AI芯天下丨產業丨功率器件雙雄，為SiC押下重注

前言：

從缺芯潮緩解轉向下游市場需求疲軟，在半導體賽道的周期性[寒冬]之下，各家企業相繼采取措施，減產、縮減投資等逐漸成為行業廠商度過危機的主要方式之一。

在此背景下，碳化硅（SiC）市場的建廠擴產熱潮卻愈演愈烈。

(資料圖)

作者| 方文三

圖片來源|網 絡

SiC功率器件成熱門，吸引雙雄押下重注

根據Yole的預測，SiC功率器件將很快占據整個功率器件市場的30%，到2027年，SiC行業（從襯底到模塊，包括器件）的產值有望超過60億美元。

SiC器件的工作結溫在200℃以上，工作頻率在100kHz以上，耐壓可達20kV，這些性能都優于傳統硅器件；

碳化硅器件體積可減小到IGBT整機的1/3-1/5，重量可減小到40-60%。

隨著新能源汽車的發展，對功率器件需求量日益增加，成為功率半導體器件新的增長點。

截至2023年上半年，全球已有40款SiC車型進入量產交付，可查到交付數據的SiC車型上半年累計銷售118.7萬輛。

熱門的SiC便吸引了歐洲芯片雙雄意法和英飛凌在其中押下重注。

掌握襯底制造能力，就擁有了更大話語權

擁有襯底制造能力將是走向IDM模式的關鍵一環，因為SiC襯底在最終的器件中成本占比最高，且為關乎產品品質的關鍵。

SiC襯底生產需要高度專業化和技術復雜的生產流程，涉及到多個步驟，包括材料制備、襯底切割和拋光等。

整個生產流程需要嚴格控制各個環節的參數和工藝，確保襯底質量的穩定性和一致性。

同時，襯底生產的技術難度和成本也很高，這也使得襯底生產在整個SiC價值鏈中具有相當高的附加值。

其他行業往往是下游利潤更高，但是SiC襯底是整個產業鏈中技術門檻較高的一環。

這些SiC巨頭通過收購、合并等方式不斷擴大自身規模，實現了SiC全產業鏈的布局，并在全球范圍內掌握了SiC技術的核心競爭力。

Yole估計，將有數十億美元投資于晶體和晶圓制造以及設備加工，到2027年市場潛力將達到60億美元，高于2021年的約10億美元。

功率龍頭之間的較勁延伸至中國市場

在2001年，英飛凌就推出了第一顆碳化硅二極管，甚至比意法還早上一年。

但在后續技術開發上，英飛凌的步伐落后了少許，最終導致了意法成為了[第一個吃到螃蟹]的廠商。

同樣作為[第一個吃螃蟹的人]，特斯拉打響了SiC MOSFET的第一槍，而意法的SiC模塊也因為搭上特斯拉Model3而聲名大噪，一舉超越英飛凌，成為SiC新霸主。

英飛凌雖然掉了SiC寶座，但從所有功率元件包括IGBT、SiC、GaN等加起來的份額來看，其功率元件龍頭地位實難撼動。

因此，英飛凌對奪回SiC寶座，依舊念念不忘。

功率元件龍頭間激烈較勁，且急著在國內這個全球最大新能源車市場插旗。

在英飛凌的全球營收結構中，大中華區成為英飛凌業務增長的主要貢獻力量。

其2022財年142億歐元收入中，大中華區貢獻37%，是英飛凌營收占比最高的區域。

而意法半導體的前端制造主要分布在瑞典、法國、意大利和新加坡四個國家，

在中國市場中，意法半導體僅在深圳有一個封測廠，其主要是封裝存儲器、標準線性器件、VIPower器件以及SiC功率模塊等。

此次意法半導體聯合三安光電共建SiC市場，一方面展示了其在SiC市場的雄心壯志，另一方面也是加深在中國市場的布局。

意法的這一格局意味著其前端制造距離中國市場還是有點遠，這也是此次意法與三安合作的重要原因。

意法半導體：與三安光電合資32億在重慶建廠

目前意法半導體(ST)的650V/1200V第三代碳化硅MOSFET正式投產。

第四代產品目前正在產前測試中，產品頻率可達1MHz，導通電阻也減少了15%。

而意法在碳化硅領域的選擇，是繼續深挖平面設計碳化硅MOSFET的技術潛力，包括第四代碳化硅產品，依舊采用了平面結構。

該結構的特點是工藝簡單，單元的一致性較好，雪崩能量比較高。

去年12月，意法半導體與Soitec合作，驗證其Smart SiC技術在未來8英寸基板制造中的應用。

今年6月，意法宣布與國內的三安光電股份有限公司合資32億美元在重慶建8英寸碳化硅外延與芯片代工廠，成為國內碳化硅領域最具轟動性的一筆投資規劃。

資金來源包括來自意法半導體和三安光電的資金投入、來自重慶政府的支持以及由合資企業向外貸款。

其將于2025年完成階段性建設并逐步投產，2028年達產，規劃達產后生產8英寸碳化硅晶圓1萬片/周。

穩步更迭的平面與溝槽技術，通過收購實現晶圓襯底自產自用，最后配合大手筆的擴產，意法的龍頭地位依舊穩固。

通過此次合作，意法半導體計劃受益于進一步多元化的SiC晶圓采購，而Soitec則可以利用與市場領導者的合作來擴大生產規模。

意法半導體旨在將前端產能擴大十倍，到2024年第四季度，40%的襯底將由公司內部生產，襯底尺寸也將從150毫米逐漸增加到200毫米。

英飛凌：與天科合達、天岳先進簽訂供應協議

與意法不同的是，英飛凌并沒有選擇突入平面結構的市場，而是選擇了溝槽結構。

與生產工藝較為簡單，成本較低的平面結構碳化硅MOSFET生產工藝相比，英飛凌的溝槽柵設計表現出了前者難以具備的優勢。

英飛凌已開始了第三代1200V平臺的開發，預計推出時間為2025年底到2026年初。

受困于產能的英飛凌在2022年開始了公司歷史上最激進的投資計劃。

除了在德國德累斯頓投入50億歐元建設歐洲最大的晶圓廠、提高混合信號產品產能外；

還針對第三代半導體進行分別在奧地利Villach和馬來西亞Kulim進行超過20億歐元的投資。

今年5月，英飛凌與中國公司天科合達、天岳先進簽訂供應協議，兩家公司將供應6英寸碳化硅晶圓和晶錠，作為Wolfspeed的補充。

天科合達和天岳先進與英飛凌簽訂了6英寸SiC材料的長期供應協議，分別為英飛凌供應碳化硅襯底和晶棒以及碳化硅晶圓和晶錠。

英飛凌的投資將在本十年末帶來約70億歐元的年SiC收入潛力，加上計劃將Villach和Kulim工廠的200mm工廠轉換為SiC生產。

其目標是在本十年末實現30%的市場份額目標,英飛凌有信心公司2025財年的SiC營收將提前實現10億歐元的目標。

投資方向與重點挑戰

2023上半年，SiC企業融資創新高：超25家相關企業完成新一輪融資，總規模超85億元，涵蓋外延、襯底、器件、設備等環節。

其中，襯底、外延、芯片三個環節技術含量密集，是投資和創新重點。

如今SiC的市場前景已毋庸置疑，但是就技術和產品而言仍有許多挑戰未解決。

比如汽車領域更大規模地采用SiC技術，從6英寸晶圓轉向8英寸，從400V升級至800V電池系統等等，對其制造成本、良率、可靠性等要求仍是重大挑戰。

結尾：

全球主要的SiC器件制造商近幾年在積極擴產、并購之余，也在與產業鏈上下游展開形式不同的合作。

這有利推動了新技術的開發提速和新進入者的產品驗證，進而促進了整個生態系統的繁榮。

兒如何在擴大生產規模的同時，控制碳化硅的成本，讓更多車企愿意讓碳化硅上車，或許就是未來制勝的關鍵所在。

部分資料參考：功率半導體行業圈：《功率器件雙雄，激戰SiC》，和高資本：《上車在即，SiC功率半導體開啟新時代》，半導體行業觀察：《買買買成就的SiC巨頭》，化合物半導體市場：《再投資50億歐元，英飛凌建全球最大8英寸SiC晶圓廠》

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