從600V到1200V，碳化硅重塑新能源汽車充電格局
在當前綠色低碳化轉型的大背景下，以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導體，作為新材料和新技術擁有巨大的市場機遇，已開始大量應用于新能源、電動汽車、充電樁和儲能等領域。
作為碳化硅芯片的主要供應者之一，英飛凌也在加強技術革新與市場布局。
在碳化硅方面，英飛凌目前有超過5家合格的碳化硅晶圓和晶錠供應商，有穩定的碳化硅原材料供應；其可以通過Cold Split冷切割技術提高生產效率；其優異的溝槽工藝，在兼顧可靠性的同時，可以讓每塊晶圓生產的芯片比平面晶體多30%；同時，其也擁有一流的內部封裝解決方案；全新的.XT技術，可以實現最高功率密度。
在產能方面，英飛凌表示，其也看好碳化硅市場，并依托世界級晶圓廠作為現有優勢的補充，為碳化硅市場的強勁增長做好了充分的準備。
據了解，英飛凌在菲拉赫（奧地利）和居林（馬來西亞）的工廠，都在擴大碳化硅和氮化鎵功率半導體的產能，并計劃在質量驗證通過后的3年內，全面過渡到200毫米(8英寸) 產能。在英飛凌的居林工廠，從 2025 年第1季度開始，將推出 200毫米(8英寸) 的產品。
去年8月，英飛凌宣布將在2022年2月宣布的原始投資基礎之上，在未來5年內，再投入多達50億歐元進行居林第3廠區的2期建設，打造全球最大的200毫米(8英寸)碳化硅功率半導體晶圓廠。這座生產基地將幫助英飛凌實現在2030年前擁有全球30%碳化硅市場份額的目標。
據了解，英飛凌已經獲得了來自汽車和工業應用領域約50億歐元的碳化硅Design-win訂單，以及來自相關客戶約10億歐元左右的預付款，這些都將助力其擴建碳化硅工廠。
碳化硅在新能源汽車上被廣泛應用。這兩年，隨著新能源汽滲透率的快速提升，也促使碳化硅或將出現大規模的商業化應用。
碳化硅加速裝車
資料顯示，碳化硅應用于新能源汽車關鍵電力系統，包括主驅逆變器、車載充電器（OBC）和DC-DC轉換器。
“隨著新能源汽車功率平臺從600V提升到800V，甚至達到1200V，對功率芯片性能要求不斷提升。碳化硅功率器件具備高效率、低能耗、耐高溫特性，成為眾多新能源車廠商布局的重點方向。”萬創投行研究院高級分析師毛怡卉告訴記者。
在4月舉辦的北京車展上，多家車企披露碳化硅新動態。嵐圖汽車發布的全棧自研最新一代嵐海動力系統搭載800V高效率碳化硅電驅系；蔚來汽車展示了自研的1200V碳化硅功率模塊；吉利汽車碳化硅混合驅動集成關鍵技術亮相。
小米汽車表示，SU7全系采用碳化硅高壓平臺，驅動電機均使用碳化硅功率模塊。士蘭微表示，汽車級碳化硅功率產品需求量迅速放大，預計5月公司碳化硅主驅模塊裝車規模將突破8000輛，6月將超過2萬輛。
“2024年將是新能源車大規模切換碳化硅的元年。”趙奇表示，預計下半年公司碳化硅月均出貨量將提升至萬片。“公司碳化硅業務2024年營收目標是突破10億元關口，爭取2027年達到全球市場份額30%左右。”
8英寸漸成趨勢
業內人士表示，碳化硅器件成本偏高，成為其大規模應用的阻礙。趙奇介紹，目前碳化硅器件價格普遍為硅器件的4倍、5倍，業內目標是將碳化硅器件成本降到硅器件的2.5倍甚至2倍以內。
在趙奇看來，碳化硅器件實現產能優勢及成本優化的最佳路徑是將芯片制造從6英寸晶圓轉到8英寸。同時，提升良率，且器件類型從平面型轉向溝槽型，助力碳化硅整體成本優化。
多家上市公司加速布局8英寸碳化硅產能。士蘭微5月21日晚間公告稱，公司與廈門半導體投資集團有限公司、廈門新翼科技實業有限公司簽署《投資合作協議》，擬在廈門市海滄區建設一條以SiC-MOSEFET為主要產品的8英寸碳化硅功率器件芯片制造生產線，產能規模為6萬片/月。
湖南三安半導體責任有限公司是三安光電旗下專注于碳化硅業務的子公司。三安光電董秘李雪炭告訴記者，湖南三安正在擴產，將全部導入國際領先的8英寸生產設備和工藝，計劃今年三季度投產，達產后將實現年產48萬片的規模。“公司8英寸碳化硅襯底的外延工藝也已完成調試，相關樣品已經送往主要海外客戶進行驗證。”
據了解，芯聯集成8英寸碳化硅工程批產品已于4月20日順利下線。“公司系國內首家開啟8英寸碳化硅的晶圓廠，將進一步優化下游客戶成本，加速碳化硅技術大規模滲透。”趙奇說。
五大廠商加快布局速度
據TrendForce集邦咨詢研究顯示，2023年全球SiC功率元件產業在純電動汽車應用的驅動下保持強勁成長，前五大SiC功率元件供應商約占整體營收91.9%，其中意法半導體以32.6%市占率持續領先，onsemi則是由2022年的第四名上升至第二名。
走在前列的ST意法半導體
意法半導體是全球最早進入SiC市場的公司之一，在SiC領域擁有超過20年的研發和生產經驗。今年5月末，其宣布投資50億歐元在意大利卡塔尼亞建設世界首個全流程垂直集成的SiC工廠。據悉，意大利政府將在歐盟《芯片法案》框架內向意法半導體提供20億歐元的補貼。該工廠將于2026年開始生產，并實現首創的8英寸SiC晶圓的量產，目標是到2033年達到滿負荷生產，滿負荷生產時每周可生產多達15000片晶圓，年產能48萬片。
意法半導體2023年SiC產品領域的財報十分亮眼。數據顯示，2023年意法半導體SiC產品營收超11億美元，同比增長60%以上。這一業績反映了SiC市場的快速增長，以及意法半導體在這一市場的領先地位。并且，意法半導體對其SiC業務的未來充滿信心，認為SiC市場將繼續保持高速增長，尤其是在汽車和飛機電氣化方面的需求將持續增加。公司設定了明確的SiC營收目標，即在2025年實現SiC產品營收達20億美元，到2030年達到50億美元。
意法半導體的擴產步伐一直走在前列，除了上述在意大利卡塔尼亞投資50億歐元建設世界首個全流程垂直集成的SiC工廠之外，其也在新加坡的工廠增添了前端設備，并提高了摩洛哥和中國工廠的后端產能。此外，ST與三安光電在中國成立的8英寸SiC合資工廠有望最快在今年年底通線，屆時ST可結合位于當地的后段封測產線以及三安光電提供的配套襯底材料工廠，達到垂直整合效益。
加速趕追的onsemi安森美
onsemi十分看好SiC市場的發展前景，近三年來，其致力于推動在捷克、韓國、美國三地的擴產，并一直積極加強與歐洲、美國、中國等本土供應鏈的協作，以及時滿足終端客戶的需求。其中，onsemi在中國市場的發展十分值得關注，目前，onsemi已經與中國三家領先的新能源汽車企業簽訂了長期供應協議，并將這種關系擴展到本土排名前列的傳統汽車制造商，還推動了國內首款采用SiC技術的本土品牌電動車的落地。
據TrendForce集邦咨詢分析，onsemi近年來SiC業務進展迅速，這主要歸功于其車用EliteSiC系列產品。onsemi位于韓國富川的SiC晶圓廠在2023年完成擴建，并計劃在2025年完成相關技術驗證后轉為8英寸。自完成對GTAT收購后，目前onsemi的SiC襯底材料自給率已超過50%，隨著內部材料產能的提升，公司正在朝著毛利率達到50%的目標前進。
近期市場最新消息顯示，onsemi將投資高達20億美元提高其在捷克共和國的半導體產量，以擴大該公司在歐洲的產能，因為歐盟正在尋求關鍵供應的自給自足。據悉，該項目將成為捷克共和國最大的一次性直接外國投資。
公開資料顯示，這是onsemi之前披露的長期資本支出目標的一部分，這項投資將以該公司在捷克共和國的現有業務為基礎，包括硅晶體生長、硅和SiC晶片制造（拋光和 EPI）以及硅晶片工廠。如今，該工廠每年可生產超過300萬片晶片，包括超過10億個功率器件。項目建成后，onsemi將擴大其在東部城鎮羅茲諾夫·波德拉德霍斯泰姆的業務，以容納SiC半導體的完整生產鏈，包括用于汽車和可再生能源領域的最終芯片模塊。
onsemi電源解決方案部門負責人Simon Keeton向路透社透露，新投資的項目可能于 2027 年開始生產，但沒有透露有關就業、生產量或預期收入的更多細節。
據悉，除了上述最新一次擴產外，onsemi在捷克的工廠此前已歷經3次擴產。2022年9月，onsemi宣布未來兩年將投資4.5 億美元（近32億元人民幣），將捷克工廠SiC晶圓拋光和外延片的產能提高16倍。2019和2021年，onsemi分別2次擴建捷克工廠，合計投資超過1.5億美元（約10.6億元人民幣）。
另外，onsemi美國工廠方面，2022年8月，onsemi哈德遜的SiC新工廠已完成擴建，計劃將襯底產能擴充5倍。據悉，2021年8月，onsemi以4.15億美元現金（約28億人民幣）收購了 GTAT，并著手在哈德遜工廠擴建4萬平方英尺的工廠場地，安裝了新的SiC熔爐，目前哈德遜工廠總制造空間已達到27.2萬平方英尺。
根據onsemi 2023年財報顯示，onsemi去年SiC出貨量超過8億美元，收入同比增長4倍，并且毛利率保持在40%以上，預計實現了行業內的最高增長。
工業市場起飛的Infineon英飛凌
英飛凌是行業內十分具有競爭力的SiC技術供應商，Infineon的SiC營收近一半來自于工業市場。近幾年，英飛凌耗費巨資在多地進行了英飛凌擴產。6月3日，英飛凌最新消息顯示，其已獲得其位于德國德累斯頓的價值50億歐元的智能功率半導體工廠的最終建設許可。
英飛凌在馬來西亞居林的新晶圓廠計劃最初獲得了20億歐元的內部資金支持，2023年中旬該廠又獲得了50億歐元的注資用于居林第三工廠的建設和設備。該工廠致力于打造全球最大的8英寸SiC功率半導體晶圓廠。英飛凌居林公司高級副總裁兼總經理Ng Kok Tiong此前表示，公司新廠的一期建設將于2024年第三季度完工，并且，二期建設將在未來幾年也陸續完工。
但是TrendForce集邦咨詢分析，其馬來西亞居林工廠的主要客戶 SolarEdge陷入困境，對Infineon營運產生沖擊。相較之下，Infineon的汽車業務發展較為穩健，例如近期小米SU7的design win，另外過去相對落后的產能建設進度反倒讓其在市場逆風中處于有利地位。相較于其他幾家領先的SiC IDM廠商，Infineon缺少SiC晶體材料的內部生產能力，因此積極推動多元化供應商體系，以確保供應鏈穩定。
除此之外，英飛凌位于奧地利菲拉赫（Villach）工廠的SiC產能還在爬坡中，預估到2025年營收可達10億歐元。英飛凌希望隨著居林超級工廠在2024年底投產，最終帶動其SiC營收于2030年達到70億歐元，并占據全球30% SiC器件市場份額。
亟需突破的Wolfspeed
今年3月，Wolfspeed在位于美國北卡羅來納州查塔姆縣的“John Palmour SiC制造中心”舉辦了建筑封頂慶祝儀式。據悉，“John Palmour SiC制造中心”總投資50億美元，將生產200mm SiC襯底。到2024年底，占地445英畝的一期工程預計將完工，預計2025年上半年開始生產。屆時，將顯著擴大Wolfspeed的材料產能，滿足對于能源轉型和AI人工智能至關重要的新一代半導體的需求。
去年2月初，Wolfspeed宣布計劃在德國薩爾州建造全球最大、最先進的8英寸SiC器件制造工廠，這座歐洲工廠將與莫霍克谷器件工廠（已于2022年4月開業）、John Palmour SiC制造中心（即美國北卡羅來納州SiC材料工廠）一起，共同構成Wolfspeed公司65億美元產能擴張計劃的重要組成部分。
近期行業最新消息顯示，Wolfspeed推遲了在德國建設價值30億美元的工廠的計劃。此計劃最早開始于2023年1月，汽車零部件供應商采埃孚和Wolfspeed發出消息稱，計劃在德國薩爾州（Saarland）投資30億美元建設一座晶圓工廠，為電動汽車和其他應用生產芯片。
行業消息顯示，具體原因主要與歐盟芯片制造計劃受阻相關。引援外媒報道，一位官方發言人表示，計劃在薩爾州建立的工廠將生產用于電動汽車的計算機芯片，該工廠尚未完全被取消，該公司仍在尋求資金。該發言人補充說，由于歐洲和美國電動汽車市場疲軟，總部位于北卡羅來納州的 Wolfspeed 削減了資本支出，目前正專注于提高紐約的產量。該公司最早要到 2025 年中期才會在德國開始建設，比原定目標晚了兩年。
顯而易見的，Wolfspeed近年來在SiC領域的擴產動作十分頻繁，投資金額巨大，但其近年財報利潤和股價均不太理想。據悉，自2017年至今，Wolfspeed的營收都沒有超過10億美元，并且持續虧損，盈利不及預期。而在過去一年里，Wolfspeed的股價下跌了約50%。實際上，近年來關于Wolfspeed考慮出售的消息不絕于耳，傳言中的潛在買家就包括TI德州儀器等國際大廠，歸根究底，還是Wolfspeed的經營狀況較為低迷，凈利潤虧損較大。
雖然Wolfspeed在過去兩年里錯失了一些市場機會，功率元件業務市占有所下滑，不過，TrendForce集邦咨詢指出，Wolfspeed仍然是全球最大的SiC材料供應商，特別是汽車級 MOSFET襯底，并在8英寸領域具備先發優勢。隨著Wolfspeed的The JP工廠即將投產，有望顯著提高材料產能，并推動莫霍克谷工廠（MVF）的投產進程。
穩中求進的ROHM羅姆
對比上述四家大廠動輒數倍的增長規模，羅姆的SiC擴產計劃則顯得溫和許多。2009年，羅姆收購了德國SiCrystal，正式實現了從SiC晶圓材料到前后端芯片制造組裝等IDM（垂直統合型）產業鏈的內部生產閉環。這也是羅姆在SiC領域構建的技術壁壘。
去年7月，羅姆宣布收購太陽能電池生產商Solar Frontier在宮崎縣國富町的工廠，計劃將該工廠用于擴大SiC功率器件的產能，未來還將成為羅姆的主要生產基地之一。Solar Frontier曾在該工廠生產CIS薄膜太陽能電池，但已停止運營。據悉，該工廠占地面積約40萬平方米，建筑面積約23萬平方米，其中羅姆計劃利用現有11.5萬平方米的工廠建筑以及潔凈室，改造成SiC功率器件生產線。據悉，該工廠預計于今年年底開始運營，這將成為羅姆第四座SiC晶圓廠。
據羅姆的估算，通過收購該工廠，2030財年達產后新的生產基地將會幫助羅姆將整體SiC產能提升到2021財年的35倍。為了達到這個目標，羅姆計劃到2025年開始轉向8英寸SiC晶圓，而屆時可能也會在這次收購的工廠中引進8英寸晶圓制造設備。去年羅姆公布過公司的投資計劃和目標，當時該公司計劃到2025財年（截至2026年3月）前最多向SiC領域投資2200億日元。
羅姆有著堅固的營收來源，其不僅掌握了SiC晶圓的生產技術，更成為和信越化學以及Sumco一樣的襯底晶圓材料生產商，成為其他半導體制造業的上游供應商。因此，羅姆的營收來源不僅局限于自家SiC半導體成品的生產銷售，這也有利于羅姆大大降低其生產成本。
