligence高級技術(shù)和市場分析師Poshun Chiu概述了全球SiC市場以及他們對革命性技術(shù)未來的預(yù)測。
創(chuàng)紀(jì)錄的市場增長
根據(jù)Yole Intelligence最新發(fā)布的2023年版功率SiC報告，預(yù)計到2028年，全球功率SiC器件市場將增長至近90億美元，比2022年增長31%。汽車應(yīng)用在SiC市場中占據(jù)主導(dǎo)地位，占到70%。到2022年，電力SiC市場以及各種工業(yè)應(yīng)用，包括交通、能源和電信。
Stephen Rothrock表示，ATREG跟蹤全球半導(dǎo)體制造資產(chǎn)市場25年來，我們從未見過任何新技術(shù)發(fā)展得如此之快。盡管我們的行業(yè)目前正在經(jīng)歷低迷，但我們見證了SiC的強勁增長。借助SiC功率器件，全球主要IDM廠商都看到了增長的機會。
據(jù)Yole Intelligence稱，過去幾年，意法半導(dǎo)體在SiC器件收入方面一直處于領(lǐng)先地位。該公司2022年營收約為7億美元，目前預(yù)計2023年營收為12億美元。緊隨全球電力電子領(lǐng)先企業(yè)英飛凌科技之后，該公司近兩年營收呈現(xiàn)顯著增長。
“Wolfspeed、Onsemi、ROHM和Bosch被認(rèn)為是實現(xiàn)收入增長的頂級廠商。截至2023年，領(lǐng)先公司已實施IDM業(yè)務(wù)模式，以加快這一快速增長且利潤豐厚的SiC器件業(yè)務(wù)的上市時間。”Jean-Christophe Eloy接著說。
Yole Intelligence的研究還顯示，150毫米SiC晶圓是目前器件制造的主要平臺，公開市場上還沒有8英寸晶圓的批量出貨。對于當(dāng)前或計劃建設(shè)的200mm SiC晶圓廠，主要IDM正在根據(jù)其在半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中的地位采用不同的采購策略。Wolfspeed是目前唯一一家致力于提高其紐約州莫霍克谷工廠200mm SiC產(chǎn)量的公司。其他廠商正在擴大內(nèi)部150mm晶圓產(chǎn)能，并同時開發(fā)200mm晶圓。
“對于不打算轉(zhuǎn)向8英寸的公司來說，最常見的方法是多次采購150mm SiC晶圓，”Chiu指出。“2021年，Onsemi收購了SiC晶圓公司GT Advanced Technologies(GTAT)，而ROHM則于2009年收購了SiCrystal。不過，我們了解到這些公司也在從外部晶圓供應(yīng)商處大量采購150mm SiC晶圓。”他補充說。
2019年，意法半導(dǎo)體收購了SiC晶圓公司Norstel，以發(fā)展內(nèi)部晶圓產(chǎn)能。與此同時，該公司與Soitec合作開發(fā)工程基板，并與三安光電合作成立一家價值32億美元的合資企業(yè)，供應(yīng)8英寸SiC晶圓。英飛凌科技和三菱電機專注于200mm SiC平臺的器件加工，并使用外部供應(yīng)商的200mm晶圓。
8月31日，博世宣布完成對TSI Semiconductors位于加利福尼亞州羅斯維爾運營的200毫米晶圓廠的收購，此項交易由ATREG促成。在2026年開始的重組階段之后，該工廠將開始在200毫米晶圓上生產(chǎn)首批SiC芯片。將歐洲最大的制造商之一吸引到美國本土（該制造商僅在德國生產(chǎn)前端芯片）對美國半導(dǎo)體行業(yè)來說是一個巨大的勝利，因為博世計劃在未來幾年內(nèi)在羅斯維爾工廠投資15億美元。
盡管在功率SiC器件市場上相對較晚，Onsemi的2023年第一季度業(yè)績表明，該公司有望在2023年實現(xiàn)10億美元的雄心勃勃的收入。作為特斯拉和其他汽車原始設(shè)備制造商的首選SiC器件供應(yīng)商，該公司的收入在很大程度上得益于電動汽車出貨量的深入?yún)⑴c。作為2021年宣布的未來十年在SiC領(lǐng)域投資10億美元的一部分，Coherent加快了在瑞典和美國的SiC襯底和外延制造擴張計劃，賓夕法尼亞州伊斯頓工廠的晶圓年產(chǎn)量預(yù)計將達到100萬片到2027年，相當(dāng)于150mm的基板，其中200mm已投入量產(chǎn)。
在歐洲，Wolfspeed與ZF合作，在德國恩斯多夫建設(shè)先進的200mm SiC工廠，投資30億美元，以支持德國汽車工業(yè)的巨大轉(zhuǎn)型。采埃孚與意法半導(dǎo)體簽署了碳化硅器件的多年供應(yīng)協(xié)議，而意法半導(dǎo)體則從歐盟委員會獲得了292.5歐元的資金，用于在西西里島卡塔尼亞建設(shè)一座晶圓廠。
在亞洲，英飛凌最新宣布計劃在馬來西亞居林建造世界上最大的200毫米碳化硅功率工廠，到本十年末可能實現(xiàn)70億歐元的收入。此外，瑞薩電子還與Wolfspeed合作執(zhí)行晶圓供應(yīng)協(xié)議，并支付20億美元定金，以確保Wolfspeed做出10年的SiC裸片和外延晶圓供應(yīng)承諾。
全球投資競賽
全球芯片制造商都高度關(guān)注SiC襯底的尺寸轉(zhuǎn)變。隨著Wolfspeed率先啟動8英寸產(chǎn)能，其他供應(yīng)商也積極跟進，積極尋求與全球供應(yīng)鏈上下游的主要參與者合作，以在市場中占據(jù)有利地位。隨著大量投資公告的發(fā)布，晶圓級的全球產(chǎn)能正在快速增長。
目前，全球80%的SiC襯底是在美國本土生產(chǎn)的，這使該國在這一關(guān)鍵技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，并且希望盡可能長時間地保留這一地位。“根據(jù)我們迄今為止的計算，我們估計目前全球SiC晶圓廠投資總額接近140億美元，而這僅僅是開始，”
“憑借位于北卡羅來納州的新John Palmour材料工廠，Wolfspeed將使其當(dāng)前的SiC產(chǎn)能增加10倍，資本支出占收入的比例將達到100%。這些數(shù)字令人震驚。”
供應(yīng)鏈焦點的轉(zhuǎn)變
Yole Intelligence的最新研究強調(diào)了SiC供應(yīng)鏈瓶頸的焦點發(fā)生了變化。大規(guī)模產(chǎn)能擴張并不簡單意味著供應(yīng)過剩。
Yole Group旗下Yole Intelligence的高級技術(shù)和市場分析師Poshun Chiu指出，2022年，SiC晶圓將出現(xiàn)大規(guī)模擴張超過需求的趨勢。今天的最新數(shù)據(jù)講述了一個不同的故事——人們對使用SiC器件的興趣日益濃厚，引發(fā)了晶圓和器件的產(chǎn)能擴張。
由于電動汽車一直是SiC市場的主要驅(qū)動力，2021年和2022年SiC晶圓供應(yīng)短缺導(dǎo)致許多非汽車應(yīng)用獲得SiC晶圓的機會有限。SiC晶圓產(chǎn)能擴張將于2023年投入運營，促進SiC器件市場的增長。用于MOSFET和汽車應(yīng)用的SiC晶圓受成本優(yōu)化的影響將較小。然而，質(zhì)量較低的玩家將需要降價以獲得剩余的利用率。我們預(yù)計碳化硅二極管級晶圓的價格將會受到更高的侵蝕。中短期內(nèi)，八英寸將主要保留供內(nèi)部使用。
那么隨著時間的推移，碳化硅是否會成為其自身成功的犧牲品呢？“我們可以與藍色LED藍寶石的情況進行比較，平均售價可能會下降，”Eloy說。當(dāng)時，隨著2010年中期中國廠商大幅增加產(chǎn)能，藍寶石價格大幅下跌。由于具有競爭力的價格和設(shè)備的可訪問性，它加速了LED在顯示器和照明領(lǐng)域的滲透。對于SiC，生態(tài)系統(tǒng)將需要處理需求/供應(yīng)和質(zhì)量的差異。”
“在我們等待新的CHIPS法案資助的新建晶圓廠投產(chǎn)的同時，ATREG預(yù)計更多傳統(tǒng)200mm以及具有化合物半導(dǎo)體能力的制造資產(chǎn)將在未來幾個月內(nèi)轉(zhuǎn)換為大批量SiC制造設(shè)施，以彌補短期的差距。到中期所需的能力，”Rothrock總結(jié)道。“我認(rèn)為可以公平地說，碳化硅在未來一段時間內(nèi)仍然擁有光明的前景。”
