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疯狂的碳化硅,国内狂追!

近几日,英飞凌在碳化硅合作与汽车半导体方面合作动态频频,再度引起业界对碳化硅材料关注。

1月23日,英飞凌与Wolfspeed宣布扩大并延伸现有的长期150mm碳化硅晶圆供应协议(原先的协议签定于2018年2月)。延伸后的合作将包括一个多年期产能预留协议。这将有助于保证英飞凌整个供应链的稳定,同时满足汽车、太阳能、电动汽车充电应用、储能系统等领域对于碳化硅半导体不断增长的需求。Y1Desmc

据英飞凌科技首席执行官Jochen Hanebeck消息,为了满足不断增长的碳化硅器件需求,英飞凌正在落实一项多供应商战略,从而在全球范围内保障对于150mm和200mm碳化硅晶圆的高品质、长期供应优质货源。Y1Desmc

此外,近日英飞凌宣布与中国企业浙江富特科技股份有限公司(以下简称“富特科技”)成立创新应用中心。双方将通过该中心进一步加强在车载电源领域半导体技术的深度合作,为新能源汽车车载电源市场提供更高效的解决方案,持续助推功率半导体器件在车载电源领域的应用技术升级。Y1Desmc

资料显示,富特科技成立于2011年,专注于新能源汽车高压核心零部件产品的技术研发及智能制造,深耕车载电源和非车载电源两大细分领域。此前2023年2月,富特科技宣布将在富特科技电动汽车充电解决方案中采用Wolfspeed E-系列SiC MOSFET,以期优化解决方案性能和充电成本,为客户带来更好的充电体验和成本效益。Y1Desmc

另外,1月22日,英飞凌和格芯宣布达成一项新的多年期协议,格芯将为英飞凌生产AURIX TC3x 40纳米汽车微控制器(MCU)以及电源管理和连接解决方案。Y1Desmc

近几年,英飞凌几乎与产业链上主要的SiC衬底供应商都开展了合作,追其原因,主要是全球领先的SiC器件供应商如罗姆、安森美、意法半导体等都已陆续买下和投资了不同的优质SiC衬底供应商,建立起了企业的内部衬底供应。Y1Desmc

比如安森美有GTAT,ST有Norstel,罗姆有SiCrystal。英飞凌目前便只差这一环。其实早在2016年年中,英飞凌曾有意收购SiC衬底厂商Cree旗下Wolfspeed功率和射频业务部,但由于美国政府的反对收购失败。从此英飞凌便不断加强衬底上的合作,确保其未来需求的外部供应。Y1Desmc

SiC市场加速增长,上车是大势所趋

近两年,SiC市场愈发受到市场重视,陷入包括汽车、太阳能、储能等应用领域纷纷加大碳化硅应用,鉴于SiC材料的优越特性,行业客户对SiC发展前景充满信心,全球主要的SiC厂商如英飞凌、ST和安森美等都在大举扩产建能。在2023年半导体市场萎靡之际,,SiC产业链一众供应商业绩亮眼,市场一度成为SiC的狂欢。Y1Desmc

其中,汽车领域是SiC重点布局之一,尤其是新能源汽车。虽然2023年3月特斯拉在投资者大会上表示将减少75%的SiC用量,引起市场波动。但TrendForce集邦咨询分析师表示,SiC的可靠性以及供应链的稳定性确实令特斯拉信心不足,且当前SiC功率器件价格较高,特斯拉的这一决定或许并非出于对SiC的不信任,而是基于SiC发展现状所做的让步。毕竟是特斯拉率先在Model 3中采用碳化硅替代IGBT使得碳化硅崭露锋芒,未来重用碳化硅是预料之中。从业界动态看,华为对SiC的投资基本覆盖了整个产业链,从国内外车厂近期动态看,宝马、迈凯伦、大众、奔驰、现代起亚等在内的一众车企纷纷与Wolfspeed、英飞凌、ST意法半导体等半导体厂商签订合作协议以确保碳化硅产品的稳定供应。Y1Desmc

公开资料显示,生产碳化硅器件主要包括衬底、外延、器件制造(设计、制造、封测)三大环节,我国在上述三大领域均有布局,其中天科合达、天岳先进在碳化硅衬底上沉淀较久,外延设备上国内厂商晶盛机电、北方华创则布局较深;外延片上,瀚天天成和东莞天域较为成熟和稳定,且未来有规模产能开出。行业消息显示,未来碳化硅器件有望通过衬底成本降低、技术改进、芯片尺寸优化等方面达到成本降低的愿望,从而提升市占率。Y1Desmc

衬底:国外龙头垄断,国内奋起直追

大尺寸衬底能有效摊薄成本,是行业发展主流。目前碳化硅衬底主流尺寸是4/6寸,其中半绝缘型碳化硅衬底以4寸为主,导电型碳化硅衬底以6寸为主。据业界消息显示,当衬底从6寸扩大到8寸时,可切割出的碳化硅芯片(32mm2)数量有望从448颗增加到845颗,增加了75%。当下国际上龙头企业的碳化硅衬底正从6寸往8寸发展,包括Wolfspeed、II-VI以及国内碳化硅衬底龙头企业天岳先进等都已成功研发8英寸衬底产品。Y1Desmc

从海内外市占率看,Wolfspeed和II-VI公司在研发和产业化方面领先国内数十年,其中Wolfspeed/II-VI的6寸半绝缘型碳化硅衬底量产时间远远早于天岳先进。目前我国企业龙头天科合达、天岳先进还在奋起直追。据天岳先进等龙头企业财报数据显示,在绝缘型衬底方面,天岳先进全球市占率约为30%。Y1Desmc

外延:国外企业主导型强,国内未来规模产能稳定

在外延片上,Wolfspeed与昭和电工占据了全球超90%的碳化硅导电型外延片市场份额,形成双寡头垄断。目前我国由于进口外延炉供货短缺,国内外延炉仍需验证并且外延工艺难度大,国内SiC外延厂商较少,市占率较低。Y1Desmc

就国内企业看,瀚天天成和东莞天域技术及产能较为稳定。技术上,两者在6英寸外延均较为成熟和稳定,在8英寸均有储备。产能方面,瀚天天成2022年6英寸产能达12万片,2023年计划产能40万片(包括6/8英寸),至2025年产能目标约140万片;东莞天域2022年6英寸产能达8万片,并且启动年产100万片的6/8英寸外延项目,预计2025年竣工并投产。Y1Desmc

外延设备国产化是国内发展的重中之重,目前国内厂商晶盛机电、北方华创、中电48所等正在加强研究,其中晶盛机电6寸单片式碳化硅外延设备已实现国产替代,2022年公司外延设备市占率居国内前列。2023年6月晶盛机电又成功研发8英寸单片式碳化硅外延生长设备,引领国产替代。Y1Desmc

器件制造:设计、制造、封测缺一不可,道阻且长

在碳化硅器件制造设计端上,SiC二极管商业化正在逐步完善,但SiC MOS发展较面临较多难点,与国外厂商差距较大。目前ST、英飞凌、Rohm等厂商已实现600-1700V SiC MOS实量产并和多制造业达成签单出货;国内则还处于设计流片阶段,距离大规模商业化仍有较长时间。Y1Desmc

碳化硅器件制造则与设备国产化进程息息相关,设备需求主要包括高温离子注入机、高温退火炉、SiC减薄设备、背面金属沉积设备、背面激光退火设备、SiC衬底和外延片表面缺陷检测和计量。近几年是国产设备厂商的黄金发展3年,我国上述设备在近几年得到较快发展。Y1Desmc

在碳化硅器件封测领域,氮化硅主要采用AMB工艺,更受行业欢迎。据悉,AMB工艺生产的陶瓷衬板主要运用在功率半导体模块上作为硅基、碳化基功率芯片的基底。由于氮化硅陶瓷基板的多种特性与第3代半导体衬底SiC晶体接近,使其能够与SiC晶体材料匹配更稳定,因此成为SiC半导体导热基板材料首选,特别在800V以上高端新能源汽车中应用中不可或缺。Y1Desmc

另外,目前以硅基材料为主的IGBT模块在具有高导热性、高可靠性、高功率等要求的轨道交通、工业级、车规级领域正逐渐采用AMB陶瓷衬板替代原有的DBC陶瓷衬板。中国AMB陶瓷基板更多是依赖进口,国内厂商包括博敏电子、富乐华正在加速扩产。Y1Desmc

结语

目前,行业整体对于碳化硅的发展充满信心,行业消息显示,未来碳化硅器件有望通过大面积衬底进一步改善碳化硅成本,并在设计、器件制造、封装各个环节改进技术,设计更小尺寸芯片,使得碳化硅单位晶圆产出更高。Y1Desmc

综合各方预测显示,2021年SiC MOSFET为Si器件成本的3倍,到25年有望降至2.5倍附近,而业界通常认为2-2.5倍是碳化硅大规模渗透的成本临界点,故当前及未来2年处于SiC爆发的前夜。基于对新技术、新材料的变革信心,未来随着良率的大幅提升,规模优势下成本的不断下降,相信碳化硅将迎来爆发性成长。Y1Desmc

责编:Momoz
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