2024年的碳化硅市場猶如一條洶涌的大河，全球各大廠家傾瀉而下、奔涌向前。我們可以看到全球各大廠在過去幾年中投資布局的8英寸碳化硅生產(chǎn)線已逐步進入落地階段，包括英飛凌在馬來西亞建設的居林新廠，安森美在韓國富川規(guī)劃的生產(chǎn)設施，三安在重慶投資的碳化硅項目等等。聚焦我國，則以碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中的8英寸襯底材料發(fā)展為甚，近兩年許多企業(yè)8英寸襯底技術陸續(xù)突破。
總體而言，8英寸碳化硅時代的腳步已無比臨近，本文將對全球碳化硅芯片廠以及我國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)進行盤點，進一步廓清碳化硅產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢。
全球布局：新建14座8英寸碳化硅廠
在全球碳化硅市場中，意法半導體（ST）、安森美（Onsemi）、英飛凌（Infineon）、Wolfspeed羅姆（ROHM）、博世（BOSCH）、富士電機（Fuji Electric）、三菱電機、世界先進和漢磊、士蘭微、芯聯(lián)集成企業(yè)紛紛宣布建設自己的8英寸碳化硅芯片廠，如下圖所示。上述廠商中的多家企業(yè)不僅在芯片廠布局完善，在上游襯底和外延等材料端也布局完善。
圖片來源：TrendForce集邦咨詢
ST意法半導體
ST在全球整體的SiC業(yè)務中（從晶圓到器件甚至延伸至襯底）均占據(jù)著較大的競爭優(yōu)勢。受純電動汽車（BEV）應用的推動，碳化硅功率器件行業(yè)保持強勁增長，而ST長期以來在SiC功率器件的研發(fā)方面投入了大量資源，在推動碳化硅功率器件市場快速發(fā)展的同時，也確立了ST在器件市場的領導地位。
目前ST主要在三地擁有碳化硅晶圓廠，其正在現(xiàn)有的意大利卡塔尼亞和新加坡宏茂橋的兩條6英寸晶圓生產(chǎn)線上生產(chǎn)旗艦大批量碳化硅產(chǎn)品，其中ST今年5月31日宣布在意大利卡塔尼亞新建一座8英寸碳化硅工廠，整合了碳化硅生產(chǎn)流程的所有環(huán)節(jié)。新工廠計劃2026年開始生產(chǎn)，到2033年滿產(chǎn)，滿負荷產(chǎn)能高達每周15000片晶圓，預計總投資額約為50億歐元。而與中國三安光電合資的中國重慶8英寸碳化硅制造廠將成為ST的第三個碳化硅生產(chǎn)中心，該項目于2023年6月7日宣布，預計于2025年第四季度開始投產(chǎn)，并將在2028年全面建成。
而在襯底布局上，早前ST通過購買SiCrystal、Wolfspeed（Cree）的襯底滿足其制造需求，隨后其通過并購瑞典碳化硅襯底廠商Norstel AB（現(xiàn)更名為“ST SiC AB”），并與Soitec合作開發(fā)碳化硅襯底制造技術，自建意大利卡塔尼亞襯底產(chǎn)線（2022年10月）等方式，逐步完善其SiC制造版圖。
目前， ST生產(chǎn)器件所用的襯底主要由其位于瑞典北雪平和意大利卡塔尼亞的研發(fā)制造基地提供。另外其與三安光電合資的中國重慶8英寸碳化硅制造廠，三安光電則單獨建造和運營一個新的8英寸SiC襯底制造廠為上述合資廠提供襯底，該廠已于今年9月初點亮通線，規(guī)劃年產(chǎn)8英寸碳化硅襯底48萬片。
安森美
從碳化硅的襯底、外延，到核心的設計和制造，再到封裝，安森美致力于打通整個功率器件產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)。綜合來看，安森美在汽車CIS領域、車用功率半導體都處于領導地位。其中安森美的車用EliteSiC系列功率器件平臺廣受行業(yè)好評，為其近幾年在碳化硅器件市場份額的快速提升發(fā)揮了重大作用。
在芯片廠布局上，安森美位于韓國富川的SiC晶圓廠于2023年完成擴建，計劃于2025年完成相關技術驗證后過渡到8英寸生產(chǎn)，屆時產(chǎn)能將擴大到當前規(guī)模的10倍。另外，2024年6月19日，安森美宣布將在捷克共和國建造先進的垂直整合碳化硅制造工廠。
在襯底外延材料的獲得上，安森美也與ST一樣主要通過外購、收購、自建的方式滿足其需求。2019年安森美與Wolfspeed（Cree）簽署了多年期協(xié)議購買碳化硅（SiC）裸片和外延片。2021年安森美以415億美元收購了專門生產(chǎn)碳化硅襯底材料的GTAT（GT Advanced Technologies Inc）公司。至今年該公司表示SiC基板材料自給率已超過50%，隨著內(nèi)部材料產(chǎn)能的提升，安森美正朝著實現(xiàn)50%毛利率的目標邁進。
自建方面，2022年安森美先是實現(xiàn)了新罕布什爾州哈德遜碳化硅新工廠的落成，使安森美的SiC晶錠產(chǎn)能同比增加五倍；此外便是上述的安森美在捷克共和國羅茲諾夫的碳化硅工廠，該工廠在未來兩年將使SiC襯底和外延片的產(chǎn)能提高16倍。
英飛凌
英飛凌的碳化硅營收近半數(shù)來自工業(yè)市場，其背靠強大的德國工業(yè)客源穩(wěn)定而深厚。英飛凌也瞄準了中國飛速增長的電動車市場，其CoolSiC系列在電動汽車、新能源領域、工業(yè)電機等應用上都占據(jù)增量和存量市場，而今年小米SU7上配置的便是由英飛凌提供的CoolSiC功率模塊以及裸芯片產(chǎn)品，更是將英飛凌熱度再拉高。
晶圓廠建設上，2024年8月8日，英飛凌宣布其位于馬來西亞居林的8英寸碳化硅功率半導體晶圓廠一期項目正式啟動運營，預計2025年可實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。目前英飛凌的產(chǎn)能還在持續(xù)擴充，未來五年英飛凌將追加投資高達50億歐元大幅擴建居林第三工廠（Module Three）的二期建設，旨在建造號稱“全球最大的8英寸SiC功率晶圓廠”。此外，英飛凌還將正在對位于德國奧地利菲拉赫（Villach）的現(xiàn)有工廠進行8英寸改造。
在SiC晶體材料這一環(huán)節(jié)，與其他領先的SiC IDM制造商不同，英飛凌主要通過多元化供應商體系以確保其供應鏈穩(wěn)定，合作商包括Wolfspeed、 GTAT、Resonac、天岳先進、天科合達、SK Siltron CSS、Coherent等。并且根據(jù)英飛凌近兩年公開消息顯示，目前該企業(yè)還沒有建設自有的襯底廠計劃。
Wolfspeed
毫無疑問，Wolfspeed是SiC襯底的先驅(qū)和市場領導者，并且該公司也利用其先發(fā)優(yōu)勢率先實現(xiàn)從6英寸晶圓過渡到8英寸晶圓。
在上游襯底端，Wolfspeed在美國北卡羅來納州達勒姆制造的碳化硅材料占全球50%以上。另外，今年3月，位于美國北卡羅來納州查塔姆縣的“John Palmour碳化硅制造中心”封頂，該項目總投資50億美元，預計2025年上半年開始生產(chǎn)，屆時將顯著擴大Wolfspeed材料產(chǎn)能。
在器件制造上，Wolfspeed已在美國紐約的莫霍克谷中擁有全球首家且最大的8英寸SiC工廠，該工廠于2022年4月正式開業(yè)。今年6月官方表示，莫霍克谷廠已經(jīng)實現(xiàn)了20%晶圓啟動利用率。此外，2023年1月，Wolfspeed和汽車零部件供應商采埃孚宣布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，業(yè)界消息顯示，該計劃目前已延期，最早將于2025年開始。
羅姆
背靠日本強大的汽車工業(yè)以及在亞洲市場整合供應鏈的能力，羅姆在功率半導體領域積累較深。在看到碳化硅在電動汽車、工業(yè)市場等諸多領域的發(fā)展前景后，羅姆通過收購和自建的方式，從器件端向襯底材料端延伸。
晶圓廠建設上，據(jù)羅姆官網(wǎng)介紹，羅姆目前在日本擁有四個基于碳化硅的功率半導體生產(chǎn)基地，分別位于京都總部、福岡縣筑后工廠和長濱工廠以及宮崎第一工廠。2020年末，羅姆在日本福岡縣筑后工廠建設了碳化硅新廠房，已于2022年開始量產(chǎn)，而且產(chǎn)線將從量產(chǎn)6英寸晶圓切換為量產(chǎn)8英寸晶圓。在今年的PCIM Asia中，羅姆的工作人員表示，公司預計在2025年量產(chǎn)八英寸SiC，同時公司的第五代碳化硅MOSFET也將披露。
在襯底業(yè)務上，羅姆在2009年收購了德國SiC襯底制造商SiCrystal，以滿足自身材料供應。此外，2023年7月13日，羅姆宣布計劃在2024年末開始在其位于日本宮崎縣的第二工廠生產(chǎn)8英寸碳化硅襯底，即藍碧石半導體宮崎第二工廠，該工廠原本是太陽能技術公司Solar Frontier的原國富工廠。
博世（BOSCH）
博世長久以來高度聚焦車用半導體、MEMS傳感器等領域，近年來博世高度看重碳化硅市場，也在進行重點投資。
博世現(xiàn)在共有兩座碳化硅生產(chǎn)工廠，分別位于德國羅伊斯特根和美國羅斯維爾。其中，羅伊斯特根工廠于2021年投產(chǎn)6英寸碳化硅晶圓，目前8英寸碳化硅晶圓便來自該工廠。羅斯維爾則是博世在2023年收購而來，而博世也將在2026年在加州羅斯維爾實現(xiàn)8英寸碳化硅晶圓的生產(chǎn)。
在襯底供應上，博世主要通過與上游合作伙伴如天岳先進簽訂長期的合作關系確保后續(xù)襯底的穩(wěn)定供應。
三菱電機
三菱電機的碳化硅業(yè)務主要依賴于工業(yè)和鐵路應用營收。近些年，三菱電機將目光投注于快速發(fā)展的電動汽車領域，并加強SiC功率模塊研發(fā)。
今年5月末，三菱電機表示位于日本熊本縣新建的8英寸SiC工廠的竣工時間將定為2025年9月，投產(chǎn)時間將從2026年4月提前至2025年11月，將主要負責8英寸 SiC晶圓的前端工藝。另外，三菱電機還將加強其6英寸SiC晶圓的生產(chǎn)設施，以滿足當下不斷增長的市場需求。
而在襯底供應上，三菱電機主要與Coherent公司進行垂直合作，穩(wěn)定碳化硅襯底的采購以確保供應鏈的穩(wěn)定性。
富士電機
富士電機在碳化硅器件的研發(fā)可以追溯到2013年，該公司在日本松本工廠就投產(chǎn)了6英寸SiC晶圓產(chǎn)線，2014年第一代平面型碳化硅MOSFET模塊已經(jīng)應用在富士電機的光伏逆變器上。
今年1月，富士電機宣布在未來三年（2024至2026財年）投資2000億日元用于碳化硅功率半導體的生產(chǎn)，包括在日本松本工廠建設8英寸碳化硅產(chǎn)能，預計2027年投產(chǎn)。此外，富士電機計劃在其位于青森縣五所川原市津輕工廠從2024年開始量產(chǎn)6英寸碳化硅功率半導體。
而在碳化硅襯底、晶圓材料上，富士電機主要和天岳先進、昭和電工等多個廠商簽署多年供應協(xié)議以確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。
芯聯(lián)集成
芯聯(lián)集成在紹興越城建立了第一條8英寸碳化硅MOSFET晶圓產(chǎn)線，并于今年4月完成了工程批下線，預計明年實現(xiàn)量產(chǎn)。在2024年，公司計劃將碳化硅MOSFET的生產(chǎn)能力擴展至每月1萬片，較當前的5000片/月增長近一倍。此外，芯聯(lián)集成計劃在2027年底前實現(xiàn)每月10萬片12英寸晶圓的產(chǎn)能目標，其中包括碳化硅（SiC）MOSFET等產(chǎn)品。
Silan士蘭微
今年6月18日，士蘭微在廈門海滄區(qū)正式啟動了國內(nèi)首條8英寸碳化硅（SiC）功率器件芯片制造生產(chǎn)線項目，項目名稱為“士蘭集宏”，總投資達120億人民幣。該項目將分兩期建設，旨在形成年產(chǎn)72萬片8英寸SiC功率器件芯片的生產(chǎn)能力。第一期項目投資70億元，預計在2025年第三季度末完成初步通線，并在第四季度實現(xiàn)試生產(chǎn)，目標年產(chǎn)2萬片。二期投資規(guī)模約50億元。
世界先進&漢磊
9月10日，晶圓代工大廠世界先進宣布，擬投資24.8億新臺幣以獲取漢磊13%的股權。雙方將進行策略合作，共同推動8英寸碳化硅（SiC）晶圓技術研發(fā)與生產(chǎn)制造。據(jù)悉，漢磊目前在中國臺灣新竹科學園擁有1座4/5英寸及2座6英寸晶圓廠，漢磊與世界先進的合作將在漢磊現(xiàn)有6英寸晶圓制造技術及客戶的基礎上，共同合作進行8英寸碳化硅技術平臺開發(fā)及產(chǎn)能布建，預計2026年下半年開始量產(chǎn)。
泰國將建首個SiC工廠
近日，泰國投資委員會宣布支持Hana Microelectronics和PTT Group成立的合資企業(yè)FT1 Corporation，投資了115億泰銖（3.5億美元）建設泰國首家SiC工廠，該工廠將使用從韓國芯片制造商轉(zhuǎn)讓的技術生產(chǎn)6英寸和8英寸晶圓。消息顯示，該工廠預計將于2027年第一季度投產(chǎn)，以滿足汽車、數(shù)據(jù)中心和儲能市場日益增長的需求。
從上述披露的14座碳化硅廠房（在建12座）布局來看，短期內(nèi)僅有Wolfspeed莫霍克谷工廠能夠提供8英寸碳化硅晶圓，最早則從明年開始陸續(xù)有廠家可以供應上8英寸碳化硅晶圓。
中國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況幾何？
據(jù)全球半導體觀察不完全統(tǒng)計，我國近年來有超100家企業(yè)在碳化硅領域進行布局，其中2024年就有超50個碳化硅項目迎來最新進展。如下圖所示，涉及的企業(yè)包括三安半導體、天科合達、重投天科、天岳先進、晶盛機電、同光股份、東尼電子、科友半導體等等。其中合盛新材多家企業(yè)在8英寸襯底、外延、晶體生長以及設備等多領域的突破值得關注。
襯底方面，國外多家大廠已與我國天科合達、天岳先進等企業(yè)簽訂了長期供貨協(xié)議。多方行業(yè)人士表示，中國的碳化硅企業(yè)特別是在襯底制備領域，國內(nèi)襯底企業(yè)的6英寸以及8英寸產(chǎn)品，無論是從產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)能還是價格，都已經(jīng)具備了明顯的競爭力。預計未來幾年，國內(nèi)頭部襯底企業(yè)將成為國際市場8英寸襯底的主要供應商，市場占比遠超目前的6英寸。
今年以為我國碳化硅襯底市場動態(tài)頻頻， 9月10日寧波合盛新材宣布其8英寸導電型4H-SiC襯底項目已實現(xiàn)全線貫通，產(chǎn)品在微管密度、電阻率等關鍵性能指標上表現(xiàn)優(yōu)異；9月2日天岳先進表示，在8英寸碳化硅襯底上，公司率先實現(xiàn)了自主擴徑，完成從8英寸導電型襯底制備到產(chǎn)業(yè)化的快速布局；科友半導體近期則表示，該公司的8英寸碳化硅長晶良率達到60%左右，8英寸碳化硅襯底加工產(chǎn)線于2023年底調(diào)試完畢后，正陸續(xù)提升產(chǎn)能；世紀金芯表示，8英寸碳化硅襯底片已與多家國內(nèi)外客戶完成多批次產(chǎn)品驗證，預計2024年下半年落成訂單；今年4月11日青禾晶元官方宣布，在國內(nèi)率先成功制備了8英寸碳化硅鍵合襯底。
而在碳化硅外延領域，天域半導體也在加碼擴產(chǎn)，據(jù)悉其總部和生產(chǎn)制造中心項目一期即將試產(chǎn)，產(chǎn)能為17萬片/年。另外近期官方也披露了天域半導體的8英寸碳化硅外延工藝技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化能力提升項目；此外，5月13日，?？瓢雽w宣布，公司成功實現(xiàn)了國產(chǎn)8英寸碳化硅襯底上同質(zhì)外延生長，正式具備8英寸SiC外延片量產(chǎn)能力；瀚天天成也在今年5月宣布，公司完成了具有自主知識產(chǎn)權的8英寸碳化硅外延工藝的技術開發(fā)，瀚天天成正式具備了國產(chǎn)8英寸碳化硅外延晶片量產(chǎn)能力；今年4月，南京百識電子宣布正式具備國產(chǎn)8英寸碳化硅外延晶片量產(chǎn)能力…
而在碳化硅設備領域，近日中國電科48所表示，其自主研發(fā)的8英寸碳化硅外延設備已實現(xiàn)關鍵技術突破，通過改進激光視覺定位、晶圓自糾偏等技術，設備自動化性能更加成熟，提升了產(chǎn)品生產(chǎn)效率；廣州三義激光生產(chǎn)的首批6 & 8英寸碳化硅激光滾圓設備順利完成生產(chǎn)并正式交付客戶，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率；今年8月納設智能也成功研制出更大尺寸具有更多創(chuàng)新技術的8英寸碳化硅外延設備；晶升股份首批8英寸碳化硅長晶設備已于今年7月在重慶完成交付；早在去年6月，晶盛機電就成功研發(fā)出具有國際先進水平的8英寸單片式碳化硅外延生長設備；此外，我國半導體設備龍頭企業(yè)北方華創(chuàng)，面向8英寸襯底和外延制造已有相應的設備產(chǎn)品下線…
總體而言，我國碳化硅產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展迅速，市場規(guī)模不斷擴大，其中在上游碳化硅襯底制備技術方面取得了顯著進展，不斷縮小與國際先進水平的差距，而在中游器件和模塊制造環(huán)節(jié)與國際大廠還存在較大差距。
第三代半導體應用挺進AI數(shù)據(jù)中心
過去幾年，關于第三代半導體市場的討論熱點，多聚焦于電動汽車和工業(yè)市場，但近期汽車芯片市場增長趨緩引起行業(yè)擔憂。與此同時，AI人工智能浪潮席卷全球，數(shù)據(jù)中心對算力需求的持續(xù)高漲成為了第三代半導體破局的關鍵。
除了新能源汽車、5G通信、工業(yè)應用以外，數(shù)據(jù)中心或?qū)⒊蔀樘蓟璧挠忠粋€強有力加速引擎。安森美總裁兼首席執(zhí)行官Hassane El-Khoury表示，在接下來的3-5年，單個數(shù)據(jù)中心的容量將會從傳統(tǒng)的150MW-180MW，提升到500MW兆瓦以上,這意味著電源單元必須具備更高的功率能力，預計將從傳統(tǒng)的3kW、4kW，逐步提升至5kW、8kW，甚至10kW。而碳化硅的高功率密度和效率能夠在數(shù)據(jù)中心中發(fā)揮非常重要的作用，能夠幫助數(shù)據(jù)中心電源實現(xiàn)更高的功率密度。
深圳基本半導體有限公司總經(jīng)理也表示，大型計算基礎設施運行所需的電能日益增加，需要更高功率、更高能效的電力電子設備去支撐。給AI處理器供電最高效的選擇就是氮化鎵和碳化硅等第三代半導體。具體到碳化硅的應用而言，碳化硅具有極小的反向恢復損耗，可以有效降低能耗，主要應用在AI服務器電源的PFC（功率因數(shù)校正）中?，F(xiàn)在多數(shù)企業(yè)都在采用碳化硅二極管替代硅二極管，碳化硅MODFET替代硅MOSFET。
此外，與市場規(guī)模增長形成鮮明對比的是，碳化硅的價格正在快速下降。市場消息顯示，今年碳化硅器件價格對比之前降幅達約30%。隨著8英寸SiC產(chǎn)能的逐步釋放，預計SiC單器件或單位電流密度的成本將進一步降低，這也可能成為推動SiC大規(guī)模商業(yè)化應用的轉(zhuǎn)折點。
行業(yè)人士表示，即便碳化硅類產(chǎn)品降低，其價格也會遠高于硅基類產(chǎn)品。對此博世中國區(qū)總裁Norman Roth博士表示，這是由碳化硅的材料特性決定的。此外，碳化硅作為半導體，也存在前期投資巨大，產(chǎn)品周期長的特性，整個價格走勢會呈現(xiàn)出平穩(wěn)的下降，而非斷崖式的下跌。
結語
總體而言，8英寸碳化硅時代即將到來，材料層的更新將推動半導體行業(yè)開啟新一輪更新?lián)Q代。而對于中國半導體產(chǎn)業(yè)而言，碳化硅領域是一個可以快速趕超的激情領域，未來大有可為。（來源：全球半導體觀察）
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