碳化硅 | 四国争雄，中国已渡过产业化初期阶段

来源:电子技术应用ChinaAET发布时间:2023-07-051598浏览

碳化硅产业严重的供需失衡持续受到业界关注，也吸引越来越多企业投入。简单列举近期的消息就有，三安光电与意法半导体将在重庆新建一座8英寸碳化硅器件厂，英飞凌接连与Resonac、天科合达、天岳先进等衬底供应商签订长期协议稳定供货渠道，博世计划收购美国TSI半导体强化在北美的碳化硅生产布局等。在越来越多企业进军碳化硅的情况下，全球碳化硅正在形成以美、欧、日、中为热点的四个产业集中区域。碳化硅正在重演当初硅基半导体的群雄争霸局面。

2023，碳化硅大厂都很忙

与硅基半导体面临的需求不振、市场下行不同，碳化硅受汽车电动化以及光伏产业拉动，行业依然持续升温。研究机构TECHCET日前预测，尽管全球经济普遍放缓，但2023年碳化硅衬底市场将持续强劲增长。数据显示，2022年，碳化硅N型衬底市场比2021年增长约15%，出货量达到总计88.4万片（等效6英寸），预计该市场将在2023年进一步增长，达到107.2万片晶圆。2022-2027年的整体复合年增长率估计约17%。这使越来越多资金投入到碳化硅领域。

近期最引人关注的行业事件为，三安光电与意法半导体签署重庆市三安意法碳化硅项目合作协议，建设总额预计约达32亿美元，主要从事碳化硅外延、芯片生产，预计2028年全面落成达产后，8英寸碳化硅晶圆产能将达1万片/周。此外，三安光电还将利用自有SiC衬底工艺，单独建造和运营一座新的8英寸碳化硅衬底制造厂，以满足合资厂的衬底需求。

除此之外，几家龙头大厂在上下游企业间的联动合作也愈发频繁。Wolfspeed计划与汽车零部件供应商采埃孚合作，投资30亿美元在德国萨尔州建设半导体厂，此外还与梅赛德斯-奔驰达成合作，将为其供应碳化硅器件。日本材料供应商Resonac宣布，将在2026年前，把用于功率半导体的碳化硅外延片产能提高到每月5万片，达到目前水平的5倍，并且开始投资研发下一代8英寸碳化硅晶圆技术。英飞凌积极寻找碳化硅来源，已与我国的天科合达、天岳先进，日本的Resonac签署长期供货协议。

意法半导体汽车和分立器件产品部(ADG)，功率晶体管事业部市场沟通经理Gianfranco DI MARCO表示，由于碳化硅相对于硅材料的固有效率和性能优势，大多数应用市场，特别是在电动汽车、充电站、可再生能源系统等重要应用领域，对碳化硅芯片需求大幅增长。碳化硅器件的工作电压高，耐高温，功率损耗小，这些优点正在吸引开发者开发新一代系统，向智能绿色低碳经济发展。在电动汽车、充电桩、可再生能源系统等主要趋势推动下，碳化硅功率半导体市场将不断扩大。

安富利现场应用管理总监丁国骄强调，除了在电动汽车领域，任何大功率、高压的场景，都有机会应用碳化硅，比如氢能源汽车的DC-DC变换器、高铁、高压柔性输电、充电桩、电焊机等大功率的应用。另外，随着人工智能的发展，在云端及边缘端高速运算的需求飞速发展，数据中心等更高功率、更高效的电源系统中，也会大量使用SiC的机会。

四国争雄各具实力

巨大的发展前景使得越来越多国家和地区的企业投入碳化硅产业的发展之中。从目前市场格局来看，正在逐步形成美、欧、日、中四个产业集中的区域。

美国占据主导地位。美国厂商在碳化硅领域仍旧占据主导地位。Wolfspeed和安森美半导体在全球碳化硅市场的地位都十分稳固。近来，Wolfspeed开始积极强化与下游的合作，计划与汽车零部件供应商采埃孚合作，投资30亿美元在德国萨尔州建设半导体厂，此外还与梅赛德斯-奔驰达成合作，将为其供应碳化硅器件。此前，Wolfspeed宣布将在美国北卡罗来纳州建造一座价值数十亿美元的新工厂，预计2030年完工；同时在美国纽约州建设全球首座8英寸碳化硅工厂，总投资达到50亿美元。Wolfspeed公司首席技术官John Palmour表示，新工厂最终将使碳化硅晶圆的制造能力增加13倍。安森美也很早就开始在布局碳化硅市场，2015年完成了对仙童半导体的收购、2021年完成了对美国GTAT的收购，增强自身碳化硅的供应能力。安森美计划继续投资增加GTAT的制造设施，提高产能。

欧洲强化垂直整合。欧洲碳化硅企业在设计、制造、器件等领域具备领先优势，如英飞凌和意法半导体等。目前欧洲厂商正通过垂直化整合，加大扩产力度，不断强化在该领域的竞争优势。今年2月，英飞凌宣布投资超过20亿欧元，扩大在马来西亚的碳化硅工厂产能，将在2024年下半年投入运营；意法半导体表示将在未来4年内大幅提高晶圆产能，计划到2024年将碳化硅晶圆产能提高到2017年的10倍。2021年11月，德、法等欧洲7国的34家实体联合发起“碳化硅价值链项目”，在欧洲建立完整可控的碳化硅产业链，维持从材料、衬底、器件、封装、电力电子应用的全产业链竞争力。

日本碳化硅火力全开。日本企业在功率半导体领域的实力一直相对稳固，目前瞄准电动汽车需求扩大，纷纷增产节碳化硅。东芝计划在2025年度之前把生产规模扩大到2020年度的10倍。罗姆将投资500亿日元强化碳化碳生产。日本富士电机也在考虑将碳化硅产品的投产时间比原计划的2025年提前半年至一年。三菱电机表示，正在加强对 SiC 的努力，将独特的制造工艺应用于沟槽 MOSFET 以进一步提高性能和生产力之外。该公司还考虑制造 8 英寸碳化硅晶圆。

中国渡过产业化初期。我国碳化硅处于不断加速阶段。据中国电子材料行业协会半导体材料分会统计我国从事碳化硅衬底研制的企业已经有30家（不包括中国电科46所、硅酸盐所、浙江大学和天津理工大学等纯研究机构），近年来这些单位的规划总投资已经超过300亿元，规划总产能已经超过180万片/年。部分企业度过了发展的初始阶段。4月份，基本半导体在深圳的车规级碳化硅芯片产线通线，主要产品为6英寸碳化硅MOSFET晶圆等。三安光电湖南碳化硅二期项目正推进建设，产能已达1.2万片/月，硅基氮化镓产能2000片/月；二期工程将于2023年贯通，达产后配套年产能将达到36万片。

垂直整合还是行业分工？

相对于美、欧、日等国家和地区的龙头大厂而言，国内碳化硅产业虽然很热，但整体实力依然不足。目前国际主要的碳化硅企业多采取IDM模式。这与硅基半导体在产业成熟下，行业走向细分有所不同。浙商资本报告显示，IDM可能将是未来一段时期产业主流模式。

但目前国内碳化硅企业整体实力仍然相对不足，多数企业很难实现从上游的衬底材料到下游器件的一体统合。对此，丁国骄认为，目前碳化硅晶圆技术还掌握在少数几个IDM手里，技术壁垒在在一段时间内难以突破，晶圆在相当长一段时间还会是供不应求的状态，尤其是高质量、更厚的晶圆。目前碳化硅还不到大规模生产的状态，仅有少数的Fabless、Foundry企业。但随着技术壁垒的突破，产能不受限制的情况下，分工的优势就显示出来了。

Gianfranco DI MARCO也认为，虽然目前大多数 SiC供应商都是垂直整合制造商，但随着市场的成熟，该行业可能会呈现多元化趋势，出现代工厂和无晶圆设计公司。代工厂和Fabless的发展可能会推动市场竞争和技术创新，这有利于整个行业的发展。

来源| 集微网

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