碳化硅供需失衡将成为长期现象

碳化硅衬底的紧缺，将使碳化硅芯片的供需失衡成为长期现象。

电动汽车是碳化硅的最主要应用之一。根据 Yole 的统计，预计超过 70% 的收入（相当于 47 亿美元）将来自 EV/混合动力汽车市场。随着电动汽车的快速崛起，对SiC芯片的需求与日俱增。为保证可靠供货，一家代工厂签约多家SiC芯片厂商已是业内普遍现象。未来几年，SiC芯片供不应求将成为常态。

衬底作为SiC芯片发展的关键，占据着重要的地位。SiC衬底不仅在功率器件成本中所占比例很高，而且与产品质量密切相关。如果说前几年很多SiC器件厂商都是靠绑定Wolfspeed来保证SiC衬底的产能，那么现在一切都变了。全球领先的SiC器件供应商如Rohm、ON Semiconductor、STMicroelectronics等相继收购投资了不同的优质SiC衬底供应商，并开始建立内部衬底供应，从SiC衬底到设备制造的垂直整合。

不过，全球第一家发明商用SiC器件的厂商英飞凌，自家衬底供应依然不足。对于英飞凌来说，作为世界第一的硅基功率半导体制造商，自然希望将自己在硅基领域的优势延伸到化合物半导体领域，而且基础材料的短缺确实是英飞凌的隐患之一。根据Yole的数据，英飞凌2021年营收在全球SiC市场位居第二，在SiC这个发展潜力巨大、波涛汹涌的市场，英飞凌似乎越来越没有把握。

SiC厂商逐步完成衬底布局

全球领先的SiC器件供应商ST、英飞凌、Wolfspeed、ON Semiconductor、Rohm等基本上都有自己相对稳定的衬底供应渠道。

Rohm于2009年收购了德国SiC衬底和外延片供应商SiCrystal。SiCrystal是一家总部位于德国纽伦堡的SiC晶圆制造商。罗姆从2010年开始在全球率先量产SiC MOSFET，至此，罗姆已经推出了第四代SiC MOSFET。将本产品用于车载逆变器时，与使用IGBT相比，功耗可降低6%。对延长电动车的续航里程很有帮助。虽然公司规模不是很大，但SiCrystal的关键技术已作为SiC功率半导体广泛应用于全球电动汽车，公司已成为SiC晶圆市场的领先企业之一。

自2019年收购瑞典SiC衬底供应商Norstel以来，该公司一直在考虑IDM模式。但Norstel在瑞典的产能有限，ST不得不依赖与Wolfspeed的长期SiC晶圆供应协议，为ST供应150mm SiC裸晶圆和外延晶圆。因此，2022年10月，ST宣布将在意大利建立一个集成的SiC衬底制造工厂，该工厂将与意法半导体位于意大利卡塔尼亚的工厂现有的SiC器件制造工厂一起建设。生产150mm SiC外延基板的工厂。据 Yole Intelligence 化合物半导体和新兴基板团队的首席分析师 Ezgi Dogmus 称，这使 ST 到 2024 年能够达到 40% 的内部基板采购。

2022年12月初，ST宣布与Soitec合作开发SiC衬底制造技术，并在其未来200mm衬底制造中采用Soitec的SmartSiC技术为其器件和模块制造业务提供支持，并有望实现中期量产。ST还暗示在不久的将来开发200mm SiC晶圆。

2021年11月1日，安森美半导体收购SiC衬底供应商GT Advanced Technologies（“GTAT”），实现产业链垂直整合，确保产能和品质的稳定性。安森美半导体是目前为数不多的能够提供从衬底到模块的端到端 SiC 解决方案的供应商之一。此外，为满足市场对SiC需求的加速增长，安森美半导体仍在大力投资扩产：2022年8月11日，安森美半导体位于新罕布什尔州哈德逊的SiC工厂竣工。建成后，碳化硅（SiC）产能将同比增长5倍；2022 年 9 月，安森美半导体将在捷克共和国罗兹诺夫完成其扩建的碳化硅 (SiC) 工厂。

这些厂商虽然通过收购建立了自己的衬底供应，但产能还远远落后，因此仍与全球最大的SiC衬底和外延片供应商Wolfspeed绑定。Wolfspeed约占全球总量的60%。SiC 晶圆产能的百分比。2022年，Wolfspeed全球首家8英寸SiC工厂启动，小规模试产正在进行中。预计在今年上半年完成初始认证并开始供货，这也向行业发出了一个积极的信号。

2022 年 10 月，Wolfspeed 宣布了一项耗资 65 亿美元的多年产能扩张计划，其中包括在公司最先进的 200 毫米莫霍克谷工厂以及北卡罗来纳州 445 平方英尺的工厂安装额外设备。一亩碳化硅材料厂的建设将使公司现有材料产能扩大10倍以上。第一阶段的建设计划于公司 2024 财年末完成。博格华纳向 Wolfspeed 投资 5 亿美元，以确保高达 6.5 亿美元的碳化硅器件年产能供应。

不过近年来，Wolfspeed也开始向SiC器件如SiC MOSFET、SiC二极管、SiC模块等领域延伸。根据Wolfspeed发布的消息，未来包括奔驰、捷豹路虎在内的电动汽车都将采用Wolfspeed的SiC器件提供动力。

对于这种竞争与合作的关系，Wolfspeed CEO Gregg Lowe此前表示，公司将以同样的优先级支持这两种不同的商业模式。他认为，未来10年，Wolfspeed仍将与这些半导体客户和竞争对手保持良性的竞争关系。Wolfspeed 需要合作伙伴帮助功率半导体行业从硅器件向碳化硅器件转型。

诚然，对于碳化硅这样性能优异、产业急需、但挑战重重的材料，在竞争中合作、在合作中共赢是产业快速发展的主要手段。

综上所述，可以看出在SiC衬底方面，ON Semiconductor有GTAT，ST有Norstel，Rohm有SiCrystal，Wolfspeed自己生产SiC衬底。为什么SiC领域会出现这样的发展趋势？北京市半导体行业协会副秘书长朱晶表示：“之所以出现这种趋势，主要是因为碳化硅供需极度失衡，碳化硅衬底的需求量非常大，被业界认为产业成为长期持续的趋势，SiC衬底的产能因良率问题无法满足快速增长的需求，导致器件厂商“囤货”的冲动。

没有SiC衬底的英飞凌签订合同保证供货

在顶级SiC厂商中，英飞凌没有SiC衬底。事实上，英飞凌也有意收购SiC衬底厂商。2016年7月，英飞凌曾计划以收购SiC的方式现金收购Cree的Wolfspeed Power和RF业务部门。但由于美国政府的反对，收购未能进行。

在朱晶看来，虽然“不站队”的SiC衬底厂商不多，但他们仍看好英飞凌未来投资或收购一家SiC衬底厂商。毕竟英飞凌收购了Siltectra，而Cold Spilled可以提高SiC晶圆划片的良品率，拥有可控的基板厂商也可以最大限度发挥Cold Spilled技术的优势。

2018年，英飞凌收购了碳化硅晶圆切割领域的尖端公司Siltectra，从而获得了Siltectra的冷分割技术（Cold Spilt）。这也是英飞凌在基板领域的重点布局，因为在基板加工环节，切割可以说是整个产能中最大的瓶颈。现有的SiC晶圆切片方法大多采用金刚石线锯。但由于碳化硅硬度高，加工时间长，批量生产硅片需要大量的金刚石线锯。然而，在切片过程中会损失大量材料，从而导致从单个晶锭中生产的晶圆数量很少。切片是SiC功率器件成本增加的主要因素。

SILTECTRA 碳化硅晶圆分裂工艺

据悉，英飞凌收购的Siltectra冷劈裂技术可将SiC晶圆良品率提升90%。在同样的碳化硅锭的情况下，可以提供三倍的材料，生产出更多的器件。最终 SiC 器件的成本可降低 20-30%。

但即使有了切割技术，如果没有基板产能的保证，就等同于无米之炊。于是无奈的英飞凌几乎签下了全球主要的SiC衬底供应商：

2023 年 1 月 12 日，英飞凌与 Resonac Corporation（前身为昭和电工株式会社）签署了一项新的多年供货与合作协议。新合同将深化双方在 SiC 材料领域的长期合作伙伴关系。根据协议，Resonac 将为英飞凌提供用于生产 SiC 半导体的 SiC 材料，覆盖未来十年预测需求的两位数份额。初期主要以6英寸晶圆为主，但两家公司将继续向8英寸晶圆直径过渡。

2022年8月23日，II-VI与英飞凌签署多年合同，为英飞凌提供用于电力电子的6英寸SiC基板，II-VI与英飞凌也计划合作至8英寸SiC基板。

2020年11月9日，英飞凌与GTAT签署碳化硅（SiC）晶锭供应协议，初步期限为五年。

2018年2月26日，Cree（现更名为Wolfspeed）宣布与英飞凌签署长期碳化硅晶圆供应协议，约定Cree将向英飞凌供应先进的150mm SiC晶圆。

此外，据称英飞凌还在加紧验证其他几家衬底供应商的产品，其中国内厂商的衬底和外延片样品已经送出。

英飞凌目前正在积极扩大其 SiC 制造能力，预计到 2027 年将增加 10 倍，目标是到 2027 年底达到 30% 的市场份额。英飞凌最近还出售了其 HiRel DC-DC 转换器业务，加大了对高可靠性市场核心半导体开发的关注和投资。

垂直整合是目前SiC行业的主导趋势。四年前，提到SiC衬底供应商，可能首先想到的是Wolfspeed。随着SiC器件厂商不断兼并整合一些小型衬底厂商，SiC衬底供应商的数量已经增加到至少8家，晶圆也从之前的3000美元跌至1000美元。随着SiC衬底的产能建设和生产工艺的不断改进，SiC的成本进一步降低。

“现在SiC衬底厂商都在做器件，器件厂商也在通过收购或者投资的方式加强对衬底产能的控制。与此同时，一家器件厂商可能库存多家SiC衬底厂商的现象也越来越多。”都是因为对SiC市场爆发式增长的强烈预期，以及目前SiC产能无法快速增长的预期，国外厂商从衬底到器件全产业链的IDM模式，将促进SiC产能的快速增长。国外碳化硅产品抢占市场。”朱晶说道。

但此举将不利于国内SiC器件厂商与国外的竞争。同时，由于国外衬底产能已经以长约形式承包给英飞凌等企业，对中国众多依赖海外衬底的SiC器件厂商将产生负面影响。到丧失抵押品赎回权的风险。朱晶提到，建议中国SiC器件和衬底厂商加强产业链上下游的合作，降低对海外衬底的依赖。满足国内各市场对SiC的旺盛需求。

编辑：黄飞