2024年的碳化硅市場猶如一條洶涌的大河，全球各大廠家傾瀉而下、奔涌向前。我們可以看到全球各大廠在過去幾年中投資布局的8英寸碳化硅生產(chǎn)線已逐步進入落地階段，包括英飛凌在馬來西亞建設(shè)的居林新廠，安森美在韓國富川規(guī)劃的生產(chǎn)設(shè)施，三安在重慶投資的碳化硅項目等等。聚焦我國，則以碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中的8英寸襯底材料發(fā)展為甚，近兩年許多企業(yè)8英寸襯底技術(shù)陸續(xù)突破。
總體而言，8英寸碳化硅時代的腳步已無比臨近，本文將對全球碳化硅芯片廠以及我國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)進行盤點，進一步廓清碳化硅產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢。
全球布局：新建14座8英寸碳化硅廠
在全球碳化硅市場中，意法半導體（ST）、安森美（Onsemi）、英飛凌（Infineon）、Wolfspeed羅姆（ROHM）、博世（BOSCH）、富士電機（Fuji Electric）、三菱電機、世界先進和漢磊、士蘭微、芯聯(lián)集成企業(yè)紛紛宣布建設(shè)自己的8英寸碳化硅芯片廠，如下圖所示。上述廠商中的多家企業(yè)不僅在芯片廠布局完善，在上游襯底和外延等材料端也布局完善。
圖片來源：TrendForce集邦咨詢
ST意法半導體
ST在全球整體的SiC業(yè)務(wù)中（從晶圓到器件甚至延伸至襯底）均占據(jù)著較大的競爭優(yōu)勢。受純電動汽車（BEV）應(yīng)用的推動，碳化硅功率器件行業(yè)保持強勁增長，而ST長期以來在SiC功率器件的研發(fā)方面投入了大量資源，在推動碳化硅功率器件市場快速發(fā)展的同時，也確立了ST在器件市場的領(lǐng)導地位。
目前ST主要在三地擁有碳化硅晶圓廠，其正在現(xiàn)有的意大利卡塔尼亞和新加坡宏茂橋的兩條6英寸晶圓生產(chǎn)線上生產(chǎn)旗艦大批量碳化硅產(chǎn)品，其中ST今年5月31日宣布在意大利卡塔尼亞新建一座8英寸碳化硅工廠，整合了碳化硅生產(chǎn)流程的所有環(huán)節(jié)。新工廠計劃2026年開始生產(chǎn)，到2033年滿產(chǎn)，滿負荷產(chǎn)能高達每周15000片晶圓，預計總投資額約為50億歐元。而與中國三安光電合資的中國重慶8英寸碳化硅制造廠將成為ST的第三個碳化硅生產(chǎn)中心，該項目于2023年6月7日宣布，預計于2025年第四季度開始投產(chǎn)，并將在2028年全面建成。
而在襯底布局上，早前ST通過購買SiCrystal、Wolfspeed（Cree）的襯底滿足其制造需求，隨后其通過并購瑞典碳化硅襯底廠商Norstel AB（現(xiàn)更名為“ST SiC AB”），并與Soitec合作開發(fā)碳化硅襯底制造技術(shù)，自建意大利卡塔尼亞襯底產(chǎn)線（2022年10月）等方式，逐步完善其SiC制造版圖。
目前， ST生產(chǎn)器件所用的襯底主要由其位于瑞典北雪平和意大利卡塔尼亞的研發(fā)制造基地提供。另外其與三安光電合資的中國重慶8英寸碳化硅制造廠，三安光電則單獨建造和運營一個新的8英寸SiC襯底制造廠為上述合資廠提供襯底，該廠已于今年9月初點亮通線，規(guī)劃年產(chǎn)8英寸碳化硅襯底48萬片。
安森美
從碳化硅的襯底、外延，到核心的設(shè)計和制造，再到封裝，安森美致力于打通整個功率器件產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)。綜合來看，安森美在汽車CIS領(lǐng)域、車用功率半導體都處于領(lǐng)導地位。其中安森美的車用EliteSiC系列功率器件平臺廣受行業(yè)好評，為其近幾年在碳化硅器件市場份額的快速提升發(fā)揮了重大作用。
在芯片廠布局上，安森美位于韓國富川的SiC晶圓廠于2023年完成擴建，計劃于2025年完成相關(guān)技術(shù)驗證后過渡到8英寸生產(chǎn)，屆時產(chǎn)能將擴大到當前規(guī)模的10倍。另外，2024年6月19日，安森美宣布將在捷克共和國建造先進的垂直整合碳化硅制造工廠。
在襯底外延材料的獲得上，安森美也與ST一樣主要通過外購、收購、自建的方式滿足其需求。2019年安森美與Wolfspeed（Cree）簽署了多年期協(xié)議購買碳化硅（SiC）裸片和外延片。2021年安森美以415億美元收購了專門生產(chǎn)碳化硅襯底材料的GTAT（GT Advanced Technologies Inc）公司。至今年該公司表示SiC基板材料自給率已超過50%，隨著內(nèi)部材料產(chǎn)能的提升，安森美正朝著實現(xiàn)50%毛利率的目標邁進。
自建方面，2022年安森美先是實現(xiàn)了新罕布什爾州哈德遜碳化硅新工廠的落成，使安森美的SiC晶錠產(chǎn)能同比增加五倍；此外便是上述的安森美在捷克共和國羅茲諾夫的碳化硅工廠，該工廠在未來兩年將使SiC襯底和外延片的產(chǎn)能提高16倍。
英飛凌
英飛凌的碳化硅營收近半數(shù)來自工業(yè)市場，其背靠強大的德國工業(yè)客源穩(wěn)定而深厚。英飛凌也瞄準了中國飛速增長的電動車市場，其CoolSiC系列在電動汽車、新能源領(lǐng)域、工業(yè)電機等應(yīng)用上都占據(jù)增量和存量市場，而今年小米SU7上配置的便是由英飛凌提供的CoolSiC功率模塊以及裸芯片產(chǎn)品，更是將英飛凌熱度再拉高。
晶圓廠建設(shè)上，2024年8月8日，英飛凌宣布其位于馬來西亞居林的8英寸碳化硅功率半導體晶圓廠一期項目正式啟動運營，預計2025年可實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。目前英飛凌的產(chǎn)能還在持續(xù)擴充，未來五年英飛凌將追加投資高達50億歐元大幅擴建居林第三工廠（Module Three）的二期建設(shè)，旨在建造號稱“全球最大的8英寸SiC功率晶圓廠”。此外，英飛凌還將正在對位于德國奧地利菲拉赫（Villach）的現(xiàn)有工廠進行8英寸改造。
在SiC晶體材料這一環(huán)節(jié)，與其他領(lǐng)先的SiC IDM制造商不同，英飛凌主要通過多元化供應(yīng)商體系以確保其供應(yīng)鏈穩(wěn)定，合作商包括Wolfspeed、 GTAT、Resonac、天岳先進、天科合達、SK Siltron CSS、Coherent等。并且根據(jù)英飛凌近兩年公開消息顯示，目前該企業(yè)還沒有建設(shè)自有的襯底廠計劃。
Wolfspeed
毫無疑問，Wolfspeed是SiC襯底的先驅(qū)和市場領(lǐng)導者，并且該公司也利用其先發(fā)優(yōu)勢率先實現(xiàn)從6英寸晶圓過渡到8英寸晶圓。
在上游襯底端，Wolfspeed在美國北卡羅來納州達勒姆制造的碳化硅材料占全球50%以上。另外，今年3月，位于美國北卡羅來納州查塔姆縣的“John Palmour碳化硅制造中心”封頂，該項目總投資50億美元，預計2025年上半年開始生產(chǎn)，屆時將顯著擴大Wolfspeed材料產(chǎn)能。
在器件制造上，Wolfspeed已在美國紐約的莫霍克谷中擁有全球首家且最大的8英寸SiC工廠，該工廠于2022年4月正式開業(yè)。今年6月官方表示，莫霍克谷廠已經(jīng)實現(xiàn)了20%晶圓啟動利用率。此外，2023年1月，Wolfspeed和汽車零部件供應(yīng)商采埃孚宣布在德國薩爾州建造全球最大、最先進的8英寸SiC器件制造工廠，業(yè)界消息顯示，該計劃目前已延期，最早將于2025年開始。
羅姆
背靠日本強大的汽車工業(yè)以及在亞洲市場整合供應(yīng)鏈的能力，羅姆在功率半導體領(lǐng)域積累較深。在看到碳化硅在電動汽車、工業(yè)市場等諸多領(lǐng)域的發(fā)展前景后，羅姆通過收購和自建的方式，從器件端向襯底材料端延伸。
晶圓廠建設(shè)上，據(jù)羅姆官網(wǎng)介紹，羅姆目前在日本擁有四個基于碳化硅的功率半導體生產(chǎn)基地，分別位于京都總部、福岡縣筑后工廠和長濱工廠以及宮崎第一工廠。2020年末，羅姆在日本福岡縣筑后工廠建設(shè)了碳化硅新廠房，已于2022年開始量產(chǎn)，而且產(chǎn)線將從量產(chǎn)6英寸晶圓切換為量產(chǎn)8英寸晶圓。在今年的PCIM Asia中，羅姆的工作人員表示，公司預計在2025年量產(chǎn)八英寸SiC，同時公司的第五代碳化硅MOSFET也將披露。
在襯底業(yè)務(wù)上，羅姆在2009年收購了德國SiC襯底制造商SiCrystal，以滿足自身材料供應(yīng)。此外，2023年7月13日，羅姆宣布計劃在2024年末開始在其位于日本宮崎縣的第二工廠生產(chǎn)8英寸碳化硅襯底，即藍碧石半導體宮崎第二工廠，該工廠原本是太陽能技術(shù)公司Solar Frontier的原國富工廠。
博世（BOSCH）
博世長久以來高度聚焦車用半導體、MEMS傳感器等領(lǐng)域，近年來博世高度看重碳化硅市場，也在進行重點投資。
博世現(xiàn)在共有兩座碳化硅生產(chǎn)工廠，分別位于德國羅伊斯特根和美國羅斯維爾。其中，羅伊斯特根工廠于2021年投產(chǎn)6英寸碳化硅晶圓，目前8英寸碳化硅晶圓便來自該工廠。羅斯維爾則是博世在2023年收購而來，而博世也將在2026年在加州羅斯維爾實現(xiàn)8英寸碳化硅晶圓的生產(chǎn)。
在襯底供應(yīng)上，博世主要通過與上游合作伙伴如天岳先進簽訂長期的合作關(guān)系確保后續(xù)襯底的穩(wěn)定供應(yīng)。
三菱電機
三菱電機的碳化硅業(yè)務(wù)主要依賴于工業(yè)和鐵路應(yīng)用營收。近些年，三菱電機將目光投注于快速發(fā)展的電動汽車領(lǐng)域，并加強SiC功率模塊研發(fā)。
今年5月末，三菱電機表示位于日本熊本縣新建的8英寸SiC工廠的竣工時間將定為2025年9月，投產(chǎn)時間將從2026年4月提前至2025年11月，將主要負責8英寸 SiC晶圓的前端工藝。另外，三菱電機還將加強其6英寸SiC晶圓的生產(chǎn)設(shè)施，以滿足當下不斷增長的市場需求。
而在襯底供應(yīng)上，三菱電機主要與Coherent公司進行垂直合作，穩(wěn)定碳化硅襯底的采購以確保供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性。
富士電機
富士電機在碳化硅器件的研發(fā)可以追溯到2013年，該公司在日本松本工廠就投產(chǎn)了6英寸SiC晶圓產(chǎn)線，2014年第一代平面型碳化硅MOSFET模塊已經(jīng)應(yīng)用在富士電機的光伏逆變器上。
今年1月，富士電機宣布在未來三年（2024至2026財年）投資2000億日元用于碳化硅功率半導體的生產(chǎn)，包括在日本松本工廠建設(shè)8英寸碳化硅產(chǎn)能，預計2027年投產(chǎn)。此外，富士電機計劃在其位于青森縣五所川原市津輕工廠從2024年開始量產(chǎn)6英寸碳化硅功率半導體。
而在碳化硅襯底、晶圓材料上，富士電機主要和天岳先進、昭和電工等多個廠商簽署多年供應(yīng)協(xié)議以確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。
芯聯(lián)集成
芯聯(lián)集成在紹興越城建立了第一條8英寸碳化硅MOSFET晶圓產(chǎn)線，并于今年4月完成了工程批下線，預計明年實現(xiàn)量產(chǎn)。在2024年，公司計劃將碳化硅MOSFET的生產(chǎn)能力擴展至每月1萬片，較當前的5000片/月增長近一倍。此外，芯聯(lián)集成計劃在2027年底前實現(xiàn)每月10萬片12英寸晶圓的產(chǎn)能目標，其中包括碳化硅（SiC）MOSFET等產(chǎn)品。
Silan士蘭微
今年6月18日，士蘭微在廈門海滄區(qū)正式啟動了國內(nèi)首條8英寸碳化硅（SiC）功率器件芯片制造生產(chǎn)線項目，項目名稱為“士蘭集宏”，總投資達120億人民幣。該項目將分兩期建設(shè)，旨在形成年產(chǎn)72萬片8英寸SiC功率器件芯片的生產(chǎn)能力。第一期項目投資70億元，預計在2025年第三季度末完成初步通線，并在第四季度實現(xiàn)試生產(chǎn)，目標年產(chǎn)2萬片。二期投資規(guī)模約50億元。
世界先進&漢磊
9月10日，晶圓代工大廠世界先進宣布，擬投資24.8億新臺幣以獲取漢磊13%的股權(quán)。雙方將進行策略合作，共同推動8英寸碳化硅（SiC）晶圓技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)制造。據(jù)悉，漢磊目前在中國臺灣新竹科學園擁有1座4/5英寸及2座6英寸晶圓廠，漢磊與世界先進的合作將在漢磊現(xiàn)有6英寸晶圓制造技術(shù)及客戶的基礎(chǔ)上，共同合作進行8英寸碳化硅技術(shù)平臺開發(fā)及產(chǎn)能布建，預計2026年下半年開始量產(chǎn)。
泰國將建首個SiC工廠
近日，泰國投資委員會宣布支持Hana Microelectronics和PTT Group成立的合資企業(yè)FT1 Corporation，投資了115億泰銖（3.5億美元）建設(shè)泰國首家SiC工廠，該工廠將使用從韓國芯片制造商轉(zhuǎn)讓的技術(shù)生產(chǎn)6英寸和8英寸晶圓。消息顯示，該工廠預計將于2027年第一季度投產(chǎn)，以滿足汽車、數(shù)據(jù)中心和儲能市場日益增長的需求。
從上述披露的14座碳化硅廠房（在建12座）布局來看，短期內(nèi)僅有Wolfspeed莫霍克谷工廠能夠提供8英寸碳化硅晶圓，最早則從明年開始陸續(xù)有廠家可以供應(yīng)上8英寸碳化硅晶圓。
中國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況幾何？
據(jù)全球半導體觀察不完全統(tǒng)計，我國近年來有超100家企業(yè)在碳化硅領(lǐng)域進行布局，其中2024年就有超50個碳化硅項目迎來最新進展。如下圖所示，涉及的企業(yè)包括三安半導體、天科合達、重投天科、天岳先進、晶盛機電、同光股份、東尼電子、科友半導體等等。其中合盛新材多家企業(yè)在8英寸襯底、外延、晶體生長以及設(shè)備等多領(lǐng)域的突破值得關(guān)注。
襯底方面，國外多家大廠已與我國天科合達、天岳先進等企業(yè)簽訂了長期供貨協(xié)議。多方行業(yè)人士表示，中國的碳化硅企業(yè)特別是在襯底制備領(lǐng)域，國內(nèi)襯底企業(yè)的6英寸以及8英寸產(chǎn)品，無論是從產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)能還是價格，都已經(jīng)具備了明顯的競爭力。預計未來幾年，國內(nèi)頭部襯底企業(yè)將成為國際市場8英寸襯底的主要供應(yīng)商，市場占比遠超目前的6英寸。
今年以為我國碳化硅襯底市場動態(tài)頻頻， 9月10日寧波合盛新材宣布其8英寸導電型4H-SiC襯底項目已實現(xiàn)全線貫通，產(chǎn)品在微管密度、電阻率等關(guān)鍵性能指標上表現(xiàn)優(yōu)異；9月2日天岳先進表示，在8英寸碳化硅襯底上，公司率先實現(xiàn)了自主擴徑，完成從8英寸導電型襯底制備到產(chǎn)業(yè)化的快速布局；科友半導體近期則表示，該公司的8英寸碳化硅長晶良率達到60%左右，8英寸碳化硅襯底加工產(chǎn)線于2023年底調(diào)試完畢后，正陸續(xù)提升產(chǎn)能；世紀金芯表示，8英寸碳化硅襯底片已與多家國內(nèi)外客戶完成多批次產(chǎn)品驗證，預計2024年下半年落成訂單；今年4月11日青禾晶元官方宣布，在國內(nèi)率先成功制備了8英寸碳化硅鍵合襯底。
而在碳化硅外延領(lǐng)域，天域半導體也在加碼擴產(chǎn)，據(jù)悉其總部和生產(chǎn)制造中心項目一期即將試產(chǎn)，產(chǎn)能為17萬片/年。另外近期官方也披露了天域半導體的8英寸碳化硅外延工藝技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化能力提升項目；此外，5月13日，?？瓢雽w宣布，公司成功實現(xiàn)了國產(chǎn)8英寸碳化硅襯底上同質(zhì)外延生長，正式具備8英寸SiC外延片量產(chǎn)能力；瀚天天成也在今年5月宣布，公司完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的8英寸碳化硅外延工藝的技術(shù)開發(fā)，瀚天天成正式具備了國產(chǎn)8英寸碳化硅外延晶片量產(chǎn)能力；今年4月，南京百識電子宣布正式具備國產(chǎn)8英寸碳化硅外延晶片量產(chǎn)能力…
而在碳化硅設(shè)備領(lǐng)域，近日中國電科48所表示，其自主研發(fā)的8英寸碳化硅外延設(shè)備已實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，通過改進激光視覺定位、晶圓自糾偏等技術(shù)，設(shè)備自動化性能更加成熟，提升了產(chǎn)品生產(chǎn)效率；廣州三義激光生產(chǎn)的首批6 & 8英寸碳化硅激光滾圓設(shè)備順利完成生產(chǎn)并正式交付客戶，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率；今年8月納設(shè)智能也成功研制出更大尺寸具有更多創(chuàng)新技術(shù)的8英寸碳化硅外延設(shè)備；晶升股份首批8英寸碳化硅長晶設(shè)備已于今年7月在重慶完成交付；早在去年6月，晶盛機電就成功研發(fā)出具有國際先進水平的8英寸單片式碳化硅外延生長設(shè)備；此外，我國半導體設(shè)備龍頭企業(yè)北方華創(chuàng)，面向8英寸襯底和外延制造已有相應(yīng)的設(shè)備產(chǎn)品下線…
總體而言，我國碳化硅產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展迅速，市場規(guī)模不斷擴大，其中在上游碳化硅襯底制備技術(shù)方面取得了顯著進展，不斷縮小與國際先進水平的差距，而在中游器件和模塊制造環(huán)節(jié)與國際大廠還存在較大差距。
第三代半導體應(yīng)用挺進AI數(shù)據(jù)中心
過去幾年，關(guān)于第三代半導體市場的討論熱點，多聚焦于電動汽車和工業(yè)市場，但近期汽車芯片市場增長趨緩引起行業(yè)擔憂。與此同時，AI人工智能浪潮席卷全球，數(shù)據(jù)中心對算力需求的持續(xù)高漲成為了第三代半導體破局的關(guān)鍵。
除了新能源汽車、5G通信、工業(yè)應(yīng)用以外，數(shù)據(jù)中心或?qū)⒊蔀樘蓟璧挠忠粋€強有力加速引擎。安森美總裁兼首席執(zhí)行官Hassane El-Khoury表示，在接下來的3-5年，單個數(shù)據(jù)中心的容量將會從傳統(tǒng)的150MW-180MW，提升到500MW兆瓦以上,這意味著電源單元必須具備更高的功率能力，預計將從傳統(tǒng)的3kW、4kW，逐步提升至5kW、8kW，甚至10kW。而碳化硅的高功率密度和效率能夠在數(shù)據(jù)中心中發(fā)揮非常重要的作用，能夠幫助數(shù)據(jù)中心電源實現(xiàn)更高的功率密度。
深圳基本半導體有限公司總經(jīng)理也表示，大型計算基礎(chǔ)設(shè)施運行所需的電能日益增加，需要更高功率、更高能效的電力電子設(shè)備去支撐。給AI處理器供電最高效的選擇就是氮化鎵和碳化硅等第三代半導體。具體到碳化硅的應(yīng)用而言，碳化硅具有極小的反向恢復損耗，可以有效降低能耗，主要應(yīng)用在AI服務(wù)器電源的PFC（功率因數(shù)校正）中?，F(xiàn)在多數(shù)企業(yè)都在采用碳化硅二極管替代硅二極管，碳化硅MODFET替代硅MOSFET。
此外，與市場規(guī)模增長形成鮮明對比的是，碳化硅的價格正在快速下降。市場消息顯示，今年碳化硅器件價格對比之前降幅達約30%。隨著8英寸SiC產(chǎn)能的逐步釋放，預計SiC單器件或單位電流密度的成本將進一步降低，這也可能成為推動SiC大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點。
行業(yè)人士表示，即便碳化硅類產(chǎn)品降低，其價格也會遠高于硅基類產(chǎn)品。對此博世中國區(qū)總裁Norman Roth博士表示，這是由碳化硅的材料特性決定的。此外，碳化硅作為半導體，也存在前期投資巨大，產(chǎn)品周期長的特性，整個價格走勢會呈現(xiàn)出平穩(wěn)的下降，而非斷崖式的下跌。
結(jié)語
總體而言，8英寸碳化硅時代即將到來，材料層的更新將推動半導體行業(yè)開啟新一輪更新?lián)Q代。而對于中國半導體產(chǎn)業(yè)而言，碳化硅領(lǐng)域是一個可以快速趕超的激情領(lǐng)域，未來大有可為。（來源：全球半導體觀察）
更多SiC和GaN的市場資訊，請關(guān)注微信公眾賬號：集邦化合物半導體。