碳化硅的新爆發(fā)

隨著全球?qū)τ陔妱悠嚱蛹{程度的逐步提升，碳化硅（SiC）在未來十年將會迎來全新的增長契機(jī)。預(yù)計(jì)將來，功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)商與汽車行業(yè)的運(yùn)作方會更踴躍地參與到這一領(lǐng)域的價值鏈建設(shè)里。

SiC 作為第三代半導(dǎo)體以其優(yōu)越的性能，在今年再次掀起風(fēng)潮。

6 英寸到 8 英寸的過渡推動

由于截至 2024 年開放 SiC 晶圓市場缺乏批量出貨，因此 8 英寸 SiC 平臺被認(rèn)為具有戰(zhàn)略性意義。

SiC 具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度和高遷移率等特點(diǎn)，是良好的半導(dǎo)體材料，目前已經(jīng)在汽車電子、工業(yè)半導(dǎo)體等領(lǐng)域有了較為廣泛的應(yīng)用。而在進(jìn)入 8 英寸后，每片晶圓中理論上可用的裸片數(shù)量將大大增加。根據(jù) Wolfspeed 財(cái)報說明上的數(shù)據(jù)，單從晶圓加工成本來看，從 6 英寸升級到 8 英寸，晶圓成本是增加的，但從 8 英寸晶圓中獲得的優(yōu)良裸片（die）數(shù)量可增加 20%～30%，產(chǎn)量更高，最終的芯片成本將更低。

因此大尺寸基板由于其成本優(yōu)勢，逐漸被人們寄予厚望。

根據(jù)中國 SiC 襯底制造商 TankeBlue 半導(dǎo)體的測算，從 4 英寸升級到 6 英寸預(yù)計(jì)單片成本可降低 50%；從 6 英寸到 8 英寸，成本預(yù)計(jì)還能再降低 35%。

同時，8 英寸基板可以生產(chǎn)更多芯片，從而減少邊緣浪費(fèi)。簡單來說，8 英寸基板的利用率更高，這也是各大廠商積極研發(fā)的主要原因。

目前，6 英寸 SiC 基板仍占主導(dǎo)地位，但 8 英寸基板已開始滲透市場。例如，2023 年 7 月，Wolfspeed 宣布其 8 英寸晶圓廠已開始向中國客戶出貨 SiC MOSFET，表明其 8 英寸 SiC 襯底已批量出貨。TankeBlue 半導(dǎo)體也已開始小規(guī)模出貨 8 英寸基板，計(jì)劃到 2024 年實(shí)現(xiàn)中規(guī)模出貨。

自 2015 年 Wolfspeed 首次展示樣品以來，8 英寸 SiC 襯底已經(jīng)經(jīng)歷了 7-8 年的發(fā)展歷史，近兩年技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)明顯加速?？v觀國際廠商，除了已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的 Wolfspeed 外，還有 7 家 SiC 襯底、外延，預(yù)計(jì)今年或未來 1-2 年內(nèi)實(shí)現(xiàn) 8 英寸襯底的量產(chǎn)。

投資方面，Wolfspeed 繼續(xù)在美國北卡羅來納州建設(shè) John Palmour 碳化硅制造中心（SiC 襯底工廠）。該工廠將進(jìn)一步帶動基板產(chǎn)能的擴(kuò)張，以滿足日益增長的 8 英寸晶圓需求。

Coherent 公司去年還宣布計(jì)劃擴(kuò)大 8 英寸基板和外延片的生產(chǎn)，在美國和瑞典都有大規(guī)模的擴(kuò)建項(xiàng)目。在產(chǎn)品出口渠道方面，Coherent 公司已獲得三菱電機(jī)和電裝 10 億美元的投資，為兩家公司長期提供 6/8 英寸 SiC 襯底和外延片。

意法半導(dǎo)體去年也投資 8 英寸領(lǐng)域，與湖南三安半導(dǎo)體合作建設(shè) 8 英寸 SiC 晶圓廠。后者將配套建設(shè) 8 英寸 SiC 襯底工廠，確保合資公司穩(wěn)定的材料供應(yīng)。同時，ST 正在開發(fā)自己的基板，此前與 Soitec 合作實(shí)現(xiàn)了 8 英寸 SiC 基板的量產(chǎn)。

就國內(nèi)廠商而言，目前已有 10 多家企業(yè) 8 英寸 SiC 襯底進(jìn)入樣品和小規(guī)模生產(chǎn)階段。其中包括 Semisic Crystal Co、晶盛機(jī)電、SICC Co、Summit Crystal Semiconductor Co、Synlight Semiconductor Co、TanKeBlue Semiconductor Co、Harbin KY Semiconductor、IV Semitec、Sanan Semiconductor、Hypersics 等公司。

目前，中國基板制造商與國際巨頭的差距已明顯縮小。英飛凌等公司已與中芯國際、唐科藍(lán)半導(dǎo)體等中國廠商建立了長期合作伙伴關(guān)系。從技術(shù)角度來看，這種差距的縮小反映了全球襯底技術(shù)的整體進(jìn)步。展望未來，預(yù)計(jì)各廠商的共同努力將推動 8 英寸基板技術(shù)的發(fā)展。

總體來看，8 英寸 SiC 襯底整體發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。

全球 8 英寸 SiC 工廠加速擴(kuò)張

隨著襯底材料不斷突破技術(shù)天花板，2023 年全球 8 英寸 SiC 晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模再創(chuàng)新高。

據(jù) TrendForce 統(tǒng)計(jì)，2023 年大約有 12 個與 8 英寸晶圓相關(guān)的擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目，其中 8 個項(xiàng)目由 Wolfspeed、Onsemi、意法半導(dǎo)體、英飛凌、羅姆等全球廠商主導(dǎo)。意法半導(dǎo)體還與三安半導(dǎo)體合作開展了一個項(xiàng)目。此外，還有 3 個項(xiàng)目由環(huán)球電源科技、聯(lián)星科技、J2 半導(dǎo)體等中國制造商牽頭。從地區(qū)角度來看，預(yù)計(jì)歐洲、美洲、日本、韓國、中國和東南亞等重點(diǎn)地區(qū)將大量投資新建 8 英寸 SiC 晶圓廠。截至目前，全球大約有 11 座 8 英寸晶圓廠正在建設(shè)或規(guī)劃中。

從廠商的擴(kuò)張方向來看，博世和安森美半導(dǎo)體 2023 年的投資直接瞄準(zhǔn)了汽車 SiC 市場。意法半導(dǎo)體計(jì)劃在意大利建設(shè)的 8 英寸 SiC 芯片工廠也瞄準(zhǔn)了電動汽車市場。雖然其他廠商尚未明確未來產(chǎn)能的應(yīng)用方向，但電動汽車是 SiC 當(dāng)前和未來的主要增長引擎，成為各大廠商擴(kuò)產(chǎn)的重點(diǎn)。

從成本角度來看，雖然短期內(nèi) 6 英寸晶圓是主流，但為了降低成本和提高效率，8 英寸等更大尺寸的趨勢是不可避免的。因此，未來電動汽車市場預(yù)計(jì)將帶動 8 英寸晶圓需求持續(xù)增長。

從供應(yīng)鏈角度來看，轉(zhuǎn)向 8 英寸晶圓對于 SiC 制造商來說是一個突破。根據(jù)行業(yè)洞察，6 英寸 SiC 器件市場已進(jìn)入激烈競爭階段，尤其是 SiC JBD。對于規(guī)模較小、競爭力較弱的企業(yè)來說，利潤空間日益受到擠壓，預(yù)示著未來一輪整合重組即將到來。

硅基半導(dǎo)體的發(fā)展歷史證明，改用更大尺寸的晶圓可以提高生產(chǎn)率。這是越來越多廠商積極推進(jìn) 8 英寸晶圓的主要原因之一。

資本的進(jìn)擊

據(jù)報道，在羅姆 (Rohm) 近日召開的財(cái)務(wù)業(yè)績發(fā)布會上，公司總裁 Isao Matsumoto（松本功）宣布，將于今年 6 月開始與東芝在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)方面進(jìn)行業(yè)務(wù)談判，預(yù)計(jì)談判將持續(xù)一年左右。兩家公司旨在加強(qiáng)旗下半導(dǎo)體業(yè)務(wù)全方面合作，涵蓋技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、采購和物流等領(lǐng)域。

松本功表示：「東芝和我們的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)在包括產(chǎn)品組合在內(nèi)的各個方面都非常平衡且高度兼容，我們希望就如何創(chuàng)造這種協(xié)同效應(yīng)提出建議?！闺p方設(shè)想通過批量采購?fù)ㄓ迷O(shè)備和零部件、相互銷售內(nèi)部設(shè)備以及相互外包產(chǎn)品銷售來降低成本。

此前，羅姆和東芝宣布將合作生產(chǎn)碳化硅（SiC）和硅（Si）功率半導(dǎo)體器件，這一計(jì)劃還得到了日本政府的支持。該計(jì)劃旨在讓羅姆和東芝分別對 SiC 和 Si 功率半導(dǎo)體進(jìn)行重點(diǎn)投資，依據(jù)對方生產(chǎn)力優(yōu)勢進(jìn)行互補(bǔ)，有效提高供應(yīng)能力。項(xiàng)目總投資為 3883 億日元（折合人民幣約 180 億元），其中政府將支持 1294 億日元（折合人民幣約 60 億元），占比高達(dá)三分之一。羅姆旗下位于宮崎縣的工廠將負(fù)責(zé)生產(chǎn) SiC 功率器件和 SiC 晶圓，而東芝旗下位于石川縣的工廠將以生產(chǎn) Si 芯片為主。

此外，羅姆計(jì)劃在 2027 財(cái)年之前，對 SiC 業(yè)務(wù)整體投資 5100 億日元（折合人民幣約 237 億元）。到 2027 財(cái)年，羅姆預(yù)計(jì) SiC 功率器件的銷售額將增長到 2700 億日元（折合人民幣約 125 億元），是 2022 財(cái)年的 9 倍。由東芝負(fù)責(zé)傳統(tǒng)的 Si 半導(dǎo)體業(yè)務(wù)將使羅姆公司能夠把投資重點(diǎn)放在更尖端的 SiC 產(chǎn)品上。

因看好來自電動車 (EV) 的需求將擴(kuò)大，也讓東芝、羅姆等日本廠商開始相繼增產(chǎn)節(jié)能性能提升的 EV 用次世代半導(dǎo)體。各家日廠增產(chǎn)的對象為用來供應(yīng)控制電力的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，不過使用的材料不是現(xiàn)行主流的硅 (Si)、而是采用了 SiC。SiC 功率半導(dǎo)體使用于 EV 逆變器上的話，耗電力可縮減 5-8%、可提升續(xù)航距離，目前特斯拉 (Tesla) 和中國車廠已開始在部分車款上使用 SiC 功率半導(dǎo)體。

因看好來自 EV 的需求有望呈現(xiàn)急速擴(kuò)大，東芝半導(dǎo)體事業(yè)子公司「東芝電子元件及儲存裝置 (Toshiba Electronic Devices & Storage)」在 2023 年度將旗下姬路半導(dǎo)體工廠的 SiC 功率半導(dǎo)體產(chǎn)量擴(kuò)增至 2020 年度的 3 倍、之后計(jì)劃在 2025 年度進(jìn)一步擴(kuò)增至 10 倍，目標(biāo)最遲在 2030 年度取得全球 1 成以上市占率。

另外，羅姆將投資 500 億日元、目標(biāo)在 2025 年之前將 SiC 功率半導(dǎo)體產(chǎn)能提高至現(xiàn)行的 5 倍以上。羅姆位于福岡縣筑后市的工廠內(nèi)已蓋好 SiC 新廠房、目標(biāo) 2022 年啟用，中國吉利汽車的 EV 已決定采用羅姆的 SiC 功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，而羅姆目標(biāo)在早期內(nèi)將全球市占率自現(xiàn)行的近 2 成提高至 3 成。

羅姆在該領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，2010 年量產(chǎn)了世界上第一個 SiC 晶體管。2009 年收購的德國子公司 SiCrystal 生產(chǎn) SiC 晶圓，使羅姆具備了從頭到尾的生產(chǎn)能力。它最近在日本福岡縣的一家工廠開設(shè)了一個額外的生產(chǎn)設(shè)施，這是將產(chǎn)能增加五倍以上的計(jì)劃的一部分。

富士電機(jī)考慮將 SiC 功率半導(dǎo)體開始生產(chǎn)的時間自原先計(jì)劃 (2025 年) 提前半年到 1 年。

日本研調(diào)機(jī)構(gòu)富士經(jīng)濟(jì) (Fuji Keizai) 公布的調(diào)查報告指出，隨著車輛價格下滑、基礎(chǔ)設(shè)施整備完善，長期來看，EV 將成為電動化車款的主流，預(yù)估 2035 年全球 EV 銷售量預(yù)估將大幅擴(kuò)增至 2,418 萬臺、將較 2020 年跳增 10 倍 (暴增約 1,000%)。

富士經(jīng)濟(jì)公布的調(diào)查報告指出，自 2021 年以后，在汽車/電子設(shè)備需求加持下，預(yù)估 SiC、氮化鎵 (GaN) 等下一代功率半導(dǎo)體市場將以每年近 20% 的速度呈現(xiàn)增長，2030 年市場規(guī)模預(yù)估為 2,490 億日元、將較 2020 年跳增 3.8 倍 (成長約 380%)。

其中，因汽車/電子設(shè)備需求加持，來自中國、北美、歐洲的需求揚(yáng)升，預(yù)估 2030 年 SiC 功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將擴(kuò)大至 1,859 億日元、將較 2020 年跳增 2.8 倍；GaN 功率半導(dǎo)體市場規(guī)模預(yù)估將擴(kuò)大至 166 億日元、將較 2020 年飆增 6.5 倍；氧化鎵功率半導(dǎo)體市場規(guī)模預(yù)估為 465 億日元。