站在新能源汽車風(fēng)口，碳化硅起飛了。
在2015年前后，雖然美國(guó)、日本、中國(guó)等已經(jīng)開始支持相關(guān)研究，但總體而言，碳化硅仍處于小透明階段。隨著2016年“汽車界第一網(wǎng)紅”特斯拉在Model 3中率先采用了以SiC MOSFET為功率模的逆變器，碳化硅也搖身一變，晉升成為半導(dǎo)體界的“小紅人”，法國(guó)市場(chǎng)調(diào)研Yole公司在2019年預(yù)測(cè)2020年碳化硅功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到35億元人民幣。
圖源：Yole Developpement
事實(shí)證明，至少在碳化硅市場(chǎng)需求方面，現(xiàn)實(shí)要比理想來得“豐滿”一些。Yole 2022數(shù)據(jù)顯示，2020年全球碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模從2019年的5.4億美元，增長(zhǎng)到7.1億美元。此外，Yole 還預(yù)估2027年碳化硅功率元件市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)63億美元，2021-2027年，碳化硅功率元件市場(chǎng)的復(fù)合年成長(zhǎng)率為34%。
種種數(shù)據(jù)說明，碳化硅的未來或許遠(yuǎn)比我們想象的發(fā)展更快。那么在碳化硅起飛的這些年里，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈又出現(xiàn)了哪些變化？目前來看，感受最深當(dāng)屬化身成為擴(kuò)產(chǎn)“急行軍”的各大碳化硅廠商，尤其是碳化硅襯底廠商。
不同于能夠有多項(xiàng)基板選擇的氮化鎵技術(shù)，碳化硅功率器件只能在碳化硅襯底上進(jìn)行制造，此前在《被搶購(gòu)的SiC襯底》一文中，筆者也提到相比硅晶圓，碳化硅襯底制備難度要高出許多。不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)需求，接連下單的功率器件廠商…這些都成為了碳化硅襯底廠商擴(kuò)產(chǎn)的最大推動(dòng)力。本篇文章，筆者就來盤點(diǎn)下，這些年國(guó)內(nèi)外廠商們究竟擴(kuò)產(chǎn)了多少SiC襯底？
美日韓歐：馬不停蹄，產(chǎn)能翻翻翻
放眼碳化硅襯底的全球競(jìng)爭(zhēng)格局，仍是海外廠商掌握話語(yǔ)權(quán)，美國(guó)Wolfspeed一家獨(dú)大，與Coherent（曾經(jīng)的II-VI）、SiCrystal（被日本羅姆收購(gòu)）占據(jù)了市場(chǎng)份額的前三名。
圖源：未來智庫(kù)
先來看美國(guó)，Wolfspeed作為全球份額遙遙領(lǐng)先的sic襯底廠商，較早開始了SiC 的研發(fā)與生產(chǎn)，在2015年就已經(jīng)商品化了6英寸SiC晶片，并可以小批量供貨。
在擴(kuò)產(chǎn)方面， Wolfspeed也是早早地嗅到了SiC的未來市場(chǎng)，2019年5月，Wolfspeed發(fā)布新聞稿表示，作為公司長(zhǎng)期增長(zhǎng)戰(zhàn)略的一部分，未來 5 年將投資10億美元用于擴(kuò)大碳化硅產(chǎn)能，在美國(guó)總部北卡羅萊納州達(dá)勒姆市建造一座采用最先進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)化200mm SiC碳化硅生產(chǎn)工廠和一座材料超級(jí)工廠，其中4.5億美元用于North Fab，4.5億美元用于材料超級(jí)工廠，1億美元用于伴隨著業(yè)務(wù)增長(zhǎng)所需要的其它投入。
消息顯示，此次擴(kuò)產(chǎn)，Wolfspeed預(yù)計(jì)其導(dǎo)電型的碳化硅功率器件、絕緣型射頻器件、SiC 襯底產(chǎn)能將分別最大擴(kuò)大至 2017 財(cái)年第一季度的 30 倍。
北卡羅萊納州 Durham Fab作為Wolfspeed碳化硅襯底的主要生產(chǎn)基地，貢獻(xiàn)了全球一半的導(dǎo)電型襯底的產(chǎn)能。就在9月9日，Wolfspeed再次宣布將投入數(shù)十億美元在北卡羅來納州查塔姆縣建造一個(gè)號(hào)稱世界上最大的碳化硅襯底工廠，新工廠計(jì)劃建于查塔姆縣，臨近Wolfspeed 已建成的達(dá)勒姆碳化硅襯底工廠，一期建設(shè)預(yù)計(jì)將于 2024 年完成。
這一投資計(jì)劃旨在將 Wolfspeed 在達(dá)勒姆園區(qū)的現(xiàn)有碳化硅產(chǎn)能提升超 10 倍，主要生產(chǎn)8英寸碳化硅襯底，供應(yīng)Wolfspeed于今年4月開業(yè)的紐約莫霍克谷工廠。
Wolfspeed 位于北卡羅來納州查塔姆縣碳化硅材料制造工廠的渲染圖
圖源; Wolfspeed
II-VI在成功收購(gòu)光電廠商Coherent后正式更名為Coherent，但這并沒有影響其在SiC襯底領(lǐng)域的擴(kuò)產(chǎn)。2021年4月，Coherent表示，為了應(yīng)對(duì)不斷加速的電力電子市場(chǎng)，計(jì)劃在未來5到10年內(nèi)大幅提高在美國(guó)的SiC球團(tuán)和基板的全球產(chǎn)能，5年內(nèi)將其SiC基板的生產(chǎn)能力提高5到10倍，包括直徑200mm的基板，而Coherent位于福州的新SiC工廠就屬于擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃的一部分。
今年3月7日，Coherent又宣布，正在加快對(duì)150 mm和200 mm碳化硅襯底和外延片制造的投資，并在賓夕法尼亞州伊斯頓和瑞典基思塔進(jìn)行了大規(guī)模工廠擴(kuò)建。不過Coherent也指出，此次投資屬于此前宣布的在未來10年向SIC投資10億美元的一部分。
消息顯示，Coherent伊斯頓的150 mm和200 mm碳化硅基板年產(chǎn)量預(yù)計(jì)到 2027 年將達(dá)到 100 萬(wàn)個(gè) 150 mm單位，200 mm基板的比例將隨著時(shí)間的推移而增長(zhǎng)。Coherent執(zhí)行官 Sohail Khan表示，伊斯頓工廠將在未來5年內(nèi)將Coherent的碳化硅基片產(chǎn)量提高至少6倍。
圖源：Coherent
除了Wolfspeed和Coherent兩家外，安森美在去年正式收購(gòu)SiC襯底廠商GTAT之后，也加入了襯底廠商隊(duì)伍。今年8月11日，安森美新罕布什爾州哈德遜的碳化硅工廠剪彩落成，據(jù)悉該基地將使安森美2022年底SiC晶圓產(chǎn)能同比增加五倍。
安森美執(zhí)行副總裁兼電源解決方案集團(tuán)總經(jīng)理 Simon Keeton 表示，隨著安森美增加基板產(chǎn)能并計(jì)劃繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能，已經(jīng)擴(kuò)建到第二座大樓。在2022年第一季度財(cái)報(bào)中，安森美也宣布將擴(kuò)大對(duì)GTAT的投資，一方面推動(dòng)6英寸和8英寸碳化硅基板的產(chǎn)量，另一方面也將在2022年內(nèi)把碳化硅基板的產(chǎn)能增加四倍。
再來看日本，羅姆的SiC襯底業(yè)務(wù)主要來自于2009年收購(gòu)德國(guó)SiC襯底和外延片供應(yīng)商SiCrystal。SiCrystal的首席執(zhí)行官Robert Eckstein博士在近期透露，SiCrystal的中期目標(biāo)是每年生產(chǎn)10萬(wàn)片，并實(shí)現(xiàn)九位數(shù)的銷售額。據(jù)了解，SiCrystal計(jì)劃在德國(guó)紐倫堡總部擴(kuò)產(chǎn)，將員工數(shù)量擴(kuò)大到450名左右，并計(jì)劃未來將提高年產(chǎn)量由每年10萬(wàn)片至100萬(wàn)片，提升其市占率由20%到30%，而目前已生產(chǎn)150mm(6英寸)的晶圓，將自2024年起擴(kuò)大到生產(chǎn)200mm(8英寸)晶圓。
此外，碳化硅外延片大廠日本昭和電工也多次發(fā)表了產(chǎn)能擴(kuò)充聲明。去年8月，昭和電工發(fā)行3519萬(wàn)股新股，籌得約64.56億人民幣資金，其中約700億日?qǐng)A（約41.35億人民幣）將用于擴(kuò)增SiC晶圓等半導(dǎo)體材料產(chǎn)能。從昭和電工公布的計(jì)劃投資細(xì)則來看，用于碳化硅襯底等擴(kuò)產(chǎn)的資金約為58億日?qǐng)A（3.4億人民幣），擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目預(yù)計(jì)2023年12月完工。
韓國(guó)方面，SK Siltron也在積極擴(kuò)大碳化硅晶圓產(chǎn)能，去年九月SK 集團(tuán)宣布計(jì)劃在碳化硅襯底業(yè)務(wù)上投資 7000 億韓元（約合 38億元人民幣），以期 2025 年成為世界尖端材料市場(chǎng)的龍頭。今年9月，SK Siltron也美國(guó)密歇根貝城 6英寸新廠正式建成投產(chǎn)，該晶圓廠主要生產(chǎn)晶錠和襯底等SiC晶圓基材。
據(jù)悉，SK Siltron南韓龜尾廠與密歇根新廠產(chǎn)能，下半年 6英寸年產(chǎn)能上看 12 萬(wàn)片，規(guī)模是原先 3 倍，目前持續(xù)進(jìn)行第二期擴(kuò)建計(jì)劃，預(yù)計(jì) 2025 年完工后年產(chǎn)能將躍增至 50 萬(wàn)片。目前，SK Siltron 也持續(xù)推動(dòng) 8 英寸基板計(jì)劃，目標(biāo)明年底啟動(dòng)量產(chǎn)。
歐洲方面，法國(guó) Soitec于今年3月宣布，將在其位于法國(guó)貝寧的總部增設(shè)新產(chǎn)線，主要致力于制造 150 mm和 200 mm的 SmartSiC 襯底。新產(chǎn)線將使用 Soitec 專利的 SmartCut技術(shù)來生產(chǎn)創(chuàng)新型 SmartSiC優(yōu)化襯底，目前，Soitec 已經(jīng)與主要的碳化硅器件制造商展開基于 SmartSiC 合作，預(yù)測(cè)將于 2023 下半年開始實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的盈利。
意法半導(dǎo)體也在積極擴(kuò)產(chǎn)，據(jù)eenewseurope今年年初報(bào)道，ST準(zhǔn)備建立歐洲碳化硅晶圓超級(jí)工廠，該工廠將具備制造設(shè)備和制造更大 200 mm SiC 晶圓的能力。2022 年ST資本支出為 34 億美元，其中包括為目前使用 150 mm晶圓的意大利卡塔尼亞和新加坡的 SiC 晶圓廠提供資金。意法半導(dǎo)體副總裁、中國(guó)區(qū)總經(jīng)理曹志平在去年透露，ST目標(biāo)是到2024年，利用Norstel的產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)碳化硅供應(yīng)鏈40%的襯底供應(yīng)完全自主。
從大廠擴(kuò)產(chǎn)信息來看，2025年前后，碳化硅襯底會(huì)迎來一波大投產(chǎn)，屆時(shí)全球碳化硅產(chǎn)業(yè)或許又會(huì)出現(xiàn)新局面。
中國(guó)廠商：奮起直追，迎頭趕上
雖然從市占率來看，我國(guó)與國(guó)外大廠相比仍有較大的差距，但是近些年中國(guó)廠商也是迎頭趕上，在積極研發(fā)8英寸襯底的同時(shí)，也在加大馬力擴(kuò)產(chǎn)襯底產(chǎn)能，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)，比如山東天岳簽訂了近14億元的訂單、合肥露笑也與東莞天域簽訂了訂單合同…
山東天岳已于今年年初在上交所成功上市，2018年-2020年，山東天岳碳化硅襯底產(chǎn)量（各尺寸產(chǎn)量簡(jiǎn)單相加數(shù)）合計(jì)分別為 11,463 片、20,159 片和 47,538 片，主要用于半絕緣型碳化硅襯底的生產(chǎn)，2021全年山東天岳碳化硅襯底產(chǎn)量約6.7萬(wàn)片。
去年招股說明書顯示，山東天岳擬將募集的25億資金，全部投向碳化硅半導(dǎo)體材料項(xiàng)目，該項(xiàng)目主要用于生產(chǎn)6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底材料，預(yù)計(jì)在2026年100%達(dá)產(chǎn)，將新增碳化硅襯底材料產(chǎn)能約30萬(wàn)片/年。2021年山東天岳募投項(xiàng)目“碳化硅半導(dǎo)體材料項(xiàng)目”在上海臨港正式開工建設(shè)，預(yù)計(jì)2022年三季度實(shí)現(xiàn)一期項(xiàng)目投產(chǎn)。最新消息顯示，上海天岳碳化硅半導(dǎo)體材料項(xiàng)目已經(jīng)成功封頂，以導(dǎo)電型產(chǎn)品為主，濟(jì)南工廠部分設(shè)備向生產(chǎn)導(dǎo)電型產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，目前已經(jīng)對(duì)部分客戶形成小批量供貨。
露笑科技在今年7月披露，目前公司已經(jīng)到位280臺(tái)長(zhǎng)晶爐，預(yù)計(jì)7月能出產(chǎn)500片至1000片碳化硅襯底片，8月產(chǎn)出1000片至2000片，受限于一些輔料耗材進(jìn)口方面的影響，預(yù)計(jì)到今年年底能實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)能5000片，明年4月份左右能實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)能萬(wàn)片。
7月9日，露笑科技披露了非公開發(fā)行情況報(bào)告書，募集資金25.67億元，將投向第三代功率半導(dǎo)體（碳化硅）產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目、大尺寸碳化硅襯底片研發(fā)中心項(xiàng)目等。據(jù)證券日?qǐng)?bào)報(bào)道， 露笑科技相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，目前公司募集資金已全部到位，下一階段將全力推進(jìn)產(chǎn)能建設(shè)，隨著后端相應(yīng)的切磨拋進(jìn)口設(shè)備到位，預(yù)計(jì)能夠在2023年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)20萬(wàn)片的產(chǎn)能規(guī)劃。
晶盛機(jī)電在去年10月發(fā)布定增預(yù)案，擬向不超過35名（含）特定對(duì)象發(fā)行募集資金總額不超過57億元（含本數(shù)），其中31.34億元用于碳化硅襯底晶片生產(chǎn)基地項(xiàng)目。今年2月，晶盛機(jī)電“碳化硅襯底晶片生產(chǎn)項(xiàng)目”也落戶寧夏，據(jù)央廣網(wǎng)報(bào)道，該項(xiàng)目總投資50億元，將分兩期建設(shè)，一期投資總額33.6億元，建成達(dá)產(chǎn)后預(yù)計(jì)年產(chǎn)6英寸碳化硅晶片40萬(wàn)片。
東尼電子在2021年4月公布的《2021年度非公開發(fā)行A股股票預(yù)案》中披露，計(jì)劃對(duì)年產(chǎn)12萬(wàn)片碳化硅半導(dǎo)體材料項(xiàng)目投資4.694億元，整個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)建設(shè)期36個(gè)月。9月14日，東尼電子在2022年半年度業(yè)績(jī)說明會(huì)上表示，公司2021年度非公開發(fā)行募投項(xiàng)目“年產(chǎn)12萬(wàn)片碳化硅半導(dǎo)體材料”預(yù)計(jì)將于2023年11月達(dá)產(chǎn)，項(xiàng)目全部投產(chǎn)后將形成年產(chǎn)12萬(wàn)片SiC的產(chǎn)能。
天科合達(dá)在北京、徐州、新疆和深圳布局SiC項(xiàng)目，其中江蘇天科合達(dá)半導(dǎo)體項(xiàng)目于2019年年底順利建成投產(chǎn)，項(xiàng)目總投資5億元，可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)4至8英寸碳化硅襯底6萬(wàn)片；北京項(xiàng)目總投資約9.5億元，計(jì)劃于今年完工投產(chǎn)，建成后可年產(chǎn)SiC襯底12萬(wàn)片；新疆項(xiàng)目總投資1億元，預(yù)計(jì)建成后安裝100臺(tái)套單晶生產(chǎn)設(shè)備，可達(dá)到年產(chǎn)單晶襯底1500錠、單晶原料50噸的規(guī)模，今年5月消息預(yù)計(jì)今年6月竣工達(dá)產(chǎn)，不過截至稿件發(fā)表前，未有投產(chǎn)消息傳出；深圳項(xiàng)目，則是于去年9月天科合達(dá)競(jìng)得深圳市第三代半導(dǎo)體項(xiàng)目用地，此外并未有過多消息傳出。
據(jù)南方日?qǐng)?bào)6月報(bào)道，南砂晶圓已經(jīng)完成6英寸碳化硅襯底批量生產(chǎn)。南砂晶圓總部基地項(xiàng)目于去年9月封頂，總投資9億元，用地面積36.8畝，規(guī)劃建筑面積91372.47㎡，項(xiàng)目建成穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)后可年產(chǎn)碳化硅各類襯底片和外延片20萬(wàn)片。
今年3月，江蘇超芯星總投資65億元的第三代半導(dǎo)體碳化硅襯底關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目簽約南京，此前超芯星聯(lián)合創(chuàng)始人袁振乾曾透露，他們?nèi)跀U(kuò)產(chǎn)規(guī)劃已經(jīng)啟動(dòng)，規(guī)劃產(chǎn)能30-50萬(wàn)片，是目前產(chǎn)能的15-25倍。
除了上述廠商外，爍科晶體在今年實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首家8英寸N型碳化硅拋光片小批量生產(chǎn)；合肥世紀(jì)金芯年產(chǎn)3萬(wàn)片6英寸碳化硅單晶襯底項(xiàng)目于今年9月9日正式投產(chǎn)；2021年6月國(guó)宏中能年產(chǎn)11萬(wàn)片碳化硅襯底片項(xiàng)目投產(chǎn)；科友第三代半導(dǎo)體產(chǎn)學(xué)研聚集區(qū)項(xiàng)目一期于8月18日投用，預(yù)計(jì)年底全部達(dá)產(chǎn)后可形成年產(chǎn)能10萬(wàn)片6英寸SiC襯底的生產(chǎn)能力；2021年9月，同光晶體年產(chǎn)10萬(wàn)片碳化硅單晶襯底項(xiàng)目在淶源投產(chǎn)；山西天成半導(dǎo)體預(yù)計(jì)在2022年內(nèi)實(shí)現(xiàn)6英寸碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化…
寫在最后
中國(guó)作為新能源車、光伏大國(guó)，注定了碳化硅產(chǎn)業(yè)將迎來快速發(fā)展期，不過筆者在統(tǒng)計(jì)時(shí)也發(fā)現(xiàn)了部分本土襯底廠商產(chǎn)能存有疑慮，碳化硅襯底是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)壁壘最高的環(huán)節(jié)，到了2025年，面對(duì)國(guó)外大廠們的大擴(kuò)產(chǎn)，我們需要迎接的挑戰(zhàn)會(huì)越多，在此背景下，廠商們?cè)綉?yīng)該修煉內(nèi)功，縮減差距非一日之功，而是需要一個(gè)累積的過程，但我們要相信滴水終能穿石,春暖終會(huì)花開。（文：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 作者龔佳佳）
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