近些年，全球環(huán)保意識(shí)的抬頭，再加上自動(dòng)駕駛一哥特斯拉的搶用，碳化硅熱度瘋狂飆升。從外延設(shè)備、襯底材料，到SiC工廠，從美國(guó)、歐洲，再到馬來(lái)西亞，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都忙得不亦樂(lè)乎。
而在這一片高漲的擴(kuò)產(chǎn)聲中，那些身處碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈上游的襯底廠商們似乎率先成為了賺錢王者，不僅被瘋狂下單，賺得盆滿缽滿，產(chǎn)能方面也是接連爆滿，只能不斷擴(kuò)產(chǎn)。
不斷被下單的襯底廠商
當(dāng)前，在全球襯底市場(chǎng)中，最有影響力、技術(shù)最領(lǐng)先的企業(yè)當(dāng)屬美國(guó)的Wolfspeed，擁有30 余年的碳化硅生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，早在1991年就推出全球首款商用 SiC 晶圓，到了2021年，Wolfspeed襯底全球市占率超過(guò)60%。
數(shù)據(jù)顯示，Wolfspeed與意法半導(dǎo)體、英飛凌、ABB等公司簽下了超 10 億美元的長(zhǎng)期訂單。而其最新一期財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)也顯現(xiàn)出了碳化硅的火熱，據(jù)透露，Wolfspeed紐約州8英寸 SiC 新廠持續(xù)小量試產(chǎn)中，預(yù)計(jì)明年上半年完成初始認(rèn)證并開(kāi)始出貨，目前已有幾家大型客戶來(lái)廠簽約，SiC 新訂單優(yōu)于預(yù)期。
Wolfspeed執(zhí)行長(zhǎng) Gregg Lowe表示，總計(jì) 2022 年會(huì)計(jì)年度 Design-in 規(guī)模達(dá)64億美元，是 2020 年的3倍，年增 119%。展望 2023 年會(huì)計(jì)年度第一季，WolfSpeed 預(yù)估受惠于第三代半導(dǎo)體材料 6 英寸基板需求強(qiáng)勁且持續(xù)供不應(yīng)求，加上功率組件業(yè)務(wù)改善，營(yíng)收約落在 2.32-2.47 億美元。此外，WolfSpeed 更是看好SiC市場(chǎng)成長(zhǎng)，Lowe 預(yù)計(jì)8英寸新廠未來(lái)能挹注 15-20 億美元營(yíng)收。
如果說(shuō)Wolfspeed在碳化硅襯底市場(chǎng)位列第一梯隊(duì)，那么最近7天內(nèi)接連拿下2個(gè)大單的高意集團(tuán)(II‐VI)就屬于第二梯隊(duì)，全球碳化硅襯底市占率排名第二。就在8月17日宣布與東莞天域半導(dǎo)體簽訂1億美元訂單，從本季度開(kāi)始到2023年底向后者供應(yīng)碳化硅6英寸襯底一周后，高意集團(tuán)再次宣布，與英飛凌簽署了一項(xiàng)為期多年的合同，將向英飛凌提供用于電力電子的6英寸SiC襯底，而且II-VI和英飛凌還計(jì)劃將合作向8英寸SiC襯底過(guò)渡。
圖源：高意集團(tuán)
與高意集團(tuán)同屬第二梯隊(duì)的還有羅姆子公司SiCrystal，據(jù)董事總經(jīng)理Robert Eckstein此前透露，2022年SiCrystal的SiC襯底產(chǎn)能幾乎售罄，主要客戶為母公司羅姆、英飛凌、意法半導(dǎo)體等多家公司供貨。
在海外碳化硅襯底廠商訂單爆滿的同時(shí)，我國(guó)廠商也迎來(lái)了新機(jī)遇，山東天岳、晶盛機(jī)電等皆有了新進(jìn)展。
其中，山東天岳憑借近14億元的訂單引人注目。7月21日晚間，天岳先進(jìn)公告披露，公司簽署了時(shí)長(zhǎng)三年的6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底產(chǎn)品銷售合同，按照合同約定年度基準(zhǔn)單價(jià)測(cè)算，預(yù)計(jì)含稅銷售合計(jì)金額為13.93億元。
圖源：天岳
雖然天岳未透露簽約客戶名稱和具體情況，但其表示這筆巨額訂單符合未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。據(jù)了解，目前天岳先進(jìn)自主研發(fā)出半絕緣型碳化硅襯底產(chǎn)品已批量供應(yīng)至國(guó)內(nèi)下游核心客戶，同時(shí)被國(guó)外知名的半導(dǎo)體公司使用。在導(dǎo)電型碳化硅襯底領(lǐng)域，公司6英寸產(chǎn)品已送樣至多家國(guó)內(nèi)外知名客戶。2021年，天岳先進(jìn)實(shí)現(xiàn)銷售襯底約5.7萬(wàn)片。
就在今年3月，山東天岳還中標(biāo)了中電55所高達(dá)1.806億的4英寸高純半絕緣SiC襯底訂單。全軍武器裝備采購(gòu)信息網(wǎng)公告顯示，中電55所采購(gòu)4英寸高純半絕緣SiC襯底訂單，采購(gòu)量為2.3萬(wàn)片SiC襯底，河北同光和山東天岳兩家廠商中標(biāo)，其中河北同光為1.2萬(wàn)片，山東天岳則為1.1萬(wàn)片。
今年4月底，露笑科技在2022年第一季度報(bào)告中披露，其控股子公司合肥露笑半導(dǎo)體材料有限公司與東莞市天域半導(dǎo)體科技有限公司已簽署購(gòu)銷合同，2022年-2024年不少于15萬(wàn)片。7月，露笑科技在參加調(diào)研時(shí)表示，東莞天域3年15萬(wàn)片的訂單已經(jīng)在分批量進(jìn)行交付了，后續(xù)隨著實(shí)際產(chǎn)能的逐步爬升，整體交付進(jìn)度有望進(jìn)一步加快。
2月初，晶盛機(jī)電則是在《審核問(wèn)詢函回復(fù)報(bào)告》中提到，2月7日，客戶 A 已與晶盛機(jī)電形成采購(gòu)意向，2022-2025 年他們將優(yōu)先向客戶A提供碳化硅襯底合計(jì)不低于 23 萬(wàn)片。除此之外，7月消息顯示，江蘇超芯星半導(dǎo)體有限公司6英寸碳化硅襯底進(jìn)入美國(guó)一流器件廠商。
種種跡象表明，面對(duì)未來(lái)的碳化硅熱潮，襯底廠商已經(jīng)先行一步，賺了個(gè)盆滿缽滿。
為何是賺錢王者？
從價(jià)值量來(lái)看，整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出明顯的 “頭重腳輕” 特征，以襯底和外延為主的碳化硅材料占據(jù)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈近70% 的價(jià)值量，其中襯底作為最重要的環(huán)節(jié)，價(jià)值量占比接近 50%。
碳化硅襯底,顧名思義就是用碳化硅制成的襯底，是制造碳化硅器件最基礎(chǔ)的材料，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是沒(méi)有碳化硅襯底就無(wú)法制造出碳化硅器件。目前國(guó)內(nèi) SiC 襯底主流規(guī)格分別為 4 英寸和 6 英寸，雖然晶盛機(jī)電、爍科晶體、中科院物理所等已成功研發(fā)了8英寸SiC單晶，但離產(chǎn)業(yè)化仍有一段距離。而國(guó)外已經(jīng)向著8英寸量產(chǎn)邁進(jìn)，比如上述提到的Wolfspeed 8英寸廠預(yù)計(jì)明年上半年開(kāi)始出貨，此外法國(guó)Soitec、高意集團(tuán)、意法半導(dǎo)體都已成功推出8英寸襯底。
與硅晶圓相比，碳化硅襯底的制備難度要高出不少，這也是至今為止能夠量產(chǎn)8英寸襯底廠商屈指可數(shù)的原因。
一方面，碳化硅襯底制造對(duì)溫度要求較高，其氣相生長(zhǎng)溫度超過(guò)2300℃，且在生產(chǎn)中需要精確調(diào)控生長(zhǎng)溫度，高溫對(duì)設(shè)備和工藝控制帶來(lái)了極高的要求，再加上生產(chǎn)過(guò)程幾乎是黑箱操作難以觀測(cè)，一旦溫度和壓力控制稍有失誤，則會(huì)導(dǎo)致失敗。
另一方面，碳化硅長(zhǎng)晶速度慢，產(chǎn)出良率還低。一般來(lái)說(shuō)，硅棒拉晶 2-3 天即可拉出約2m長(zhǎng)的8英寸硅棒，而碳化硅卻需要約7天的時(shí)間才能生長(zhǎng) 2cm，比硅棒拉晶速度慢了一倍還不止。更重要的是碳化硅襯底對(duì)晶型要求高，需要精準(zhǔn)控制硅碳比、生長(zhǎng)溫度梯度、晶體生長(zhǎng)速率以及氣流氣壓等各種參數(shù)，才有可能制造出無(wú)缺陷、皆為 4H 晶型的可用碳化硅襯底，如此苛刻的要求，使得原本就困難的碳化硅襯底制造更加雪上加霜。
較高的制造難度帶來(lái)的是一時(shí)之間難以下探的價(jià)格。據(jù)《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》報(bào)道，有業(yè)內(nèi)人士表示，目前第三代半導(dǎo)體主要瓶頸便在于外延片，而襯底是碳化硅晶圓產(chǎn)能的關(guān)鍵制約點(diǎn)。相較于成熟的硅片制造工藝，碳化硅襯底價(jià)格短期內(nèi)依然會(huì)較為高昂。
除了本身價(jià)格昂貴外，碳化硅功率器件市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)張也是一部分原因，畢竟無(wú)論在哪個(gè)領(lǐng)域，終端市場(chǎng)永遠(yuǎn)有著絕對(duì)的發(fā)言權(quán)。
僅以新能源汽車為例，安森美在技術(shù)資料中指出，碳化硅器件所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)將改變電動(dòng)車的未來(lái)，如在關(guān)鍵的主驅(qū)逆變器中采用碳化硅可滿足更高功率和更低的能效、更遠(yuǎn)續(xù)航、更小損耗和更低的重量，以及向800V遷移的趨勢(shì)中更能發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。
面對(duì)如此優(yōu)勢(shì)，車企很難不心動(dòng)。三安光電副總經(jīng)理陳東坡曾預(yù)計(jì)，在2023-2024年，碳化硅器件在長(zhǎng)續(xù)航里程的電動(dòng)車車型的滲透率會(huì)到80%—90%，未來(lái)也會(huì)在低續(xù)航里程的車型中逐步滲透。預(yù)計(jì)2024年之后，400至500公里續(xù)航的電動(dòng)車碳化硅器件的滲透率會(huì)達(dá)到40%左右，而400公里續(xù)航以下的車型碳化硅器件會(huì)在2025年之后達(dá)到10%左右。
隨著越來(lái)越多的車企開(kāi)始導(dǎo)入，碳化硅功率器件有望成為最暢銷的功率器件。據(jù)研調(diào)機(jī)構(gòu)DIGITIMES Research預(yù)估，2025年SiC在電動(dòng)車應(yīng)用的市場(chǎng)規(guī)?？芍?.5億美元，2021-2025年，年復(fù)合增長(zhǎng)率25-30%。此外，TrendForce也預(yù)測(cè)，2022年車用碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到10.7億美元，2026年將進(jìn)一步攀升至39.4億美元。
圖源：TrendForce
當(dāng)然，新能源汽車只是碳化硅功率器件廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)之一，未來(lái)在5G 基建、特高壓及軌道交通等各領(lǐng)域，碳化硅都將迎來(lái)巨大的發(fā)展機(jī)遇，而作為碳化硅功率器件必備的材料，碳化硅襯底市場(chǎng)毫無(wú)疑問(wèn)也會(huì)水漲船高。
在市場(chǎng)和價(jià)格的雙重影響下，碳化硅襯底廠商自然也就成為了最先賺錢的那個(gè)環(huán)節(jié)。
奔赴在擴(kuò)產(chǎn)路上的襯底廠商
為了保證碳化硅芯片的供給，功率器件廠商率先買進(jìn)上游襯底鏈，包括安森美、羅姆、英飛凌以及意法半導(dǎo)體在內(nèi)，眾多功率半導(dǎo)體大廠紛紛買下不同的優(yōu)質(zhì)SiC襯底供應(yīng)商。
與之相對(duì)的是襯底廠商們的大幅擴(kuò)產(chǎn)。Wolfspeed在2019年時(shí)推出了5年實(shí)現(xiàn)30倍擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，宣布將投資10億美元分別在北卡羅來(lái)納州和紐約州建造8英寸功率和射頻襯底制造工廠，將碳化硅晶圓制造能力提高多達(dá)30倍，并使碳化硅材料生產(chǎn)增加30倍，從而滿足2024年的預(yù)期市場(chǎng)增長(zhǎng)。
在去年年底舉行的Wolfspeed分析師大會(huì)上，Wolfspeed透露襯底產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張，8 英寸SiC 晶圓廠有望于2022 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，當(dāng)前Wolfspeed SiC 襯底的總產(chǎn)能為16.7 萬(wàn)平方英尺，約合7 萬(wàn)片/月（等效6 英寸），未來(lái)兩年將逐步擴(kuò)張產(chǎn)能至24.2 平方英尺，約合10 萬(wàn)片/月（等效6 英寸）。今年4月，Wolfspeed全球最大的首座8英寸SiC（碳化硅）工廠正式開(kāi)業(yè)，該工廠預(yù)計(jì)2024年達(dá)產(chǎn)，屆時(shí)產(chǎn)能將達(dá)2017年的30倍。
此外，安森美2022年第一季度財(cái)報(bào)指出，計(jì)劃在今年將碳化硅襯底產(chǎn)能擴(kuò)充4倍，2021年年底哈德遜工廠擴(kuò)建4萬(wàn)平方英尺便是計(jì)劃中的一步；高意集團(tuán)在今年3月宣布，將擴(kuò)大其在北安普頓縣和瑞典的晶圓制造能力，作為 10 年內(nèi) 10 億美元投資的一部分，其中Easton 工廠在未來(lái)五年內(nèi)將 II-VI 的碳化硅襯底產(chǎn)量至少增加 6 倍；今年5月，意法半導(dǎo)體開(kāi)始購(gòu)買設(shè)備，加快8英寸碳化硅襯底生產(chǎn)線建設(shè)。
再來(lái)看國(guó)內(nèi)，山東天岳于今年登陸科創(chuàng)板IPO，發(fā)力導(dǎo)電型SiC襯底，募得資金中有23億元用于建設(shè)6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2026年實(shí)現(xiàn)全面達(dá)產(chǎn)，對(duì)應(yīng)6英寸導(dǎo)電型SiC襯底產(chǎn)能為30萬(wàn)片/年；今年3月，晶盛機(jī)電在寧夏開(kāi)工建設(shè)了一期年產(chǎn)40萬(wàn)片6英寸以上的導(dǎo)電型、絕緣型SiC襯底產(chǎn)能；露笑科技也在全力推進(jìn)產(chǎn)能建設(shè)，隨著后端相應(yīng)的切磨拋進(jìn)口設(shè)備到位，預(yù)計(jì)能夠在2023年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)20萬(wàn)片的產(chǎn)能規(guī)劃；超芯星則計(jì)劃將6-8英寸碳化硅襯底的年產(chǎn)量提升至150萬(wàn)片。
寫在最后
當(dāng)前地球環(huán)境正在面臨著前所未有的惡劣勢(shì)態(tài)，持續(xù)不斷的高溫、接連融化的冰山…所有的一切都在提醒我們環(huán)保的重要性，在雙碳政策以及各種需求的推動(dòng)下，以碳化硅為主的第三代半導(dǎo)體必然會(huì)成為綠色時(shí)代的寵兒，相信在不久的未來(lái)，不止碳化硅襯底廠商，下游的第三代半導(dǎo)體功率器件廠商也將會(huì)迎來(lái)新一輪的“撈金浪潮”。（文：半導(dǎo)體行業(yè)觀察）
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