隨著我們逐漸擺脫化石燃料，世界正在認識到功率半導體的至關(guān)重要性。

能源效率、電氣化和二氧化碳減排是我們這個時代的口號，但它們只是最近一系列碳化硅（SiC）芯片工廠投資背后故事的一部分。從Wolfspeed 計劃在德國建設(shè)全球最大的 SiC 工廠，到三菱計劃在日本建設(shè)8 英寸 SiC 晶圓廠，這些項目不僅涉及氣候變化，還涉及緩和全球緊張局勢和保障芯片供應(yīng)。

我們在美國政府為其國內(nèi)芯片制造提供的 527 億美元補貼計劃中看到了這一點，作為其“芯片法案”的一部分，而緊隨其后的是歐盟的 470 億美元計劃。歐盟旨在實現(xiàn)半導體完全自給自足 ；希望半導體產(chǎn)業(yè)大規(guī)模遷移回歐洲。此外，歐盟還希望到 2030 年將市場份額從 10% 提高到 20%。

日本將投入 28 億美元用于芯片補貼，其中高達三分之一的資本將用于投資功率半導體。

英國在今年 5 月也發(fā)布了期待已久的國家半導體戰(zhàn)略，重點關(guān)注半導體設(shè)計、化合物半導體和研發(fā)。英國政府將在未來兩年投資 2 億英鎊，并在未來十年投資 10 億英鎊，以支持本土化合物半導體行業(yè)的發(fā)展。到目前為止，還沒有進行晶圓廠投資。

這些在未來幾年將如何展開？根據(jù) Yole Group 2022 年的估計，未來四年 SiC 功率器件將占整個功率器件的 30%，到 2027 年市場潛力將超過 60 億美元，高于 2021 年的約 10 億美元。

SiC市場會進一步發(fā)展嗎？是否存在供應(yīng)不足或供應(yīng)過剩的風險？

有趣的是，作為《歐洲芯片法》的一部分，歐盟委員會啟動了半導體警報系統(tǒng)（Semiconductor Alert System），這是監(jiān)控半導體供應(yīng)鏈的一個新試驗，使利益相關(guān)者能夠?qū)Π雽w價值鏈上任何關(guān)鍵的中斷提高認識。這個想法是要保證歐盟委員會可以對任何潛在的危機情況迅速做出反應(yīng)。

眾所周知，半導體行業(yè)的周期——晶圓廠建設(shè)之后是供過于求。繁榮通常伴隨著蕭條。但SiC芯片制造商卻持非常樂觀的態(tài)度。安森美和意法半導體兩家公司都宣布了在2023年獲得10億美元SiC業(yè)務(wù)的目標。英飛凌希望到2030年占據(jù)全球SiC市場30%的份額。

汽車是SiC淘金熱的主要焦點。英飛凌的數(shù)據(jù)顯示，汽車半導體含量預計將從內(nèi)燃機汽車每輛約490美元增加到純電動汽車(BEV)每輛約950美元。功率半導體將推動這一含量的增加，尤其是用于驅(qū)動電動機的大功率逆變器。

英國市場分析公司Exawatt預測，到2030年，超過95%的乘用純電動汽車將在其動力系統(tǒng)中使用SiC MOSFET。它還預計，到2024年，基于SIC的逆變器將超過基于硅的逆變器。到2030年，純電動汽車將占乘用車年銷量的50%以上；95%的純電動汽車將在他們的動力系統(tǒng)中使用基于SiC的半導體。

據(jù)英飛凌首席采購官Angelique van der Burg稱，她的公司正在加倍投資SiC?！霸谶@種情況下，我們正在實施多供應(yīng)商和多國采購戰(zhàn)略，以提高彈性，使我們廣泛的客戶群受益，”她談到最近與兩家中國SiC供應(yīng)商（TanKeBlue天科合達和SICC天岳先進）簽訂了合作協(xié)議，根據(jù)協(xié)議他們將為英飛凌提供150毫米SiC晶圓和晶錠，并支持英飛凌向200毫米晶圓的過渡。此外，英飛凌已與美國相干公司（前身為II-VI）達成協(xié)議，為其供應(yīng)150毫米基板，并在去年簽署了200毫米基板的合作協(xié)議。

意法半導體公司正在西西里島的卡塔尼亞建設(shè)一條晶圓試驗線和一個加工前端，在其現(xiàn)有的SiC工廠旁邊。它的目標是將前端產(chǎn)能提高10倍，到2024年第四季度，40%的基板將在內(nèi)部采購，并從150毫米開始過渡到200毫米。

美國的安森美公司的目標是將其SiC晶錠年產(chǎn)能擴大五倍，作為其全面控制其整個SiC制造供應(yīng)鏈（從采購SiC粉末和石墨原材料到交付全封裝的SiC器件）計劃的一部分。晶圓的內(nèi)部采購是其戰(zhàn)略的關(guān)鍵。

汽車、汽車、汽車

SiC市場的增長與交通電氣化有關(guān)。自2019年以來，包括意法半導體、Wolfspeed、ROHM、英飛凌科技、安森美和多家中國公司在內(nèi)的行業(yè)參與者已投資超過150億美元。Yole預計，這在未來會出現(xiàn)更多，許多其他汽車制造商已決定在其遠程EV/HEV中采用基于SiC的逆變器：大眾汽車、通用汽車、福特、保時捷、雷諾……都是推動這一趨勢的。

與汽車公司的聯(lián)盟是SiC故事的核心。意法半導體最近宣布它有25個正在進行的電動汽車項目，涉及8個客戶。他們的模塊已在Tesla Model 3中使用多年。

為3,600多家汽車和工業(yè)客戶提供SiC半導體的英飛凌剛剛與中國臺灣電子制造服務(wù)提供商鴻?？萍技瘓F（富士康）簽署協(xié)議，共同開發(fā)電動汽車并在臺灣建立系統(tǒng)應(yīng)用中心。2023年8月英飛凌宣布，計劃在未來五年內(nèi)追加投資高達50億歐元（約合人民幣393.4億元），用于在馬來西亞建造全球最大的8英寸SiC功率晶圓廠。此外，還將對位于德國奧地利菲拉赫以及馬來西亞居林的現(xiàn)有工廠進行8英寸改造。英飛凌CEO Jochen Hanebeck表示：“SiC市場不僅在汽車領(lǐng)域，而且在太陽能、儲能和大功率電動汽車充電等廣泛的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域都呈現(xiàn)出加速增長的趨勢。隨著居林的擴張，我們將確保我們在這個市場的領(lǐng)導地位，”

Wolfspeed與德國大型汽車系統(tǒng)公司采埃孚建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，計劃在德國紐倫堡地區(qū)建立歐洲SiC電力電子聯(lián)合研發(fā)中心。Wolfspeed前幾年出售其LED業(yè)務(wù)并擴大其功率器件業(yè)務(wù)，表明其發(fā)展SiC業(yè)務(wù)的決心。憑借其在SiC晶圓方面的領(lǐng)先地位，Wolfspeed現(xiàn)已通過其8英寸晶圓廠的認證。

安森美將為大眾汽車提供用于電動汽車牽引逆變器解決方案的SiC模塊和半導體。該公司還與寶馬于2023年3月簽署了電動傳動系統(tǒng)的長期供應(yīng)協(xié)議。此外，還與芬蘭電動汽車充電公司Kempower就SiC MOSFET和SiC二極管展開合作，并與中國電動汽車公司Zeekr合作，Zeekr是電池技術(shù)、電池管理系統(tǒng)和電動機技術(shù)的開發(fā)商。該公司與美國車行方案的全球領(lǐng)先供應(yīng)商博格華納擴大SiC方面的戰(zhàn)略合作，協(xié)議總價值超10億美元。博格華納將安森美的EliteSiC 1200V和750V功率器件集成到其VIPER功率模塊中，用于主驅(qū)逆變器解決方案，以提高電動汽車的性能。

與此同時，日本廠商ROHM與馬自達汽車公司和Imasen Electric Industrial簽訂了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，共同開發(fā)用于電動汽車電驅(qū)動單元的逆變器和SiC功率模塊。ROHM在十年前收購SiCrystal以進行垂直整合后，正在擴大器件和晶圓的產(chǎn)能。

這些只是已宣布的碳化硅聯(lián)盟的一小部分。但“戰(zhàn)略”不僅僅是一個廢棄的術(shù)語。這意味著為車企提供長期可靠的供應(yīng)，并為客戶保證即將蓬勃發(fā)展的碳化硅工廠的產(chǎn)量。

SiC產(chǎn)業(yè)鏈

在過去幾年中，這些主要參與者重塑了SiC生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)Yole稱，兩個主要趨勢影響其供應(yīng)鏈：一是半導體廠商從晶圓制造到模塊封裝的垂直整合，以在未來幾年獲得更多收入。在此背景下，終端系統(tǒng)公司（例如汽車OEM）正在更快、更靈活地采用SiC來管理市場上多個晶圓供應(yīng)商的供應(yīng)。

當討論焦點集中在電動汽車、投資和不斷增長的市場上時，關(guān)注中國的生態(tài)系統(tǒng)是非常重要的。中國大規(guī)模的碳化硅投資基于三個主要動機：國家政策、強勁的市場需求和國內(nèi)供應(yīng)的需要。

SiC產(chǎn)業(yè)鏈主要由襯底、外延、器件、封測組成，目前主要競爭格局是襯底及外延市場集中度高，器件領(lǐng)域海外廠商占主導地位。國內(nèi)一些高校、廠商也在積極參與SiC產(chǎn)業(yè)鏈，包括材料及器件研發(fā)、封測技術(shù)，雖然產(chǎn)業(yè)化規(guī)模還不大，但是近幾年發(fā)展很快。

超過50家中國企業(yè)宣布以不同的層次和戰(zhàn)略進入碳化硅業(yè)務(wù)。安徽長飛先進半導體有限公司就是一例，該公司專注于SiC功率半導體產(chǎn)品研發(fā)及制造，已形成從設(shè)計、外延、晶圓制造到模塊封測的全產(chǎn)業(yè)鏈能力，成功實現(xiàn)由“Foundry”到“IDM+Foundry”的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。目前，長飛先進半導體打造了完整的650V-3300V SiC產(chǎn)品矩陣，實現(xiàn)了從光伏、儲能、充電樁到新能源汽車等應(yīng)用領(lǐng)域的全覆蓋，同時進一步完善了專業(yè)的SiC晶圓代工服務(wù)體系。蕪湖基地已具有年產(chǎn)6萬片SiC MOSFET晶圓制造能力。

SiC是一個快速增長的市場，未來幾年，在主要由EV應(yīng)用拉動的強勁市場中，SiC有望進入越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域。中國企業(yè)從長遠的角度看到了機遇，并相應(yīng)地調(diào)整了戰(zhàn)略。

Yole化合物半導體與新興材料技術(shù)與市場分析師Poshun Chiu評論道：“SiC被認為是提供良好效率的推動因素，1200V器件的供應(yīng)是可行的。隨著更多800V EV的到來，SiC有望快速增長。同時，充電基礎(chǔ)設(shè)施和光伏是支持電動汽車趨勢的兩個市場。需要更多的充電器來支持越來越多的電動汽車，而可再生能源與電動汽車有著相同的二氧化碳零排放目標。這些是SiC獲得更多動力的市場?！?/p>

來源：《半導體芯科技》雜志