站在新能源汽車風口，碳化硅起飛了。
在2015年前后，雖然美國、日本、中國等已經(jīng)開始支持相關研究，但總體而言，碳化硅仍處于小透明階段。隨著2016年“汽車界第一網(wǎng)紅”特斯拉在Model 3中率先采用了以SiC MOSFET為功率模的逆變器，碳化硅也搖身一變，晉升成為半導體界的“小紅人”，法國市場調(diào)研Yole公司在2019年預測2020年碳化硅功率半導體的市場規(guī)模將達到35億元人民幣。
圖源：Yole Developpement
事實證明，至少在碳化硅市場需求方面，現(xiàn)實要比理想來得“豐滿”一些。Yole 2022數(shù)據(jù)顯示，2020年全球碳化硅功率器件市場規(guī)模從2019年的5.4億美元，增長到7.1億美元。此外，Yole 還預估2027年碳化硅功率元件市場規(guī)?？蛇_63億美元，2021-2027年，碳化硅功率元件市場的復合年成長率為34%。
種種數(shù)據(jù)說明，碳化硅的未來或許遠比我們想象的發(fā)展更快。那么在碳化硅起飛的這些年里，整個產(chǎn)業(yè)鏈又出現(xiàn)了哪些變化？目前來看，感受最深當屬化身成為擴產(chǎn)“急行軍”的各大碳化硅廠商，尤其是碳化硅襯底廠商。
不同于能夠有多項基板選擇的氮化鎵技術，碳化硅功率器件只能在碳化硅襯底上進行制造，此前在《被搶購的SiC襯底》一文中，筆者也提到相比硅晶圓，碳化硅襯底制備難度要高出許多。不斷擴大的市場需求，接連下單的功率器件廠商…這些都成為了碳化硅襯底廠商擴產(chǎn)的最大推動力。本篇文章，筆者就來盤點下，這些年國內(nèi)外廠商們究竟擴產(chǎn)了多少SiC襯底？
美日韓歐：馬不停蹄，產(chǎn)能翻翻翻
放眼碳化硅襯底的全球競爭格局，仍是海外廠商掌握話語權，美國Wolfspeed一家獨大，與Coherent（曾經(jīng)的II-VI）、SiCrystal（被日本羅姆收購）占據(jù)了市場份額的前三名。
圖源：未來智庫
先來看美國，Wolfspeed作為全球份額遙遙領先的sic襯底廠商，較早開始了SiC 的研發(fā)與生產(chǎn)，在2015年就已經(jīng)商品化了6英寸SiC晶片，并可以小批量供貨。
在擴產(chǎn)方面， Wolfspeed也是早早地嗅到了SiC的未來市場，2019年5月，Wolfspeed發(fā)布新聞稿表示，作為公司長期增長戰(zhàn)略的一部分，未來 5 年將投資10億美元用于擴大碳化硅產(chǎn)能，在美國總部北卡羅萊納州達勒姆市建造一座采用最先進技術的自動化200mm SiC碳化硅生產(chǎn)工廠和一座材料超級工廠，其中4.5億美元用于North Fab，4.5億美元用于材料超級工廠，1億美元用于伴隨著業(yè)務增長所需要的其它投入。
消息顯示，此次擴產(chǎn)，Wolfspeed預計其導電型的碳化硅功率器件、絕緣型射頻器件、SiC 襯底產(chǎn)能將分別最大擴大至 2017 財年第一季度的 30 倍。
北卡羅萊納州 Durham Fab作為Wolfspeed碳化硅襯底的主要生產(chǎn)基地，貢獻了全球一半的導電型襯底的產(chǎn)能。就在9月9日，Wolfspeed再次宣布將投入數(shù)十億美元在北卡羅來納州查塔姆縣建造一個號稱世界上最大的碳化硅襯底工廠，新工廠計劃建于查塔姆縣，臨近Wolfspeed 已建成的達勒姆碳化硅襯底工廠，一期建設預計將于 2024 年完成。
這一投資計劃旨在將 Wolfspeed 在達勒姆園區(qū)的現(xiàn)有碳化硅產(chǎn)能提升超 10 倍，主要生產(chǎn)8英寸碳化硅襯底，供應Wolfspeed于今年4月開業(yè)的紐約莫霍克谷工廠。
Wolfspeed 位于北卡羅來納州查塔姆縣碳化硅材料制造工廠的渲染圖
圖源; Wolfspeed
II-VI在成功收購光電廠商Coherent后正式更名為Coherent，但這并沒有影響其在SiC襯底領域的擴產(chǎn)。2021年4月，Coherent表示，為了應對不斷加速的電力電子市場，計劃在未來5到10年內(nèi)大幅提高在美國的SiC球團和基板的全球產(chǎn)能，5年內(nèi)將其SiC基板的生產(chǎn)能力提高5到10倍，包括直徑200mm的基板，而Coherent位于福州的新SiC工廠就屬于擴產(chǎn)計劃的一部分。
今年3月7日，Coherent又宣布，正在加快對150 mm和200 mm碳化硅襯底和外延片制造的投資，并在賓夕法尼亞州伊斯頓和瑞典基思塔進行了大規(guī)模工廠擴建。不過Coherent也指出，此次投資屬于此前宣布的在未來10年向SIC投資10億美元的一部分。
消息顯示，Coherent伊斯頓的150 mm和200 mm碳化硅基板年產(chǎn)量預計到 2027 年將達到 100 萬個 150 mm單位，200 mm基板的比例將隨著時間的推移而增長。Coherent執(zhí)行官 Sohail Khan表示，伊斯頓工廠將在未來5年內(nèi)將Coherent的碳化硅基片產(chǎn)量提高至少6倍。
圖源：Coherent
除了Wolfspeed和Coherent兩家外，安森美在去年正式收購SiC襯底廠商GTAT之后，也加入了襯底廠商隊伍。今年8月11日，安森美新罕布什爾州哈德遜的碳化硅工廠剪彩落成，據(jù)悉該基地將使安森美2022年底SiC晶圓產(chǎn)能同比增加五倍。
安森美執(zhí)行副總裁兼電源解決方案集團總經(jīng)理 Simon Keeton 表示，隨著安森美增加基板產(chǎn)能并計劃繼續(xù)擴大產(chǎn)能，已經(jīng)擴建到第二座大樓。在2022年第一季度財報中，安森美也宣布將擴大對GTAT的投資，一方面推動6英寸和8英寸碳化硅基板的產(chǎn)量，另一方面也將在2022年內(nèi)把碳化硅基板的產(chǎn)能增加四倍。
再來看日本，羅姆的SiC襯底業(yè)務主要來自于2009年收購德國SiC襯底和外延片供應商SiCrystal。SiCrystal的首席執(zhí)行官Robert Eckstein博士在近期透露，SiCrystal的中期目標是每年生產(chǎn)10萬片，并實現(xiàn)九位數(shù)的銷售額。據(jù)了解，SiCrystal計劃在德國紐倫堡總部擴產(chǎn)，將員工數(shù)量擴大到450名左右，并計劃未來將提高年產(chǎn)量由每年10萬片至100萬片，提升其市占率由20%到30%，而目前已生產(chǎn)150mm(6英寸)的晶圓，將自2024年起擴大到生產(chǎn)200mm(8英寸)晶圓。
此外，碳化硅外延片大廠日本昭和電工也多次發(fā)表了產(chǎn)能擴充聲明。去年8月，昭和電工發(fā)行3519萬股新股，籌得約64.56億人民幣資金，其中約700億日圓（約41.35億人民幣）將用于擴增SiC晶圓等半導體材料產(chǎn)能。從昭和電工公布的計劃投資細則來看，用于碳化硅襯底等擴產(chǎn)的資金約為58億日圓（3.4億人民幣），擴產(chǎn)項目預計2023年12月完工。
韓國方面，SK Siltron也在積極擴大碳化硅晶圓產(chǎn)能，去年九月SK 集團宣布計劃在碳化硅襯底業(yè)務上投資 7000 億韓元（約合 38億元人民幣），以期 2025 年成為世界尖端材料市場的龍頭。今年9月，SK Siltron也美國密歇根貝城 6英寸新廠正式建成投產(chǎn)，該晶圓廠主要生產(chǎn)晶錠和襯底等SiC晶圓基材。
據(jù)悉，SK Siltron南韓龜尾廠與密歇根新廠產(chǎn)能，下半年 6英寸年產(chǎn)能上看 12 萬片，規(guī)模是原先 3 倍，目前持續(xù)進行第二期擴建計劃，預計 2025 年完工后年產(chǎn)能將躍增至 50 萬片。目前，SK Siltron 也持續(xù)推動 8 英寸基板計劃，目標明年底啟動量產(chǎn)。
歐洲方面，法國 Soitec于今年3月宣布，將在其位于法國貝寧的總部增設新產(chǎn)線，主要致力于制造 150 mm和 200 mm的 SmartSiC 襯底。新產(chǎn)線將使用 Soitec 專利的 SmartCut技術來生產(chǎn)創(chuàng)新型 SmartSiC優(yōu)化襯底，目前，Soitec 已經(jīng)與主要的碳化硅器件制造商展開基于 SmartSiC 合作，預測將于 2023 下半年開始實現(xiàn)該產(chǎn)品的盈利。
意法半導體也在積極擴產(chǎn)，據(jù)eenewseurope今年年初報道，ST準備建立歐洲碳化硅晶圓超級工廠，該工廠將具備制造設備和制造更大 200 mm SiC 晶圓的能力。2022 年ST資本支出為 34 億美元，其中包括為目前使用 150 mm晶圓的意大利卡塔尼亞和新加坡的 SiC 晶圓廠提供資金。意法半導體副總裁、中國區(qū)總經(jīng)理曹志平在去年透露，ST目標是到2024年，利用Norstel的產(chǎn)能實現(xiàn)碳化硅供應鏈40%的襯底供應完全自主。
從大廠擴產(chǎn)信息來看，2025年前后，碳化硅襯底會迎來一波大投產(chǎn)，屆時全球碳化硅產(chǎn)業(yè)或許又會出現(xiàn)新局面。
中國廠商：奮起直追，迎頭趕上
雖然從市占率來看，我國與國外大廠相比仍有較大的差距，但是近些年中國廠商也是迎頭趕上，在積極研發(fā)8英寸襯底的同時，也在加大馬力擴產(chǎn)襯底產(chǎn)能，并取得了不錯的成績，比如山東天岳簽訂了近14億元的訂單、合肥露笑也與東莞天域簽訂了訂單合同…
山東天岳已于今年年初在上交所成功上市，2018年-2020年，山東天岳碳化硅襯底產(chǎn)量（各尺寸產(chǎn)量簡單相加數(shù)）合計分別為 11,463 片、20,159 片和 47,538 片，主要用于半絕緣型碳化硅襯底的生產(chǎn)，2021全年山東天岳碳化硅襯底產(chǎn)量約6.7萬片。
去年招股說明書顯示，山東天岳擬將募集的25億資金，全部投向碳化硅半導體材料項目，該項目主要用于生產(chǎn)6英寸導電型碳化硅襯底材料，預計在2026年100%達產(chǎn)，將新增碳化硅襯底材料產(chǎn)能約30萬片/年。2021年山東天岳募投項目“碳化硅半導體材料項目”在上海臨港正式開工建設，預計2022年三季度實現(xiàn)一期項目投產(chǎn)。最新消息顯示，上海天岳碳化硅半導體材料項目已經(jīng)成功封頂，以導電型產(chǎn)品為主，濟南工廠部分設備向生產(chǎn)導電型產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，目前已經(jīng)對部分客戶形成小批量供貨。
露笑科技在今年7月披露，目前公司已經(jīng)到位280臺長晶爐，預計7月能出產(chǎn)500片至1000片碳化硅襯底片，8月產(chǎn)出1000片至2000片，受限于一些輔料耗材進口方面的影響，預計到今年年底能實現(xiàn)月產(chǎn)能5000片，明年4月份左右能實現(xiàn)月產(chǎn)能萬片。
7月9日，露笑科技披露了非公開發(fā)行情況報告書，募集資金25.67億元，將投向第三代功率半導體（碳化硅）產(chǎn)業(yè)園項目、大尺寸碳化硅襯底片研發(fā)中心項目等。據(jù)證券日報報道， 露笑科技相關負責人表示，目前公司募集資金已全部到位，下一階段將全力推進產(chǎn)能建設，隨著后端相應的切磨拋進口設備到位，預計能夠在2023年實現(xiàn)年產(chǎn)20萬片的產(chǎn)能規(guī)劃。
晶盛機電在去年10月發(fā)布定增預案，擬向不超過35名（含）特定對象發(fā)行募集資金總額不超過57億元（含本數(shù)），其中31.34億元用于碳化硅襯底晶片生產(chǎn)基地項目。今年2月，晶盛機電“碳化硅襯底晶片生產(chǎn)項目”也落戶寧夏，據(jù)央廣網(wǎng)報道，該項目總投資50億元，將分兩期建設，一期投資總額33.6億元，建成達產(chǎn)后預計年產(chǎn)6英寸碳化硅晶片40萬片。
東尼電子在2021年4月公布的《2021年度非公開發(fā)行A股股票預案》中披露，計劃對年產(chǎn)12萬片碳化硅半導體材料項目投資4.694億元，整個項目預計建設期36個月。9月14日，東尼電子在2022年半年度業(yè)績說明會上表示，公司2021年度非公開發(fā)行募投項目“年產(chǎn)12萬片碳化硅半導體材料”預計將于2023年11月達產(chǎn)，項目全部投產(chǎn)后將形成年產(chǎn)12萬片SiC的產(chǎn)能。
天科合達在北京、徐州、新疆和深圳布局SiC項目，其中江蘇天科合達半導體項目于2019年年底順利建成投產(chǎn)，項目總投資5億元，可實現(xiàn)年產(chǎn)4至8英寸碳化硅襯底6萬片；北京項目總投資約9.5億元，計劃于今年完工投產(chǎn)，建成后可年產(chǎn)SiC襯底12萬片；新疆項目總投資1億元，預計建成后安裝100臺套單晶生產(chǎn)設備，可達到年產(chǎn)單晶襯底1500錠、單晶原料50噸的規(guī)模，今年5月消息預計今年6月竣工達產(chǎn)，不過截至稿件發(fā)表前，未有投產(chǎn)消息傳出；深圳項目，則是于去年9月天科合達競得深圳市第三代半導體項目用地，此外并未有過多消息傳出。
據(jù)南方日報6月報道，南砂晶圓已經(jīng)完成6英寸碳化硅襯底批量生產(chǎn)。南砂晶圓總部基地項目于去年9月封頂，總投資9億元，用地面積36.8畝，規(guī)劃建筑面積91372.47㎡，項目建成穩(wěn)定運營后可年產(chǎn)碳化硅各類襯底片和外延片20萬片。
今年3月，江蘇超芯星總投資65億元的第三代半導體碳化硅襯底關鍵技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目簽約南京，此前超芯星聯(lián)合創(chuàng)始人袁振乾曾透露，他們?nèi)跀U產(chǎn)規(guī)劃已經(jīng)啟動，規(guī)劃產(chǎn)能30-50萬片，是目前產(chǎn)能的15-25倍。
除了上述廠商外，爍科晶體在今年實現(xiàn)了國內(nèi)首家8英寸N型碳化硅拋光片小批量生產(chǎn)；合肥世紀金芯年產(chǎn)3萬片6英寸碳化硅單晶襯底項目于今年9月9日正式投產(chǎn)；2021年6月國宏中能年產(chǎn)11萬片碳化硅襯底片項目投產(chǎn)；科友第三代半導體產(chǎn)學研聚集區(qū)項目一期于8月18日投用，預計年底全部達產(chǎn)后可形成年產(chǎn)能10萬片6英寸SiC襯底的生產(chǎn)能力；2021年9月，同光晶體年產(chǎn)10萬片碳化硅單晶襯底項目在淶源投產(chǎn)；山西天成半導體預計在2022年內(nèi)實現(xiàn)6英寸碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化…
寫在最后
中國作為新能源車、光伏大國，注定了碳化硅產(chǎn)業(yè)將迎來快速發(fā)展期，不過筆者在統(tǒng)計時也發(fā)現(xiàn)了部分本土襯底廠商產(chǎn)能存有疑慮，碳化硅襯底是整個產(chǎn)業(yè)鏈中技術壁壘最高的環(huán)節(jié)，到了2025年，面對國外大廠們的大擴產(chǎn)，我們需要迎接的挑戰(zhàn)會越多，在此背景下，廠商們越應該修煉內(nèi)功，縮減差距非一日之功，而是需要一個累積的過程，但我們要相信滴水終能穿石,春暖終會花開。（文：半導體行業(yè)觀察 作者龔佳佳）
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