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(dǎo)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(xué)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(yīng)用于電動汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、通信雷達(dá)和航空航天等領(lǐng)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(dǎo)通型單晶襯底上額外生長高質(zhì)量的外延材料，在外延層上制造器件。

在 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈上，關(guān)鍵部分主要集中在上游，其中，襯底生產(chǎn)成本占總成本的 47%，外延片成本占 23%，合計占 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈總成本的 70% 左右。襯底制造技術(shù)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(guān)參數(shù)，也決定著下游器件的性能，是 SiC 大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)的關(guān)鍵。

SiC 襯底方面，6 英寸產(chǎn)品已實現(xiàn)商用化，在此基礎(chǔ)上，國際大廠都在推 8 英寸產(chǎn)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(chǎn)品實現(xiàn)商用化，也處在 8 英寸產(chǎn)品商用推廣階段。

SiC 功率器件主要應(yīng)用于新能源汽車、充電樁、工業(yè)場景、交通領(lǐng)域等，其中，新能源汽車應(yīng)用占比最高，市場份額達(dá) 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(shù)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(zhuǎn)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(yīng)用領(lǐng)域，占比達(dá) 23.1%。

受汽車應(yīng)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(chǎn)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(guān)企業(yè)在 SiC 行業(yè)處于領(lǐng)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(dǎo)體）、英飛凌、Wolfspeed、Rohm（羅姆）、Onsemi（安森美）、比亞迪和 Mitsubishi Electric（三菱電機(jī)）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(yù)計 2030 年完工；還在紐約州建設(shè)全球首座 8 英寸 SiC 晶圓廠，總投資達(dá)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(yīng)商采埃孚合作，投資 30 億美元在德國薩爾州建設(shè)晶圓廠，此外，還與梅賽德斯-奔馳合作，為其供應(yīng) SiC 器件。

歐洲廠商通過垂直化整合，加大擴(kuò)產(chǎn)力度，不斷強化在該領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。英飛凌宣布投資 20 多億歐元，擴(kuò)大在馬來西亞的 SiC 工廠產(chǎn)能，將在 2024 下半年投入運營。意法半導(dǎo)體也在大幅提高晶圓產(chǎn)能，計劃到 2024 年將 SiC 晶圓產(chǎn)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(chǎn)，日本富士電機(jī)也在考慮將 SiC 產(chǎn)品的投產(chǎn)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(yīng)商約占整個市場營收的 91.9%，其中，意法半導(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)量，8 英寸 SiC 晶圓能夠生產(chǎn)的芯片數(shù)量約為 6 英寸的 1.8 倍，向 8 英寸轉(zhuǎn)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(chǎn)時間集中于 2024 下半年~2026 年，其中：Wolfspeed 的 8 英寸產(chǎn)品已公布，預(yù)計 2024 年第二季度產(chǎn)能利用率達(dá) 20％以上，安森美韓國工廠在 2024 年正式運行，預(yù)計今年產(chǎn)能為去年的 1.7 倍，2026 年產(chǎn)能規(guī)劃約為 80 萬片，英飛凌表示，今年居林廠開始量產(chǎn) 8 英寸 SiC 器件，預(yù)計到 2027 年產(chǎn)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(chǎn)商也在全球產(chǎn)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(chǎn)情況。

日本的優(yōu)勢：扎實的半導(dǎo)體工藝技術(shù)積淀

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

在日本，SiC 產(chǎn)業(yè)鏈上的廠商還是比較多的，如羅姆、三菱電機(jī)、東芝、富士電機(jī)、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(chǎn)商，并通過其德國子公司 SiCrystal 生產(chǎn) 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(chǎn)業(yè)，目標(biāo)是到 2030 年 SiC 晶圓產(chǎn)能相比 2021 年提高 35 倍，據(jù)悉，到 2025 年，羅姆 SiC 產(chǎn)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(kuò)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(chǎn)空間，并將配備最先進(jìn)的技術(shù)，以進(jìn)一步優(yōu)化 SiC 晶圓的生產(chǎn)。新工廠預(yù)計將在 2026 年初完工，到 2027 年，SiCrystal 的總產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)商 Solar Frontier 在宮崎縣國富町的工廠，計劃將該工廠用于擴(kuò)大 SiC 功率器件的產(chǎn)能，未來將成為羅姆的主要生產(chǎn)基地。

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

2023 年 10 月，日本汽車零組件大廠 Denso 和三菱電機(jī)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(wù)子公司 Silicon Carbide，分別取得 12.5% 股權(quán)（兩家日企合計取得 25% 股權(quán)）。Silicon Carbide 主要從事 SiC 晶圓等產(chǎn)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(jī)可實現(xiàn) 6 英寸和 8 英寸 SiC 晶圓的長期穩(wěn)定采購，進(jìn)一步強化用來控制電動車馬達(dá)的逆變器競爭力。

日本企業(yè)中，還有富士通半導(dǎo)體、日立、京瓷、新日本無線電、菲尼泰克半導(dǎo)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(chǎn)。

基于日本在半導(dǎo)體材料和設(shè)備領(lǐng)域的長年積累，相關(guān)企業(yè)也將其技術(shù)和工藝優(yōu)勢轉(zhuǎn)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(shù)。與使用高溫下升華的 SiC 使單晶生長（升華法）的傳統(tǒng)技術(shù)相比，液相法在增大襯底尺寸和提高品質(zhì)方面更具優(yōu)勢。該技術(shù)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(fù)雜，此前該技術(shù)一直未應(yīng)用在實際生產(chǎn)中。中央硝子運用計算化學(xué)，通過推算溶液的動態(tài)，成功量產(chǎn)出了 6 英寸 SiC 襯底。在此基礎(chǔ)上，該公司打算最早于 2030 年把相關(guān)技術(shù)擴(kuò)展到 8 英寸 SiC 襯底的生產(chǎn)。

為了讓客戶采用以新技術(shù)制作的 SiC 襯底，中央硝子已開始與歐美大型半導(dǎo)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(shè)備方面，日本晶圓設(shè)備制造商 DISCO 于 2023 年 12 月推出了新的 SiC 晶圓切割設(shè)備，可將切割速度提高 10 倍，首批產(chǎn)品已交付客戶。

中國廠商給國際大廠加壓

目前，中國 SiC 產(chǎn)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(yù)計其 2024 年 SiC 器件營收將增長至 10 億，然而，僅意法半導(dǎo)體一家廠商在 2023 年的 SiC 營收就達(dá)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(dá)、山東天岳、山西爍科、河北同光、廣州南砂、晶盛機(jī)電等廠商已實現(xiàn)批量生產(chǎn)（或小批量生產(chǎn)）。其中，天科合達(dá)去年產(chǎn)能已達(dá) 16 萬片 6 英寸 SiC 晶圓，今年將開始生產(chǎn) 8 英寸產(chǎn)品，山東天岳預(yù)計到 2026 年，產(chǎn)能將達(dá)到 30 萬片 6 英寸晶圓。

Yole 報告顯示，在 2023 年全球?qū)щ娦?SiC 襯底材料市場占有率排行中，天科合達(dá)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(chǎn)出貨，2023 年 SiC 外延片產(chǎn)能達(dá) 400 多萬片。

SiC 器件方面，芯聯(lián)集成、士蘭微、積塔半導(dǎo)體、基本半導(dǎo)體、泰科天潤、聞泰科技、揚杰科技、東微半導(dǎo)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(chǎn)品量產(chǎn)水平，還在與歐美 IDM 大廠共同開發(fā) 8 英寸 SiC 技術(shù)，例如，天科合達(dá)、天岳與英飛凌合作，由天科合達(dá)、天岳提供 6 英寸 SiC 襯底材料給英飛凌進(jìn)行晶圓加工，后續(xù)將共同向 8 英寸 SiC 晶圓技術(shù)過渡；三安光電與意法半導(dǎo)體達(dá)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(yīng)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(chǎn)能大幅擴(kuò)張，SiC 襯底價格的下滑速度遠(yuǎn)超過市場擴(kuò)張速度。業(yè)內(nèi)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(yīng)量為 170 萬片，天科合達(dá)當(dāng)年產(chǎn)能估計達(dá) 16 萬片 6 英寸晶圓，今年開始生產(chǎn) 8 英寸 SiC 晶圓。山東天岳計劃到 2026 年，產(chǎn)能將達(dá)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(nèi)人士認(rèn)為，中國的價格競爭已達(dá)極限，因為價格再往下降，中國廠商也無利可圖。