SiC产业链与SiC战略初探

随着我们逐渐摆脱化石燃料，世界正在认识到功率半导体的至关重要性。

能源效率、电气化和二氧化碳减排是我们这个时代的口号，但它们只是最近一系列碳化硅（SiC）芯片工厂投资背后故事的一部分。从Wolfspeed 计划在德国建设全球最大的 SiC 工厂，到三菱计划在日本建设8 英寸 SiC 晶圆厂，这些项目不仅涉及气候变化，还涉及缓和全球紧张局势和保障芯片供应。

我们在美国政府为其国内芯片制造提供的 527 亿美元补贴计划中看到了这一点，作为其“芯片法案”的一部分，而紧随其后的是欧盟的 470 亿美元计划。欧盟旨在实现半导体完全自给自足 ；希望半导体产业大规模迁移回欧洲。此外，欧盟还希望到 2030 年将市场份额从 10% 提高到 20%。

日本将投入 28 亿美元用于芯片补贴，其中高达三分之一的资本将用于投资功率半导体。

英国在今年 5 月也发布了期待已久的国家半导体战略，重点关注半导体设计、化合物半导体和研发。英国政府将在未来两年投资 2 亿英镑，并在未来十年投资 10 亿英镑，以支持本土化合物半导体行业的发展。到目前为止，还没有进行晶圆厂投资。

这些在未来几年将如何展开？根据 Yole Group 2022 年的估计，未来四年 SiC 功率器件将占整个功率器件的 30%，到 2027 年市场潜力将超过 60 亿美元，高于 2021 年的约 10 亿美元。

SiC市场会进一步发展吗？是否存在供应不足或供应过剩的风险？

有趣的是，作为《欧洲芯片法》的一部分，欧盟委员会启动了半导体警报系统（Semiconductor Alert System），这是监控半导体供应链的一个新试验，使利益相关者能够对半导体价值链上任何关键的中断提高认识。这个想法是要保证欧盟委员会可以对任何潜在的危机情况迅速做出反应。

众所周知，半导体行业的周期——晶圆厂建设之后是供过于求。繁荣通常伴随着萧条。但SiC芯片制造商却持非常乐观的态度。安森美和意法半导体两家公司都宣布了在2023年获得10亿美元SiC业务的目标。英飞凌希望到2030年占据全球SiC市场30%的份额。

汽车是SiC淘金热的主要焦点。英飞凌的数据显示，汽车半导体含量预计将从内燃机汽车每辆约490美元增加到纯电动汽车(BEV)每辆约950美元。功率半导体将推动这一含量的增加，尤其是用于驱动电动机的大功率逆变器。

英国市场分析公司Exawatt预测，到2030年，超过95%的乘用纯电动汽车将在其动力系统中使用SiC MOSFET。它还预计，到2024年，基于SIC的逆变器将超过基于硅的逆变器。到2030年，纯电动汽车将占乘用车年销量的50%以上；95%的纯电动汽车将在他们的动力系统中使用基于SiC的半导体。

据英飞凌首席采购官Angelique van der Burg称，她的公司正在加倍投资SiC。“在这种情况下，我们正在实施多供应商和多国采购战略，以提高弹性，使我们广泛的客户群受益，”她谈到最近与两家中国SiC供应商（TanKeBlue天科合达和SICC天岳先进）签订了合作协议，根据协议他们将为英飞凌提供150毫米SiC晶圆和晶锭，并支持英飞凌向200毫米晶圆的过渡。此外，英飞凌已与美国相干公司（前身为II-VI）达成协议，为其供应150毫米基板，并在去年签署了200毫米基板的合作协议。

意法半导体公司正在西西里岛的卡塔尼亚建设一条晶圆试验线和一个加工前端，在其现有的SiC工厂旁边。它的目标是将前端产能提高10倍，到2024年第四季度，40%的基板将在内部采购，并从150毫米开始过渡到200毫米。

美国的安森美公司的目标是将其SiC晶锭年产能扩大五倍，作为其全面控制其整个SiC制造供应链（从采购SiC粉末和石墨原材料到交付全封装的SiC器件）计划的一部分。晶圆的内部采购是其战略的关键。

汽车、汽车、汽车

SiC市场的增长与交通电气化有关。自2019年以来，包括意法半导体、Wolfspeed、ROHM、英飞凌科技、安森美和多家中国公司在内的行业参与者已投资超过150亿美元。Yole预计，这在未来会出现更多，许多其他汽车制造商已决定在其远程EV/HEV中采用基于SiC的逆变器：大众汽车、通用汽车、福特、保时捷、雷诺……都是推动这一趋势的。

与汽车公司的联盟是SiC故事的核心。意法半导体最近宣布它有25个正在进行的电动汽车项目，涉及8个客户。他们的模块已在Tesla Model 3中使用多年。

为3,600多家汽车和工业客户提供SiC半导体的英飞凌刚刚与中国台湾电子制造服务提供商鸿海科技集团（富士康）签署协议，共同开发电动汽车并在台湾建立系统应用中心。2023年8月英飞凌宣布，计划在未来五年内追加投资高达50亿欧元（约合人民币393.4亿元），用于在马来西亚建造全球最大的8英寸SiC功率晶圆厂。此外，还将对位于德国奥地利菲拉赫以及马来西亚居林的现有工厂进行8英寸改造。英飞凌CEO Jochen Hanebeck表示：“SiC市场不仅在汽车领域，而且在太阳能、储能和大功率电动汽车充电等广泛的工业应用领域都呈现出加速增长的趋势。随着居林的扩张，我们将确保我们在这个市场的领导地位，”

Wolfspeed与德国大型汽车系统公司采埃孚建立了战略合作伙伴关系，计划在德国纽伦堡地区建立欧洲SiC电力电子联合研发中心。Wolfspeed前几年出售其LED业务并扩大其功率器件业务，表明其发展SiC业务的决心。凭借其在SiC晶圆方面的领先地位，Wolfspeed现已通过其8英寸晶圆厂的认证。

安森美将为大众汽车提供用于电动汽车牵引逆变器解决方案的SiC模块和半导体。该公司还与宝马于2023年3月签署了电动传动系统的长期供应协议。此外，还与芬兰电动汽车充电公司Kempower就SiC MOSFET和SiC二极管展开合作，并与中国电动汽车公司Zeekr合作，Zeekr是电池技术、电池管理系统和电动机技术的开发商。该公司与美国车行方案的全球领先供应商博格华纳扩大SiC方面的战略合作，协议总价值超10亿美元。博格华纳将安森美的EliteSiC 1200V和750V功率器件集成到其VIPER功率模块中，用于主驱逆变器解决方案，以提高电动汽车的性能。

与此同时，日本厂商ROHM与马自达汽车公司和Imasen Electric Industrial签订了联合开发协议，共同开发用于电动汽车电驱动单元的逆变器和SiC功率模块。ROHM在十年前收购SiCrystal以进行垂直整合后，正在扩大器件和晶圆的产能。

这些只是已宣布的碳化硅联盟的一小部分。但“战略”不仅仅是一个废弃的术语。这意味着为车企提供长期可靠的供应，并为客户保证即将蓬勃发展的碳化硅工厂的产量。

SiC产业链

在过去几年中，这些主要参与者重塑了SiC生态系统。据Yole称，两个主要趋势影响其供应链：一是半导体厂商从晶圆制造到模块封装的垂直整合，以在未来几年获得更多收入。在此背景下，终端系统公司（例如汽车OEM）正在更快、更灵活地采用SiC来管理市场上多个晶圆供应商的供应。

当讨论焦点集中在电动汽车、投资和不断增长的市场上时，关注中国的生态系统是非常重要的。中国大规模的碳化硅投资基于三个主要动机：国家政策、强劲的市场需求和国内供应的需要。

SiC产业链主要由衬底、外延、器件、封测组成，目前主要竞争格局是衬底及外延市场集中度高，器件领域海外厂商占主导地位。国内一些高校、厂商也在积极参与SiC产业链，包括材料及器件研发、封测技术，虽然产业化规模还不大，但是近几年发展很快。

超过50家中国企业宣布以不同的层次和战略进入碳化硅业务。安徽长飞先进半导体有限公司就是一例，该公司专注于SiC功率半导体产品研发及制造，已形成从设计、外延、晶圆制造到模块封测的全产业链能力，成功实现由“Foundry”到“IDM+Foundry”的业务转型。目前，长飞先进半导体打造了完整的650V-3300V SiC产品矩阵，实现了从光伏、储能、充电桩到新能源汽车等应用领域的全覆盖，同时进一步完善了专业的SiC晶圆代工服务体系。芜湖基地已具有年产6万片SiC MOSFET晶圆制造能力。

SiC是一个快速增长的市场，未来几年，在主要由EV应用拉动的强劲市场中，SiC有望进入越来越多的应用领域。中国企业从长远的角度看到了机遇，并相应地调整了战略。

Yole化合物半导体与新兴材料技术与市场分析师Poshun Chiu评论道：“SiC被认为是提供良好效率的推动因素，1200V器件的供应是可行的。随着更多800V EV的到来，SiC有望快速增长。同时，充电基础设施和光伏是支持电动汽车趋势的两个市场。需要更多的充电器来支持越来越多的电动汽车，而可再生能源与电动汽车有着相同的二氧化碳零排放目标。这些是SiC获得更多动力的市场。”

来源：《半导体芯科技》杂志