全球碳化硅 (SiC) 市場(chǎng)的非凡崛起無(wú)疑是引人注目的，早在 2017 年為特斯拉 Model 3 配備時(shí)，就開啟了功率半導(dǎo)體應(yīng)用從硅向 SiC 的轉(zhuǎn)變。2019 年，芯片制造商 Wolfspeed 選擇了Marcy紐約州尤蒂卡附近的 Nanocenter 工廠將在美國(guó)本土建設(shè)全球首座 200 毫米 SiC 工廠，該工廠于 2022 年 4 月落成。

此后，美國(guó)的 SiC 淘金熱已轉(zhuǎn)變?yōu)槿蛲顿Y熱潮，主要推動(dòng)力是電動(dòng)汽車需求的增加（電動(dòng)汽車）。雖然碳化硅顯然是半導(dǎo)體未來的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，但隨著它進(jìn)入電力電子主流，它是否面臨著很快成為商品的風(fēng)險(xiǎn)？

在本文中，ATREG創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Stephen Rothrock、Yole 集團(tuán)總裁兼創(chuàng)始人 Jean-Christophe Eloy以及 Yole 集團(tuán)旗下 Yole Intelligence 高級(jí)技術(shù)和市場(chǎng)分析師 Poshun Chiu概述了全球 SiC市場(chǎng)以及他們對(duì)革命性技術(shù)未來的預(yù)測(cè)。

一、創(chuàng)紀(jì)錄的市場(chǎng)增長(zhǎng)

根據(jù) Yole Intelligence 最新發(fā)布的 2023 年版功率 SiC 報(bào)告，預(yù)計(jì)到 2028 年，全球功率 SiC 器件市場(chǎng)將增長(zhǎng)至近 90 億美元，比 2022 年增長(zhǎng) 31%。汽車應(yīng)用在 SiC 市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，占到 70%。到 2022 年，電力 SiC 市場(chǎng)以及各種工業(yè)應(yīng)用，包括交通、能源和電信。

Stephen Rothrock表示，ATREG 跟蹤全球半導(dǎo)體制造資產(chǎn)市場(chǎng) 25 年來，我們從未見過任何新技術(shù)發(fā)展得如此之快。盡管我們的行業(yè)目前正在經(jīng)歷低迷，但我們見證了 SiC 的強(qiáng)勁增長(zhǎng)。借助 SiC 功率器件，全球主要 IDM 廠商都看到了增長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。

據(jù) Yole Intelligence 稱，過去幾年，意法半導(dǎo)體在 SiC 器件收入方面一直處于領(lǐng)先地位。該公司2022年?duì)I收約為7億美元，目前預(yù)計(jì)2023年?duì)I收為12億美元。緊隨全球電力電子領(lǐng)先企業(yè)英飛凌科技之后，該公司近兩年?duì)I收呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。

“Wolfspeed、Onsemi、ROHM 和 Bosch 被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)收入增長(zhǎng)的頂級(jí)廠商。截至 2023 年，領(lǐng)先公司已實(shí)施 IDM 業(yè)務(wù)模式，以加快這一快速增長(zhǎng)且利潤(rùn)豐厚的 SiC 器件業(yè)務(wù)的上市時(shí)間?！盝ean-Christophe Eloy接著說。

Yole Intelligence的研究還顯示，150毫米SiC晶圓是目前器件制造的主要平臺(tái)，公開市場(chǎng)上還沒有8英寸晶圓的批量出貨。對(duì)于當(dāng)前或計(jì)劃建設(shè)的 200mm SiC 晶圓廠，主要 IDM 正在根據(jù)其在半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中的地位采用不同的采購(gòu)策略。Wolfspeed 是目前唯一一家致力于提高其紐約州莫霍克谷工廠200mm SiC 產(chǎn)量的公司。其他廠商正在擴(kuò)大內(nèi)部 150mm 晶圓產(chǎn)能，并同時(shí)開發(fā) 200mm 晶圓。

“對(duì)于不打算轉(zhuǎn)向 8 英寸的公司來說，最常見的方法是多次采購(gòu) 150mm SiC 晶圓，” Chiu 指出?！?021年，Onsemi 收購(gòu)了 SiC 晶圓公司 GT Advanced Technologies (GTAT)，而 ROHM 則于 2009 年收購(gòu)了 SiCrystal。不過，我們了解到這些公司也在從外部晶圓供應(yīng)商處大量采購(gòu) 150mm SiC 晶圓?！彼a(bǔ)充說。

2019年，意法半導(dǎo)體收購(gòu)了SiC晶圓公司Norstel，以發(fā)展內(nèi)部晶圓產(chǎn)能。與此同時(shí)，該公司與 Soitec 合作開發(fā)工程基板，并與三安光電合作成立一家價(jià)值 32 億美元的合資企業(yè)，供應(yīng) 8 英寸 SiC 晶圓。英飛凌科技和三菱電機(jī)專注于200mm SiC平臺(tái)的器件加工，并使用外部供應(yīng)商的200mm晶圓。

8 月 31日，博世宣布完成對(duì) TSI Semiconductors 位于加利福尼亞州羅斯維爾運(yùn)營(yíng)的 200 毫米晶圓廠的收購(gòu)，此項(xiàng)交易由 ATREG 促成。在 2026 年開始的重組階段之后，該工廠將開始在 200 毫米晶圓上生產(chǎn)首批 SiC 芯片。將歐洲最大的制造商之一吸引到美國(guó)本土（該制造商僅在德國(guó)生產(chǎn)前端芯片）對(duì)美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)來說是一個(gè)巨大的勝利，因?yàn)椴┦烙?jì)劃在未來幾年內(nèi)在羅斯維爾工廠投資 15 億美元。

盡管在功率 SiC 器件市場(chǎng)上相對(duì)較晚，Onsemi 的 2023 年第一季度業(yè)績(jī)表明，該公司有望在 2023 年實(shí)現(xiàn) 10 億美元的雄心勃勃的收入。作為特斯拉和其他汽車原始設(shè)備制造商的首選 SiC 器件供應(yīng)商，該公司的收入在很大程度上得益于電動(dòng)汽車出貨量的深入?yún)⑴c。作為 2021 年宣布的未來十年在 SiC 領(lǐng)域投資 10 億美元的一部分，Coherent加快了在瑞典和美國(guó)的 SiC 襯底和外延制造擴(kuò)張計(jì)劃，賓夕法尼亞州伊斯頓工廠的晶圓年產(chǎn)量預(yù)計(jì)將達(dá)到 100 萬(wàn)片到 2027 年，相當(dāng)于 150mm 的基板，其中 200mm 已投入量產(chǎn)。

在歐洲，Wolfspeed 與 ZF 合作，在德國(guó)恩斯多夫建設(shè)先進(jìn)的 200mm SiC 工廠，投資 30 億美元，以支持德國(guó)汽車工業(yè)的巨大轉(zhuǎn)型。采埃孚與意法半導(dǎo)體簽署了碳化硅器件的多年供應(yīng)協(xié)議，而意法半導(dǎo)體則從歐盟委員會(huì)獲得了 292.5 歐元的資金，用于在西西里島卡塔尼亞建設(shè)一座晶圓廠。

在亞洲，英飛凌最新宣布計(jì)劃在馬來西亞居林建造世界上最大的 200 毫米碳化硅功率工廠，到本十年末可能實(shí)現(xiàn) 70 億歐元的收入。此外，瑞薩電子還與 Wolfspeed 合作執(zhí)行晶圓供應(yīng)協(xié)議，并支付 20 億美元定金，以確保 Wolfspeed 做出 10 年的 SiC 裸片和外延晶圓供應(yīng)承諾。

目前，全球 80% 的 SiC 襯底是在美國(guó)本土生產(chǎn)的，這使該國(guó)在這一關(guān)鍵技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，并且希望盡可能長(zhǎng)時(shí)間地保留這一地位?！案鶕?jù)我們迄今為止的計(jì)算，我們估計(jì)目前全球 SiC 晶圓廠投資總額接近 140 億美元，而這僅僅是開始，”

“憑借位于北卡羅來納州的新 John Palmour 材料工廠，Wolfspeed 將使其當(dāng)前的 SiC 產(chǎn)能增加 10 倍，資本支出占收入的比例將達(dá)到 100%。這些數(shù)字令人震驚?！?/span>

Yole Intelligence 的最新研究強(qiáng)調(diào)了 SiC 供應(yīng)鏈瓶頸的焦點(diǎn)發(fā)生了變化。大規(guī)模產(chǎn)能擴(kuò)張并不簡(jiǎn)單意味著供應(yīng)過剩。

Yole Group 旗下 Yole Intelligence 的高級(jí)技術(shù)和市場(chǎng)分析師Poshun Chiu指出，2022年，SiC晶圓將出現(xiàn)大規(guī)模擴(kuò)張超過需求的趨勢(shì)。今天的最新數(shù)據(jù)講述了一個(gè)不同的故事——人們對(duì)使用 SiC 器件的興趣日益濃厚，引發(fā)了晶圓和器件的產(chǎn)能擴(kuò)張。

由于電動(dòng)汽車一直是 SiC 市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，2021 年和 2022 年 SiC 晶圓供應(yīng)短缺導(dǎo)致許多非汽車應(yīng)用獲得 SiC 晶圓的機(jī)會(huì)有限。SiC晶圓產(chǎn)能擴(kuò)張將于2023年投入運(yùn)營(yíng)，促進(jìn)SiC器件市場(chǎng)的增長(zhǎng)。用于 MOSFET 和汽車應(yīng)用的 SiC 晶圓受成本優(yōu)化的影響將較小。然而，質(zhì)量較低的玩家將需要降價(jià)以獲得剩余的利用率。我們預(yù)計(jì)碳化硅二極管級(jí)晶圓的價(jià)格將會(huì)受到更高的侵蝕。中短期內(nèi)，八英寸將主要保留供內(nèi)部使用。

那么隨著時(shí)間的推移，碳化硅是否會(huì)成為其自身成功的犧牲品呢？“我們可以與藍(lán)色 LED 藍(lán)寶石的情況進(jìn)行比較，平均售價(jià)可能會(huì)下降，” Eloy 說。當(dāng)時(shí)，隨著2010年中期中國(guó)廠商大幅增加產(chǎn)能，藍(lán)寶石價(jià)格大幅下跌。由于具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格和設(shè)備的可訪問性，它加速了 LED 在顯示器和照明領(lǐng)域的滲透。對(duì)于 SiC，生態(tài)系統(tǒng)將需要處理需求/供應(yīng)和質(zhì)量的差異?！?/span>

“在我們等待新的 CHIPS 法案資助的新建晶圓廠投產(chǎn)的同時(shí)，ATREG 預(yù)計(jì)更多傳統(tǒng) 200mm 以及具有化合物半導(dǎo)體能力的制造資產(chǎn)將在未來幾個(gè)月內(nèi)轉(zhuǎn)換為大批量 SiC 制造設(shè)施，以彌補(bǔ)短期的差距。到中期所需的能力，”Rothrock總結(jié)道?！拔艺J(rèn)為可以公平地說，碳化硅在未來一段時(shí)間內(nèi)仍然擁有光明的前景?！?/span>