日本半導(dǎo)體制造商羅姆在ROHM Apollo Co．，Ltd．（總部位于日本福岡縣）筑后工廠投建的新廠房于近日完工，并將于本月開始安裝生產(chǎn)設(shè)備，以滿足電動車等用途的碳化硅（SiC）電源控制芯片產(chǎn)能。

羅姆相關(guān)負責人向蓋世汽車表示，與2019財年（截至2020年3月31日）相比，預(yù)計2024財年（截至2025年3月31日）的羅姆的SiC生產(chǎn)能力將提升5倍以上。而這將使其離2025年拿下全球30％市場份額的目標更近一步。

不止羅姆，其他半導(dǎo)體制造商如CREE、ST（意法半導(dǎo)體）、英飛凌以及中國的瀚天天成電子科技等廠商都在今年大舉措擴大產(chǎn)能，SiC競爭已經(jīng)進入白熱化。

但即便如此，由于SiC的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的質(zhì)量不穩(wěn)定存在良率問題、 SiC器件的成本過高等因素，SiC整體市場無法大規(guī)模普及，SiC仍然面臨巨大的產(chǎn)能缺口。

未來一到兩年供需失衡沒有懸念

作為第三代半導(dǎo)體中的代表材料，SiC（碳化硅）是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一，基于SiC的解決方案使系統(tǒng)效率更高、重量更輕，且結(jié)構(gòu)更緊湊。

SiC用在車用逆變器上，在相同功率等級下，全SiC模塊的封裝尺寸顯著小于硅模塊，同時也可以使開關(guān)損耗降低75％（芯片溫度為150°C）。在相同封裝下，全SiC模塊具備更高的電流輸出能力，支持逆變器達到更高功率。

在電動汽車中，SiC功率半導(dǎo)體主要用于驅(qū)動和控制電機的逆變器、車載充電器和快速充電樁。特斯拉的Model 3就采用了意法半導(dǎo)體和英飛凌的SiC逆變器，其也是第一家在主逆變器中集成全SiC功率模塊的車企。

目前，已有多家廠商推出了面向HEV／EV等電動汽車充電器的SiC功率器件。據(jù)市場研究和戰(zhàn)略咨詢公司YoleDéveloppement（Yole）統(tǒng)計，這一市場在2023年之前可保持44％的增長速度。

2020年7月，比亞迪漢上市，比亞迪自主研發(fā)、制造的SiC MOSFET功率器件搭載在漢EV四驅(qū)高性能版上，使其最終其SiC模塊實現(xiàn)了可達200KW的輸出功率，提升一倍的功率密度，百公里加速度僅為3．9秒，較之采用IGBT 4．0芯片的全新一代唐EV的4．4秒高于0．5秒。

“目前，電動車中的主驅(qū)逆變器仍以IGBT＋硅FRD為主，但考慮到未來電動車需要更長的行駛里程、更短的充電時間和更高的電池容量，在車用半導(dǎo)體中，SiC一定會是未來趨勢。”一位行業(yè)分析人士說道。

研究機構(gòu)Digitimes？Research預(yù)測，到2025年，電動汽車用碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體將占SiC功率半導(dǎo)體總市場的37％以上，高于2021年的25％。

SiC行業(yè)龍頭Cree預(yù)測SiC逆變器能夠提升5－10％的續(xù)航，節(jié)省400－800美元的電池成本（80kWh電池、102美元／kWh），與新增200美元的SiC器件成本抵消后，能夠?qū)崿F(xiàn)至少 200美元的單車成本下降。

Cree還表示，預(yù)計到2022年，SiC在電動車用市場空間將快速增長到24億美元，是2017年車用SiC整體收入（700萬美元）的342倍。而據(jù)羅姆測算，到2026年，幾乎所有搭載800V動力電池的車型采用SiC方案都將更具成本優(yōu)勢。

甚至有機構(gòu)預(yù)測，到2025年全球SiC市場將會增加到60．4億美元，到2028年市場增長5倍。

但即便如此， SiC目前卻面臨著巨大缺口。

有數(shù)據(jù)顯示，目前全球SiC硅晶圓總年產(chǎn)能約在40～60萬片。

據(jù)了解，特斯拉Model 3逆變器集成了意法半導(dǎo)體的SiC MOSFET的功率模塊，該主逆變器需要24個電源模塊，每個電源模塊均基于兩個碳化硅MOSFET裸片，每輛汽車總共有48個SiC MOSFET裸片，此外，包括OBC、慢充充電器、快充電樁等，都可以放上SiC。

據(jù)“GaN世界”的報道，按照這個估算若循續(xù)漸進采用SiC后，平均2輛Tesla的純電動車就需要一片6英寸SiC晶圓。2020 年，特斯拉全年共交付新車49．96 萬輛，同比增長35．87％，離預(yù)定的 50 萬輛的交付目標僅差 450 輛。

而果真如Wedbush證券分析師Dan Ives稱，到2022年特斯拉的交付量可能會達到100萬輛的話，那么，僅一個特斯拉就將消耗掉全球SiC硅晶圓總產(chǎn)量。

值得注意的是，作為全球最大的新能源汽車消費市場，2020年，中國新能源汽車產(chǎn)銷分別完成136．6萬輛和136．7萬輛，同比分別增長7．5％和10．9％，增速較上年實現(xiàn)了由負轉(zhuǎn)正。中汽協(xié)總工程師許海東表示， 2021年新能源汽車銷量180萬輛，同比增長40％。新能源汽車的發(fā)展必將促進SIC的需求。

此外，有分析指出，未來一到兩年，除了常規(guī)的需求講持續(xù)外，一系列因5G、Wi－Fi 6布局而衍生的新興應(yīng)用也會持續(xù)拉升相關(guān)SiC元器件需求，供應(yīng)鏈供需失衡態(tài)勢基本沒有懸念。

力積電董事長黃崇仁2020年11月在法說會上指出，目前產(chǎn)能已緊到不可思議，客戶對產(chǎn)能的需求緊張達到“恐慌”程度，預(yù)估明年下半年到2022年下半年，邏輯IC、DRAM市場都會缺貨到無法想像的地步。

白熱化競爭中產(chǎn)業(yè)瓶頸待破

因此，在SIC成為大趨勢之下，在市場供需嚴重失衡的背景下，幾乎所有半導(dǎo)體公司都在積極布局SiC 的研發(fā)、推廣新產(chǎn)品以及擴產(chǎn)。

根據(jù)半導(dǎo)體時代產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心出具的《2020年中國第三代半導(dǎo)體碳化硅晶片行業(yè)分析報告》數(shù)據(jù)顯示：2020上半年全球半導(dǎo)體SiC晶片市場份額，美國CREE出貨量占據(jù)全球45％，日本羅姆子公司SiCrystal占據(jù)20％，II－VI占13％；中國企業(yè)天科合達的市場占有率由2019年3％上升至2020年5．3％，山東天岳占比為2．6％。

為了進一步擴展碳化硅產(chǎn)品組合，2020年2月底英飛凌發(fā)布了8款CoolSiC？ MOSFET產(chǎn)品。” 同年3月，臺灣晶圓制造商環(huán)球晶圓（GWC）正式推出150mm碳化硅晶圓產(chǎn)品。10月，英飛凌再次推出采用全新 D2PAK－7L 封裝的 1200V CoolSiC？ MOSFET，導(dǎo)通電阻從 30m？到 350m？；東芝推出適用于高效率電源的新款1200V碳化硅MOSFET——“TW070J120B”。

產(chǎn)能新增方面，2019年5月Cree宣布，將在未來5年內(nèi)，斥資10億美元用于擴大SiC碳化硅產(chǎn)能，在公司美國總部北卡羅萊納州達勒姆市建造一座采用最先進技術(shù)的自動化200mm SiC碳化硅生產(chǎn)工廠和一座材料超級工廠。

意法半導(dǎo)體（ST）也在2020年2月份以1．375億美元現(xiàn)金收購了瑞典SiC晶圓制造商Norstel AB，Norstel生產(chǎn)150mmSiC裸晶圓和外延晶圓。意法半導(dǎo)體表示，該交易完成后，它將在全球產(chǎn)能受限的情況下控制部分SiC器件的整個供應(yīng)鏈。

“中國制造2025”計劃中也明確提出要大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。據(jù)蓋世汽車不完全統(tǒng)計，僅2020年，全國至少有10個碳化硅項目開工或取得進展。

其中，天科合達的第三代半導(dǎo)體碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項目2020年8月在北京市大興區(qū)順利開工，總投資約9．5億元人民幣，新建一條400臺／套碳化硅單晶生長爐及其配套切、磨、拋加工設(shè)備的碳化硅襯底生產(chǎn)線，項目計劃于2022年年初完工投產(chǎn)，建成后可年產(chǎn)碳化硅襯底12萬片。

2020年8月19日，三安光電宣布收購了于2019年投資約5．8億元在福建安溪縣建設(shè)產(chǎn)能3．6萬片碳化硅襯底生產(chǎn)項目的北電新材。2020年11月合肥露笑科技投資100億元建設(shè)的SIC設(shè)備制造、長晶生產(chǎn)、襯底加工、外延制作等產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)和生產(chǎn)基地開工。

除了產(chǎn)能的因素，制約SiC發(fā)展的還有技術(shù)和成本因素。

瀚天天成電子科技銷售副總裁司馬良亮表示，由于碳化硅的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的質(zhì)量不穩(wěn)定，造成整體市場無法大規(guī)模普及。

安森美半導(dǎo)體寬禁帶產(chǎn)品線經(jīng)理Brandon Becker認為，SiC基板的開發(fā)是公司以及其它廠家都在著力解決的最大瓶頸之一。SiC基板與傳統(tǒng)的硅晶錠有很大不同，從設(shè)備、工藝、處理到切割的一切都需要進行開發(fā)，以處理碳化硅。

“本來在長晶的晶種就要求相當高的純度、取得的難度大，其次長晶的時間相當長，硅材料長晶平均只要3天即可長成一根晶棒，但碳化硅晶棒則需要一周，再者，一般的硅晶棒可以長200公分的長，但一根碳化硅的晶棒只能長出2公分。”上述分析人士說道。

此外，SiC本身屬于硬脆性材料，由其制成的晶圓，在使用傳統(tǒng)的機械式切割晶圓劃片時，極易產(chǎn)生崩邊，影響產(chǎn)品良率及可靠性。

據(jù)了解，目前市場上的SIC晶圓絕大部分都是4英寸和6英寸，極少有廠商能生產(chǎn)8英寸SiC晶圓。而上述因素又導(dǎo)致了SiC價格高昂，且隨著需求增加，SIC的價格多次上漲，應(yīng)用和推廣難度就更大了。目前，SiC器件的價格是Si器件價格的4到5倍。

不過，也有分析認為，2022年有望成為碳化硅價格下降的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點。碳化硅器件價值鏈可分為襯底——外延——晶圓——器件，其中襯底所占的成本最高為50％，外延片是25％，器件晶圓生產(chǎn)環(huán)節(jié)20％，封裝測試環(huán)節(jié)5％。

海通證券預(yù)測，因為主流豪華汽車品牌開始量產(chǎn)采用碳化硅方案的車型，這將大幅提升Cree等襯底廠商8英寸線的產(chǎn)能利用率，到2025年碳化硅器件價格有望下降到當前水平的1／4－1／3，此外，碳化硅有望提高3％－5％的碳化硅逆變器效率，從而降低電池成本，碳化硅的經(jīng)濟性和性能優(yōu)勢將充分顯現(xiàn)。

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