SiC和GaN行业，资本战打响！

电子工程专辑讯 以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带半导体材料多在通信、新能源汽车、高铁、卫星通信、航空航天等场景中应用，其中碳化硅、氮 化镓的研究和发展较为成熟。
市场对SiC器件发展的预期分为三个阶段，分别是2019-2021年的初期，2022-2023年的拐点期和2024-2026年的爆发期。
自2018年-2023年间的快速市场演变，使得SiC需求得到大幅增长，其增长背后有不同的因素驱动。不过根据Yole 集团旗下 Yole Intelligence数据，SiC即将迎来重大转折点，由于大量的投资和并购活动，功率碳化硅 和氮化镓生态系统正在经历重大转型。
碳化硅功率半导体分别由意法半导体、英飞凌、Wolfspeed、安森美、罗姆这些国际大厂占据主要地位，根据TrendForce数据，2022年意法半导体占有碳化硅功率半导体市场的36.5%，英飞凌、Wolfspeed、安森美、罗姆分别占有17.9%、16.3%、11.6%、8.1%，剩余厂商的仅占9.6%。

WolfSpeed的8英寸SiC器件出货
8英寸衬底的产品有助于实现降本增效的目标。WolfSpeed 公司已成功研发 8 英寸产品，在2022年4月，其位于美国纽约州莫霍克谷(Mohawk Valley)的全球最大8英寸碳化硅制造设施正式运营。
近期，Wolfspeed开始向中国终端客户批量出货其200mm(8英寸)莫霍克谷器件工厂碳化硅MOSFET，首批供应的产品型号为 C3M0040120K，后续还将申请更多产品型号碳化硅器件的样品，并向中国批量出货。
在今年2月，WolfSpeed宣布将计划在德国萨尔州建造一座高度自动化、尖端的8英寸晶圆制造工厂。Wolfspeed还结盟德国汽车供应商巨头采埃孚，采埃孚投资Wolfspeed计划在德国恩斯多夫建造8英寸碳化硅器件厂。
碳化硅生产过程主要包括碳化硅单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤，对应的是碳化硅产业链衬底、外延、器件三大环节。衬底是所有半导体芯片的底层材料，主要起到物理支撑、导热及导电作用。碳化硅衬底的尺寸(按直径计算)主要有 2 英寸(50mm)、3 英寸(75mm)、4 英寸(100mm)、6 英寸(150mm)、8 英寸(200mm) 等规格。

目前主流衬底产品规格有4英寸、6英寸，但碳化硅衬底正在不断向大尺寸的方向发展，因为衬底尺寸越大，单位衬底可以制造芯片的数量就越多，单位芯片成本就越低，因为8英寸衬底比6英寸可以多切近90%数量的芯片，边缘浪费降低7%。根据市场估算，6英寸衬底比4英寸的芯片单位成本预估降低50%，8英寸比6英寸的SiC器件成本预计降低20-35%。
从WolfSpeed的财务模型来看，2024年财务模型中预期毛利润率将达到50%，较现在的水平提高了1500个基点(15%)。管理层认为这个毛利润率的跨越式提高需要通过三个方面来实现，一是将主要生产份额从6寸线转移到8寸线，二是尽快通过销售MVF晶圆厂的产品获得营收，三是继续优化Durham 6寸晶圆厂的成本。
Wolfspeed对公司现金流的预估 (来源：Wolfspeed)

英飞凌布局，巩固功率半导体器件领域主导地位
宣布碳化硅市场产能扩张计划的不止WolfSpeed，意法半导体、英飞凌、安森美和罗姆等主要设备厂商正积极的在不同地点投资建厂。
在今年3月，英飞凌宣布斥资 8.3 亿美元收购氮化镓系统公司(GaN Systems)，这是迄今为止功率 GaN 行业最大的一笔交易，约占英飞凌电力电子产品收入的 18%，比 2022 年整个功率 氮化镓市场的价值高出 4 倍。
英飞凌一直在渗透大功率市场，也在积极巩固功率半导体器件领域的主导地位。
英飞凌在 2018 年收购碳化硅晶圆技术的 Siltectra ，英飞凌利用冷切割技术切割碳化硅晶圆，使单片晶圆可产出的芯片数量翻倍。
英飞凌科技收购了 Cypress Semiconductor，Cypress的微控制器、连接组件、软件系统以及高性能存储器等，与英飞凌领先的功率半导体、汽车微控制器、传感器以及安全解决方案，形成了高度的优势互补，为 ADAS/AD、物联网和 5G 移动基础设施等优化解决方案。
在2021年，英飞凌其位于奥地利菲拉赫的300毫米薄晶圆功率半导体芯片工厂正式启动运营。在2022年，英飞凌计划扩大碳化硅和氮化镓的产能，斥资逾20亿欧元，在马来西亚居林工厂建造第三个厂区，用于生产碳化硅和氮化镓功率半导体产品，每年可为英飞凌创造20亿欧元的收入。
英飞凌与山东天岳和天科合达签订长期供货协议，为英飞凌提供用于生产SiC半导体的6英寸衬底和晶锭，未来也将提供8英寸的碳化硅材料。
英飞凌计划在2023年左右开始量产8英寸衬底，2025年实现8英寸碳化硅器件的量产。
据Semiconductor Intelligence最新预测，2023 年半导体资本支出(CapEx)将下降 14%，存储产业削减幅度最大，降幅为19%，代工厂也将在2023年削减资本支出11%，IDM厂商的资本支出削减为7%，其中英特尔计划削减19%，德州仪器、意法半导体和英飞凌则迎难而上，在2023年增加资本支出。(相关连接参考：2023年半导体资本支出将下降 14%，将迎来又一个重大低迷年?)
图注：半导体资本支出
在2022年汽车半导体供应商中，英飞凌汽车半导体以81亿美元的营收排名第一，汽车业务占该公司总收入的47%。英飞凌、恩智浦、意法半导体、德州仪器、瑞萨是依次排名前TOP5的汽车半导体供应商。

投资和并购热潮正改变功率SiC和GaN行业
2006年，Wolfspeed以4600万美元收购Intrinsic Semiconductor全部股本和期权。Wolfspeed是首家在2023年出售8英寸衬底的公司。
2009年7月，罗姆集团收购了 SiCrystal的74% 股份。SiCrystal在1997年4月就开始生产SiC晶圆，是由西门子子公司Freitronics Wafer等合并而成。罗姆计划在今后5年内投资600亿日圆用于SiC功率半导体产能扩增至现行的5倍。
2020年，意法半导体与SiCrystal公司签署一了份碳化硅晶圆长期供应协议，协议规定， SiCrystal将向意法半导体提供总价超过1.2亿美元的先进的150mm碳化硅晶片。
今年6月，意法半导体与三安光电携手成立合资制造厂，进行8英寸碳化硅器件大规模量产。该合资厂全部建设总额预计达到32亿美元。
昭和电工自2012年以来进行了超过7次的SiC扩产，2017年，昭和电工收购了新日铁住金公司的SiC业务，昭和电工与英飞凌和日本电装、罗姆都签署了多年供货协议。近日，昭和电工计划将募资的1100亿日元资金中的约700亿日元用于扩增SiC晶圆等半导体材料产能。
安森美在2021年收购了GTAT，该公司正在考虑投资 20 亿美元用于提高碳化硅芯片的生产，今年5月，安森美半导体公司高管在分析师介绍中表示，公司正在考虑在美国、捷克共和国或韩国进行扩张。目前，安森美的碳化硅芯片生产集中在其位于韩国富川市的工厂。
Coherent(原名II-VI)在2022年3月宣布在美国伊斯顿大规模建设近30万平方英尺的工厂，扩大6英寸和8英寸SiC衬底和外延晶片的生产。
CREE在2020年宣布在美国纽约州Marcy建造全球最大的碳化硅制造工厂，预计2024年8英寸晶圆工厂规划达产。
除此之外，还有ST在2019年以1.375 亿美元收购了Norstel ，SK在2020年以4.5亿美元收购了杜邦 (DuPont) 碳化硅晶圆事业部。
相较之下，国内的碳化硅产业起步较晚，不过在2022年，国内碳化硅衬底的研发也取得了较大的进展。
天科合达预计在2023年实现8英寸衬底产品的小规模量产。
泰科天润在北京的6/8英寸晶圆厂在2023年Q1启动，长沙的6英寸晶圆厂在2021的一期出货产能达到6万片/年，二期扩产至10万片/年。
烁科晶体2020年10月便完成了8英寸衬底片的研发，2022年1月，烁科晶体实现8英寸N型碳化硅抛光片小批量生产。
晶盛机电预计在2023年完成8英寸衬底的小批量量产。
6英寸向8英寸过渡还需要一段时间，8英寸SiC的到来将为产业迎来更多变化，这个时间的到来已经不远了。随着国际大厂的大规模量产，新能源电动汽车的加大渗透率，都将加快SiC的迅猛发展。目前包括特斯拉、比亚迪、蔚来、小鹏、宝马、大众、吉利等电动汽车的主驱逆变器上选择SiC供应商以多元化趋势为主，也有不少汽车品牌商已经选择用SiC MOSFET的800V电池充电，在2023年推出的就有仰望U8、小鹏G6、奥迪Q6 e-tron、红旗E202等，在2022年推出的有比亚迪Seal、小鹏G9、极狐αS、现代loniq 6等。

作者原创文章推荐：半导体大厂中国研发全部裁撤后，去了越南小米坚定芯片自研并投资“AI大模型”Microchip、美光、Hailo是如何看待未来汽车市场？苹果前高管去了通用汽车做软件能读图、考高分、训练高效的GPT-4，还带来什么惊喜？

点击阅读原文，报名参加活动

新闻来源：电子工程专辑，文中所述为作者独立观点，不代表icspec立场。更多精彩资讯请下载icspec App。如对本稿件有异议，请联系微信客服specltkj。