近幾日，英飛凌在碳化硅合作與汽車半導(dǎo)體方面合作動態(tài)頻頻，再度引起業(yè)界對碳化硅材料關(guān)注。
1月23日，英飛凌與Wolfspeed宣布擴大并延伸現(xiàn)有的長期150mm碳化硅晶圓供應(yīng)協(xié)議（原先的協(xié)議簽定于2018年2月）。延伸后的合作將包括一個多年期產(chǎn)能預(yù)留協(xié)議。這將有助于保證英飛凌整個供應(yīng)鏈的穩(wěn)定，同時滿足汽車、太陽能、電動汽車充電應(yīng)用、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)τ谔蓟璋雽?dǎo)體不斷增長的需求。
據(jù)英飛凌科技首席執(zhí)行官 JochenHanebeck 消息，為了滿足不斷增長的碳化硅器件需求，英飛凌正在落實一項多供應(yīng)商戰(zhàn)略，從而在全球范圍內(nèi)保障對于150mm和200mm碳化硅晶圓的高品質(zhì)、長期供應(yīng)優(yōu)質(zhì)貨源。
此外，近日英飛凌宣布與中國企業(yè)浙江富特科技股份有限公司（以下簡稱“富特科技”）成立創(chuàng)新應(yīng)用中心。雙方將通過該中心進一步加強在車載電源領(lǐng)域半導(dǎo)體技術(shù)的深度合作，為新能源汽車車載電源市場提供更高效的解決方案，持續(xù)助推功率半導(dǎo)體器件在車載電源領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)升級。
資料顯示，富特科技成立于2011年，專注于新能源汽車高壓核心零部件產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)及智能制造，深耕車載電源和非車載電源兩大細分領(lǐng)域。此前2023年2月，富特科技宣布將在富特科技電動汽車充電解決方案中采用Wolfspeed E-系列SiC MOSFET，以期優(yōu)化解決方案性能和充電成本，為客戶帶來更好的充電體驗和成本效益。
另外，1月22日，英飛凌和格芯宣布達成一項新的多年期協(xié)議，格芯將為英飛凌生產(chǎn)AURIX TC3x 40納米汽車微控制器（MCU）以及電源管理和連接解決方案。
近幾年，英飛凌幾乎與產(chǎn)業(yè)鏈上主要的SiC襯底供應(yīng)商都開展了合作，追其原因，主要是全球領(lǐng)先的SiC器件供應(yīng)商如羅姆、安森美、意法半導(dǎo)體等都已陸續(xù)買下和投資了不同的優(yōu)質(zhì)SiC襯底供應(yīng)商，建立起了企業(yè)的內(nèi)部襯底供應(yīng)。
比如安森美有GTAT，ST有Norstel，羅姆有SiCrystal。英飛凌目前便只差這一環(huán)。其實早在2016年年中，英飛凌曾有意收購SiC襯底廠商Cree旗下Wolfspeed功率和射頻業(yè)務(wù)部，但由于美國政府的反對收購失敗。從此英飛凌便不斷加強襯底上的合作，確保其未來需求的外部供應(yīng)。
SiC市場加速增長，上車是大勢所趨
近兩年，SiC市場愈發(fā)受到市場重視，陷入包括汽車、太陽能、儲能等應(yīng)用領(lǐng)域紛紛加大碳化硅應(yīng)用，鑒于SiC材料的優(yōu)越特性，行業(yè)客戶對SiC發(fā)展前景充滿信心，全球主要的SiC廠商如英飛凌、ST和安森美等都在大舉擴產(chǎn)建能。在2023年半導(dǎo)體市場萎靡之際，，SiC產(chǎn)業(yè)鏈一眾供應(yīng)商業(yè)績亮眼，市場一度成為SiC的狂歡。
其中，汽車領(lǐng)域是SiC重點布局之一，尤其是新能源汽車。雖然2023年3月特斯拉在投資者大會上表示將減少75%的SiC用量，引起市場波動。但TrendForce集邦咨詢分析師表示，SiC的可靠性以及供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性確實令特斯拉信心不足，且當前SiC功率器件價格較高，特斯拉的這一決定或許并非出于對SiC的不信任，而是基于SiC發(fā)展現(xiàn)狀所做的讓步。畢竟是特斯拉率先在Model 3中采用碳化硅替代IGBT使得碳化硅嶄露鋒芒，未來重用碳化硅是預(yù)料之中。從業(yè)界動態(tài)看，華為對SiC的投資基本覆蓋了整個產(chǎn)業(yè)鏈，從國內(nèi)外車廠近期動態(tài)看，寶馬、邁凱倫、大眾、奔馳、現(xiàn)代起亞等在內(nèi)的一眾車企紛紛與Wolfspeed、英飛凌、ST意法半導(dǎo)體等半導(dǎo)體廠商簽訂合作協(xié)議以確保碳化硅產(chǎn)品的穩(wěn)定供應(yīng)。
公開資料顯示，生產(chǎn)碳化硅器件主要包括襯底、外延、器件制造（設(shè)計、制造、封測）三大環(huán)節(jié)，我國在上述三大領(lǐng)域均有布局，其中天科合達、天岳先進在碳化硅襯底上沉淀較久，外延設(shè)備上國內(nèi)廠商晶盛機電、北方華創(chuàng)則布局較深；外延片上，瀚天天成和東莞天域較為成熟和穩(wěn)定，且未來有規(guī)模產(chǎn)能開出。行業(yè)消息顯示，未來碳化硅器件有望通過襯底成本降低、技術(shù)改進、芯片尺寸優(yōu)化等方面達到成本降低的愿望，從而提升市占率。
襯底：國外龍頭壟斷，國內(nèi)奮起直追
大尺寸襯底能有效攤薄成本，是行業(yè)發(fā)展主流。目前碳化硅襯底主流尺寸是4/6寸，其中半絕緣型碳化硅襯底以4寸為主，導(dǎo)電型碳化硅襯底以6寸為主。據(jù)業(yè)界消息顯示，當襯底從6寸擴大到8寸時，可切割出的碳化硅芯片(32mm2)數(shù)量有望從448顆增加到845顆，增加了75%。當下國際上龍頭企業(yè)的碳化硅襯底正從6寸往8寸發(fā)展，包括Wolfspeed、II-VI以及國內(nèi)碳化硅襯底龍頭企業(yè)天岳先進等都已成功研發(fā)8英寸襯底產(chǎn)品。
從海內(nèi)外市占率看，Wolfspeed和II-VI公司在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面領(lǐng)先國內(nèi)數(shù)十年，其中Wolfspeed/II-VI的6寸半絕緣型碳化硅襯底量產(chǎn)時間遠遠早于天岳先進。目前我國企業(yè)龍頭天科合達、天岳先進還在奮起直追。據(jù)天岳先進等龍頭企業(yè)財報數(shù)據(jù)顯示，在絕緣型襯底方面，天岳先進全球市占率約為30%。
圖片來源：拍信網(wǎng)正版圖庫
外延：國外企業(yè)主導(dǎo)型強，國內(nèi)未來規(guī)模產(chǎn)能穩(wěn)定
在外延片上，Wolfspeed與昭和電工占據(jù)了全球超90％的碳化硅導(dǎo)電型外延片市場份額，形成雙寡頭壟斷。目前我國由于進口外延爐供貨短缺，國內(nèi)外延爐仍需驗證并且外延工藝難度大，國內(nèi)SiC外延廠商較少，市占率較低。
就國內(nèi)企業(yè)看，瀚天天成和東莞天域技術(shù)及產(chǎn)能較為穩(wěn)定。技術(shù)上，兩者在6英寸外延均較為成熟和穩(wěn)定，在8英寸均有儲備。產(chǎn)能方面，瀚天天成2022年6英寸產(chǎn)能達12萬片，2023年計劃產(chǎn)能40萬片（包括6/8英寸），至2025年產(chǎn)能目標約140萬片；東莞天域2022年6英寸產(chǎn)能達8萬片，并且啟動年產(chǎn)100萬片的6/8英寸外延項目，預(yù)計2025年竣工并投產(chǎn)。
外延設(shè)備國產(chǎn)化是國內(nèi)發(fā)展的重中之重，目前國內(nèi)廠商晶盛機電、北方華創(chuàng)、中電48所等正在加強研究，其中晶盛機電6寸單片式碳化硅外延設(shè)備已實現(xiàn)國產(chǎn)替代，2022年公司外延設(shè)備市占率居國內(nèi)前列。2023年6月晶盛機電又成功研發(fā)8英寸單片式碳化硅外延生長設(shè)備，引領(lǐng)國產(chǎn)替代。
器件制造：設(shè)計、制造、封測缺一不可，道阻且長
在碳化硅器件制造設(shè)計端上，SiC二極管商業(yè)化正在逐步完善，但SiC MOS發(fā)展較面臨較多難點，與國外廠商差距較大。目前ST、英飛凌、Rohm等廠商已實現(xiàn)600-1700V SiC MOS實量產(chǎn)并和多制造業(yè)達成簽單出貨；國內(nèi)則還處于設(shè)計流片階段，距離大規(guī)模商業(yè)化仍有較長時間。
碳化硅器件制造則與設(shè)備國產(chǎn)化進程息息相關(guān)，設(shè)備需求主要包括高溫離子注入機、高溫退火爐、SiC減薄設(shè)備、背面金屬沉積設(shè)備、背面激光退火設(shè)備、SiC襯底和外延片表面缺陷檢測和計量。近幾年是國產(chǎn)設(shè)備廠商的黃金發(fā)展3年，我國上述設(shè)備在近幾年得到較快發(fā)展。
在碳化硅器件封測領(lǐng)域，氮化硅主要采用AMB工藝，更受行業(yè)歡迎。據(jù)悉，AMB工藝生產(chǎn)的陶瓷襯板主要運用在功率半導(dǎo)體模塊上作為硅基、碳化基功率芯片的基底。由于氮化硅陶瓷基板的多種特性與第3代半導(dǎo)體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配更穩(wěn)定，因此成為SiC半導(dǎo)體導(dǎo)熱基板材料首選，特別在800V以上高端新能源汽車中應(yīng)用中不可或缺。
另外，目前以硅基材料為主的IGBT模塊在具有高導(dǎo)熱性、高可靠性、高功率等要求的軌道交通、工業(yè)級、車規(guī)級領(lǐng)域正逐漸采用AMB陶瓷襯板替代原有的DBC陶瓷襯板。中國AMB陶瓷基板更多是依賴進口，國內(nèi)廠商包括博敏電子、富樂華正在加速擴產(chǎn)。
結(jié)語
目前，行業(yè)整體對于碳化硅的發(fā)展充滿信心，行業(yè)消息顯示，未來碳化硅器件有望通過大面積襯底進一步改善碳化硅成本，并在設(shè)計、器件制造、封裝各個環(huán)節(jié)改進技術(shù)，設(shè)計更小尺寸芯片，使得碳化硅單位晶圓產(chǎn)出更高。
綜合各方預(yù)測顯示，2021年SiC MOSFET為Si器件成本的3倍，到25年有望降至2.5倍附近，而業(yè)界通常認為2-2.5倍是碳化硅大規(guī)模滲透的成本臨界點，故當前及未來2年處于SiC爆發(fā)的前夜?；趯π录夹g(shù)、新材料的變革信心，未來隨著良率的大幅提升，規(guī)模優(yōu)勢下成本的不斷下降，相信碳化硅將迎來爆發(fā)性成長。
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(dǎo)體。