碳化硅龙头扩产忙

来源：中国电子报

日前，国际碳化硅大厂安森美宣布，其在捷克Roznov扩建的碳化硅工厂落成，未来两年内产能将逐步提升。另一家碳化硅大厂Wolfspeed也表示将在美国北卡罗来纳州建造一座价值数十亿美元的新工厂。随着新能源汽车的加速渗透，碳化硅技术的重要性愈发凸显。安森美、Wolfspeed、意法半导体等碳化硅领域主导企业，均发表了对行业发展的积极展望，并计划投资扩大产能。碳化硅大厂间的新一轮卡位之战正在展开。

激进的扩产步伐

作为碳化硅龙头厂商，安森美今年的扩产步伐可谓激进。9月21日，安森美在捷克Roznov扩建的碳化硅工厂落成，未来两年内该厂的产能将逐步提升。8月份，安森美位于美国新罕布什尔州哈德逊的碳化硅工厂建成投产，该厂将使安森美到2022年底的碳化硅晶圆产能同比增加5倍。安森美还在韩国京畿道富川市投资10亿美元，建立一座新的研究中心和晶圆制造厂，预计2025年投产。
另一家碳化硅大厂Wolfspeed公司的行动也丝毫不慢。9月初，其宣布将在美国北卡罗来纳州建造一座价值数十亿美元的新工厂，预计2030年完工。此前，Wolfspeed还在美国纽约州建设全球首座8英寸碳化硅工厂，总投资达到50亿美元。Wolfspeed公司首席技术官John Palmour表示，新工厂实际最终将使我们的碳化硅晶圆制造能力增加13倍。
其他碳化硅头部企业近期亦有新的投资扩产计划。意法半导体与零部件供应商马瑞利与达成合作，将开发生产更高集成度和更高效的为车用碳化硅电力电子解决方案。SK Siltron计划与RFHIC和Yes Power Technix合资成立一家公司，开发碳化硅和氮化镓半导体。
中国本土企业在碳化硅方面的投资热情也非常高。天岳先进在ICSCRM 2022会议上透露，其8英寸碳化硅衬底研发进展顺利，晶型均一稳定，具有良好的结晶质量。在此基础上，天岳积极推进产业化。晶盛机电也在互动平台表示，已成功生长出8英寸碳化硅晶体。

车载、光伏空间广阔

Wolfspeed、安森美、意法半导体作为碳化硅领域的头部企业，其动态是行业的重要风向标。这些企业的连续大手笔投资扩产，反映出行业对碳化硅未来走势的积极展望。其中，新能源汽车对碳化硅器件的旺盛需求，或是大厂不断加码的最大动力。据报道，安森美出货的90%碳化硅器件与汽车相关。TrendForce集邦咨询表示，随着越来越多车企开始在电驱系统中导入碳化硅技术，2022年车用碳化硅功率元件市场规模将达到10.7亿美元，至2026年将攀升至39.4亿美元。
一个重要因素是业界普遍看好800V高压驱动平台在新能源汽车应用中所展现出的良好用户体验。据行业人士介绍，400V电池是当前车载系统的主流规格，如果采用800V高压驱动平台，可使新能源汽车的充电性能大幅提升，提高电池充电速度的同时，还可以降低损耗、减轻车体重量，提高整车运行效率，在同等电量情况下延长续驶里程。
续航里程和充电速度一直是困扰新能源汽车市场发展的主要短板。采用碳化硅器件替代硅基IGBT可以有更大的冗余改善电路。安森美就表示，碳化硅器件所具有的独特优势将改变电动车的未来，如在关键的主驱逆变器中采用碳化硅可满足更高功率和更低的能效、更远续航、更小损耗和更低的重量，以及向800V迁移的趋势中更能发挥它的优势。
碳化硅在光伏领域的应用市场空间也很广阔。IEA数据显示，2021年全球光伏装机容量新增156.1GW，为达到2050年净零排放，2020年-2030年的全球太阳能光伏年均增量须达到422GW。碳化硅主要应用于光伏逆变器。基于硅基器件的传统逆变器成本虽然较低，却是系统能量损耗的主要来源之一。碳化硅材料的击穿电压是传统硅的十倍以上，同时具有更高的热导率、更低的导通电阻、栅极电荷。
此外，碳化硅在轨道交通、射频等领域也有广阔市场。截至2021年12月，国内已有至少8条列车线路采用了碳化硅技术。日本、欧洲的轨交牵引系统也大面积采用了碳化硅。2021年下半年，日本推出了搭载碳化硅车载设备、主电路设备的E131 Series 500系列列车。

突破衬底不足瓶颈

碳化硅产业链主要包括上游衬底、中游外延、下游器件制造和模块封装等环节。衬底材料是当前碳化硅产业发展的主要瓶颈。根据基本半导体总经理和巍巍的介绍，碳化硅衬底生产比较困难，包括碳粉硅粉合成、晶体生长、晶锭加工等好多细的步骤。核心的参数涉及直径、杂质、均匀性、弯曲翘曲以及光滑度等参数。碳化硅目前发展的痛点主要在于规模迅速扩大。这也是一众碳化硅企业扩产卡位的主要原因。
安森美电源解决方案集团总经理Simon Keeton就曾表示，捷克厂与Hudson碳化硅扩产行动一起，新增的碳化硅产能让安森美得以为客户提供至关重要的供应保证，以满足他们快速扩增的碳化硅解决方案需求。事实上，近年来碳化硅功率器件一直是市场上的一大热点，但也面临碳化硅衬底制备条件严苛、生长速度缓慢、良率低等瓶颈。
值得注意的是，尽管从扩产情况来看，全球碳化硅业务发展如火如荼，但大规模盈利尚需时日。安森美甚至表示，在2023年上半年之前的产能爬坡期间，碳化硅的量产启动费用将给公司毛利润率带来1%～2%的负面影响；Wolfspeed在2022财年第四季度才实现首次单季度盈利0.32亿美元。
不过在市场需求推动下，越来越多的企业、资金投入进来，这对于改善碳化硅器件良率，降低制造成本，有着重要的促进作用。而随着这些限制碳化硅产业发展的瓶颈被消除，碳化硅器件市场的爆发点也在逐步临近。Yole Développement数据显示，受汽车市场以及工业、能源和其他交通运输市场的推动，2021年至2027年碳化硅器件市场正以34%的年复合增长率增长。

审核编辑 黄昊宇