碳化硅龍頭擴產忙

來源：中國電子報

日前，國際碳化硅大廠安森美宣布，其在捷克Roznov擴建的碳化硅工廠落成，未來兩年內產能將逐步提升。另一家碳化硅大廠Wolfspeed也表示將在美國北卡羅來納州建造一座價值數十億美元的新工廠。隨著新能源汽車的加速滲透，碳化硅技術的重要性愈發凸顯。安森美、Wolfspeed、意法半導體等碳化硅領域主導企業，均發表了對行業發展的積極展望，并計劃投資擴大產能。碳化硅大廠間的新一輪卡位之戰正在展開。

激進的擴產步伐

作為碳化硅龍頭廠商，安森美今年的擴產步伐可謂激進。9月21日，安森美在捷克Roznov擴建的碳化硅工廠落成，未來兩年內該廠的產能將逐步提升。8月份，安森美位于美國新罕布什爾州哈德遜的碳化硅工廠建成投產，該廠將使安森美到2022年底的碳化硅晶圓產能同比增加5倍。安森美還在韓國京畿道富川市投資10億美元，建立一座新的研究中心和晶圓制造廠，預計2025年投產。
另一家碳化硅大廠Wolfspeed公司的行動也絲毫不慢。9月初，其宣布將在美國北卡羅來納州建造一座價值數十億美元的新工廠，預計2030年完工。此前，Wolfspeed還在美國紐約州建設全球首座8英寸碳化硅工廠，總投資達到50億美元。Wolfspeed公司首席技術官John Palmour表示，新工廠實際最終將使我們的碳化硅晶圓制造能力增加13倍。
其他碳化硅頭部企業近期亦有新的投資擴產計劃。意法半導體與零部件供應商馬瑞利與達成合作，將開發生產更高集成度和更高效的為車用碳化硅電力電子解決方案。SK Siltron計劃與RFHIC和Yes Power Technix合資成立一家公司，開發碳化硅和氮化鎵半導體。
中國本土企業在碳化硅方面的投資熱情也非常高。天岳先進在ICSCRM 2022會議上透露，其8英寸碳化硅襯底研發進展順利，晶型均一穩定，具有良好的結晶質量。在此基礎上，天岳積極推進產業化。晶盛機電也在互動平臺表示，已成功生長出8英寸碳化硅晶體。

車載、光伏空間廣闊

Wolfspeed、安森美、意法半導體作為碳化硅領域的頭部企業，其動態是行業的重要風向標。這些企業的連續大手筆投資擴產，反映出行業對碳化硅未來走勢的積極展望。其中，新能源汽車對碳化硅器件的旺盛需求，或是大廠不斷加碼的最大動力。據報道，安森美出貨的90%碳化硅器件與汽車相關。TrendForce集邦咨詢表示，隨著越來越多車企開始在電驅系統中導入碳化硅技術，2022年車用碳化硅功率元件市場規模將達到10.7億美元，至2026年將攀升至39.4億美元。
一個重要因素是業界普遍看好800V高壓驅動平臺在新能源汽車應用中所展現出的良好用戶體驗。據行業人士介紹，400V電池是當前車載系統的主流規格，如果采用800V高壓驅動平臺，可使新能源汽車的充電性能大幅提升，提高電池充電速度的同時，還可以降低損耗、減輕車體重量，提高整車運行效率，在同等電量情況下延長續駛里程。
續航里程和充電速度一直是困擾新能源汽車市場發展的主要短板。采用碳化硅器件替代硅基IGBT可以有更大的冗余改善電路。安森美就表示，碳化硅器件所具有的獨特優勢將改變電動車的未來，如在關鍵的主驅逆變器中采用碳化硅可滿足更高功率和更低的能效、更遠續航、更小損耗和更低的重量，以及向800V遷移的趨勢中更能發揮它的優勢。
碳化硅在光伏領域的應用市場空間也很廣闊。IEA數據顯示，2021年全球光伏裝機容量新增156.1GW，為達到2050年凈零排放，2020年-2030年的全球太陽能光伏年均增量須達到422GW。碳化硅主要應用于光伏逆變器?；诠杌骷膫鹘y逆變器成本雖然較低，卻是系統能量損耗的主要來源之一。碳化硅材料的擊穿電壓是傳統硅的十倍以上，同時具有更高的熱導率、更低的導通電阻、柵極電荷。
此外，碳化硅在軌道交通、射頻等領域也有廣闊市場。截至2021年12月，國內已有至少8條列車線路采用了碳化硅技術。日本、歐洲的軌交牽引系統也大面積采用了碳化硅。2021年下半年，日本推出了搭載碳化硅車載設備、主電路設備的E131 Series 500系列列車。

突破襯底不足瓶頸

碳化硅產業鏈主要包括上游襯底、中游外延、下游器件制造和模塊封裝等環節。襯底材料是當前碳化硅產業發展的主要瓶頸。根據基本半導體總經理和巍巍的介紹，碳化硅襯底生產比較困難，包括碳粉硅粉合成、晶體生長、晶錠加工等好多細的步驟。核心的參數涉及直徑、雜質、均勻性、彎曲翹曲以及光滑度等參數。碳化硅目前發展的痛點主要在于規模迅速擴大。這也是一眾碳化硅企業擴產卡位的主要原因。
安森美電源解決方案集團總經理Simon Keeton就曾表示，捷克廠與Hudson碳化硅擴產行動一起，新增的碳化硅產能讓安森美得以為客戶提供至關重要的供應保證，以滿足他們快速擴增的碳化硅解決方案需求。事實上，近年來碳化硅功率器件一直是市場上的一大熱點，但也面臨碳化硅襯底制備條件嚴苛、生長速度緩慢、良率低等瓶頸。
值得注意的是，盡管從擴產情況來看，全球碳化硅業務發展如火如荼，但大規模盈利尚需時日。安森美甚至表示，在2023年上半年之前的產能爬坡期間，碳化硅的量產啟動費用將給公司毛利潤率帶來1%～2%的負面影響；Wolfspeed在2022財年第四季度才實現首次單季度盈利0.32億美元。
不過在市場需求推動下，越來越多的企業、資金投入進來，這對于改善碳化硅器件良率，降低制造成本，有著重要的促進作用。而隨著這些限制碳化硅產業發展的瓶頸被消除，碳化硅器件市場的爆發點也在逐步臨近。Yole Développement數據顯示，受汽車市場以及工業、能源和其他交通運輸市場的推動，2021年至2027年碳化硅器件市場正以34%的年復合增長率增長。

審核編輯 黃昊宇