碳化硅競爭升級，中國企業(yè)施壓國際大廠

作為第三代半導體材料的典型代表，碳化硅（SiC）與硅（Si）相比，擁有更加優(yōu)異的物理和化學特性，使得 SiC 器件能降低能耗 20% 以上，減少體積和重量 30%~50%，可滿足中低壓、高壓、超高壓功率器件制備要求。SiC 器件可廣泛應用于電動汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、通信雷達和航空航天等領域。

SiC 主要用于功率器件制造，與傳統(tǒng)硅功率器件制造工藝不同，SiC 器件不能直接在 SiC 單晶材料上制造，必須在導通型單晶襯底上額外生長高質量的外延材料，在外延層上制造器件。

在 SiC 產業(yè)鏈上，關鍵部分主要集中在上游，其中，襯底生產成本占總成本的 47%，外延片成本占 23%，合計占 SiC 產業(yè)鏈總成本的 70% 左右。襯底制造技術壁壘很高，價值量最大，既決定了上游原材料制備的方式及相關參數(shù)，也決定著下游器件的性能，是 SiC 大規(guī)模產業(yè)化推進的關鍵。

SiC 襯底方面，6 英寸產品已實現(xiàn)商用化，在此基礎上，國際大廠都在推 8 英寸產品，但距離全面商業(yè)化還有一段距離。SiC 外延片方面，情況類似，6 英寸產品實現(xiàn)商用化，也處在 8 英寸產品商用推廣階段。

SiC 功率器件主要應用于新能源汽車、充電樁、工業(yè)場景、交通領域等，其中，新能源汽車應用占比最高，市場份額達 41.5%，由于 SiC 是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料，技術也已經(jīng)趨于成熟，使其成為實現(xiàn)新能源汽車最佳性能的理想選擇。目前，SiC 器件在 EV/HEV 上主要用于功率控制單元、逆變器、DC/DC 轉換器、車載充電器等。此外，光伏+儲能也是 SiC 功率器件的主要應用領域，占比達 23.1%。

受汽車應用推動，尤其是 EV 主逆變器的需求，SiC 市場在高速增長，據(jù) TrendForce 統(tǒng)計，2023 年，全球 SiC 功率器件市場規(guī)模約為 30.4 億美元。

SiC 產業(yè)格局

按地區(qū)劃分，亞太是全球最大的 SiC 消費市場，從企業(yè)端來看，美國、歐洲和日本相關企業(yè)在 SiC 行業(yè)處于領先位置。

全球前五大 SiC 廠商占有 70% 左右的市場份額（出貨量），這些廠商包括 STMicroelectronics（意法半導體）、英飛凌、Wolfspeed、Rohm（羅姆）、Onsemi（安森美）、比亞迪和 Mitsubishi Electric（三菱電機）等。

美國的代表企業(yè)是 Wolfspeed 和安森美。Wolfspeed 宣布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；還在紐約州建設全球首座 8 英寸 SiC 晶圓廠，總投資達到 50 億美元。Wolfspeed 還在積極強化與下游的合作，例如，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晶圓廠，此外，還與梅賽德斯-奔馳合作，為其供應 SiC 器件。

歐洲廠商通過垂直化整合，加大擴產力度，不斷強化在該領域的競爭優(yōu)勢。英飛凌宣布投資 20 多億歐元，擴大在馬來西亞的 SiC 工廠產能，將在 2024 下半年投入運營。意法半導體也在大幅提高晶圓產能，計劃到 2024 年將 SiC 晶圓產能提高到 2017 年的 10 倍。

日本的羅姆將投資 500 億日元強化 SiC 生產，日本富士電機也在考慮將 SiC 產品的投產時間比原計劃的 2025 年提前一年。

最近，TrendForce 發(fā)布了一份研究報告，據(jù)統(tǒng)計，2023 年全球 SiC 功率器件市場保持了強勁增長勢頭，前五大 SiC 供應商約占整個市場營收的 91.9%，其中，意法半導體以 32.6% 市占率位居第一，安森美則由 2022 年的第四名躍居至第二名，市場份額為 23.6%，緊隨其后的是英飛凌（16.5%）、Wolfspeed（11.1%）、羅姆（8%）。

目前，SiC 襯底的主流產品是 6 英寸的，行業(yè)正在向 8 英寸升級，雖然 8 英寸襯底的加工成本有所增加，但可以提升芯片產量，8 英寸 SiC 晶圓能夠生產的芯片數(shù)量約為 6 英寸的 1.8 倍，向 8 英寸轉型，是降低 SiC 器件成本的可行方法。同時，8 英寸襯底厚度增加有助于在加工時保持幾何形狀，減少邊緣翹曲度，降低缺陷密度，從而提升良率。

由于采用 8 英寸襯底能夠大幅降低單位綜合成本，各大廠商都在積極布局 8 英寸 SiC 晶圓。Wolfspeed、英飛凌、博世、安森美等廠商的 8 英寸晶圓量產時間集中于 2024 下半年~2026 年，其中：Wolfspeed 的 8 英寸產品已公布，預計 2024 年第二季度產能利用率達 20％以上，安森美韓國工廠在 2024 年正式運行，預計今年產能為去年的 1.7 倍，2026 年產能規(guī)劃約為 80 萬片，英飛凌表示，今年居林廠開始量產 8 英寸 SiC 器件，預計到 2027 年產能約為 80 萬片，是 2023 年初的 10 倍。

由于亞洲，特別是東亞地區(qū)是全球 SiC 器件第一大消費市場，同時，日本和中國的 SiC 生產商也在全球產業(yè)鏈中扮演著重要角色，因此，下邊將著重介紹該地區(qū)的 SiC 器件生產情況。

日本的優(yōu)勢：扎實的半導體工藝技術積淀

日本半導體產業(yè)和相關企業(yè)有長年形成的制造工藝和技術積淀，在發(fā)展以 SiC 為代表的第三代半導體器件方面有其獨特優(yōu)勢。

在日本，SiC 產業(yè)鏈上的廠商還是比較多的，如羅姆、三菱電機、東芝、富士電機、瑞薩，以及中央硝子（Central Glass）、DISCO 等，在全球都有著較強競爭力。

羅姆是日本最大的 SiC 功率器件生產商，并通過其德國子公司 SiCrystal 生產 SiC 晶圓。羅姆占據(jù)著全球 10% 的 SiC 功率器件市場，以及 15%-20% 的 SiC 晶圓市場。

羅姆計劃在 2028 年前投資 5100 億日元發(fā)展 SiC 產業(yè)，目標是到 2030 年 SiC 晶圓產能相比 2021 年提高 35 倍，據(jù)悉，到 2025 年，羅姆 SiC 產能將提升 6.5 倍。

今年 6 月，羅姆子公司 SiCrystal 宣布，將在德國紐倫堡東北部現(xiàn)有工廠對面擴建廠房。據(jù)介紹，新的 SiC 晶圓廠將額外提供 6000 平方米的生產空間，并將配備最先進的技術，以進一步優(yōu)化 SiC 晶圓的生產。新工廠預計將在 2026 年初完工，到 2027 年，SiCrystal 的總產能將比 2024 年增加約 3 倍。

2023 年 6 月，羅姆與德國汽車零件大廠 Vitesco Technologies 簽訂了 SiC 功率器件的長期供應契約，在 2024-2030 年期間的交易額將超過 1300 億日元。2023 年 7 月，羅姆宣布收購太陽能電池生產商 Solar Frontier 在宮崎縣國富町的工廠，計劃將該工廠用于擴大 SiC 功率器件的產能，未來將成為羅姆的主要生產基地。

另一家廠商三菱電機宣布，在 2026 年 3 月之前將之前宣布的投資計劃翻一番，達到約 2600 億日元，主要用于建設新的晶圓廠，以增加 SiC 功率器件的產能。

2023 年 10 月，日本汽車零組件大廠 Denso 和三菱電機宣布，將分別投資 5 億美元，入股美國 Coherent（原名 II-VI）的 SiC 業(yè)務子公司 Silicon Carbide，分別取得 12.5% 股權（兩家日企合計取得 25% 股權）。Silicon Carbide 主要從事 SiC 晶圓等產品的制造，于 2023 年 4 月從 Coherent 公司分拆出來。通過此次投資，Denso 和三菱電機可實現(xiàn) 6 英寸和 8 英寸 SiC 晶圓的長期穩(wěn)定采購，進一步強化用來控制電動車馬達的逆變器競爭力。

日本企業(yè)中，還有富士通半導體、日立、京瓷、新日本無線電、菲尼泰克半導體、三墾電氣、三社電氣制造、精工 NPC、昭和電工、住友金屬礦山等多家涉及 SiC 襯底和外延片生產。

基于日本在半導體材料和設備領域的長年積累，相關企業(yè)也將其技術和工藝優(yōu)勢轉移到 SiC 上。

最近，日本中央硝子開發(fā)出了利用含有硅和碳的溶液（液相法）來制造 SiC 襯底的技術。與使用高溫下升華的 SiC 使單晶生長（升華法）的傳統(tǒng)技術相比，液相法在增大襯底尺寸和提高品質方面更具優(yōu)勢。該技術可使襯底的制造成本降低 10% 以上，良率也會大幅度提升。

由于利用液相法制備 SiC 襯底較為復雜，此前該技術一直未應用在實際生產中。中央硝子運用計算化學，通過推算溶液的動態(tài)，成功量產出了 6 英寸 SiC 襯底。在此基礎上，該公司打算最早于 2030 年把相關技術擴展到 8 英寸 SiC 襯底的生產。

為了讓客戶采用以新技術制作的 SiC 襯底，中央硝子已開始與歐美大型半導體企業(yè)展開商討。中央硝子最早將于 2024 年夏天開始向客戶提供樣品，2027～2028 年實現(xiàn)商業(yè)化。

設備方面，日本晶圓設備制造商 DISCO 于 2023 年 12 月推出了新的 SiC 晶圓切割設備，可將切割速度提高 10 倍，首批產品已交付客戶。

中國廠商給國際大廠加壓

目前，中國 SiC 產業(yè)處于不斷加速階段。2023 年，中國 SiC 襯底材料出貨 89.4 萬片（折合 6 英寸晶圓），比 2022 年的 30 萬片增長 297.9%，銷售收入為 36.5 億元，同比暴漲 221.2%。但是，總體來看，中國企業(yè)與國外廠商仍有一定差距，特別是在 SiC 功率器件營收方面，如芯聯(lián)集成預計其 2024 年 SiC 器件營收將增長至 10 億，然而，僅意法半導體一家廠商在 2023 年的 SiC 營收就達到 11.4 億美元（約合人民幣 82.8 億元）。

在 SiC 襯底方面，天科合達、山東天岳、山西爍科、河北同光、廣州南砂、晶盛機電等廠商已實現(xiàn)批量生產（或小批量生產）。其中，天科合達去年產能已達 16 萬片 6 英寸 SiC 晶圓，今年將開始生產 8 英寸產品，山東天岳預計到 2026 年，產能將達到 30 萬片 6 英寸晶圓。

Yole 報告顯示，在 2023 年全球導電型 SiC 襯底材料市場占有率排行中，天科合達以 18% 的市場份額超過美國 Coherent（16%），躍居全球第二，不過仍低于 WolfSpeed 的 33%。山東天岳則以 14% 的市場份額排名第四。

SiC 外延片方面，東莞天域、瀚天天成、三安光電、河北普興、中電化合物等廠商已實現(xiàn)量產出貨，2023 年 SiC 外延片產能達 400 多萬片。

SiC 器件方面，芯聯(lián)集成、士蘭微、積塔半導體、基本半導體、泰科天潤、聞泰科技、揚杰科技、東微半導等企業(yè)的 SiC 功率器件和模塊營收持續(xù)提升。

目前，中國本土 SiC 襯底廠商已經(jīng)具備優(yōu)秀的 6 英寸產品量產水平，還在與歐美 IDM 大廠共同開發(fā) 8 英寸 SiC 技術，例如，天科合達、天岳與英飛凌合作，由天科合達、天岳提供 6 英寸 SiC 襯底材料給英飛凌進行晶圓加工，后續(xù)將共同向 8 英寸 SiC 晶圓技術過渡；三安光電與意法半導體達成合作，在重慶合資建 8 英寸 SiC 晶圓廠。

中國電動車市場的龐大需求給 SiC 供應鏈提供了足夠的增長空間，也給國際大廠造成了不小的壓力。由于中國企業(yè)產能大幅擴張，SiC 襯底價格的下滑速度遠超過市場擴張速度。業(yè)內人士表示，中國 6 英寸 SiC 晶圓代工價格，已降至每片 1200~1800 美元，比兩年前每片 4000 美元左右的價格大幅下降。

2023 年，全球 SiC 襯底供應量為 170 萬片，天科合達當年產能估計達 16 萬片 6 英寸晶圓，今年開始生產 8 英寸 SiC 晶圓。山東天岳計劃到 2026 年，產能將達到 30 萬片 6 英寸晶圓。

2023 年初，6 英寸 SiC 襯底價格還在 1000 美元左右，現(xiàn)在只有 500 多美元。不過，業(yè)內人士認為，中國的價格競爭已達極限，因為價格再往下降，中國廠商也無利可圖。