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8英寸时代到来前,供需失衡
从生产工艺来讲,碳化硅目前的主要生产尺寸是6英寸,也就是150mm。不过行业进步还是很快的,8月11日,意法半导体(ST)宣布,其瑞典Norrk?ping工厂制造出首批8英寸碳化硅晶圆。
据悉,ST首批8英寸SiC晶圆品质十分优良,芯片良品率和晶体位元错误之缺陷非常低。低缺陷率归功于ST在SiC硅锭生长技术深厚积累的研发技术。此外,ST正与供应链上下游技术厂商合作研发专属的制造设备和生产制程。
ST汽车和离散元件产品部总裁Marco Monti表示,汽车和工业市场正在加速推动系统和产品电气化的进程,升级到8吋SiC晶圆将为ST的汽车和工业客户带来巨大优势。
而从6吋到8吋,这也代表着提升功率电子芯片的轻量化和能效方面又迈进了一步。只是,虽说现在8英寸(200mm)的产线已经有量产,但是要全面进入8英寸时代,还需要点时间。
然而一个现实情况是,目前碳化硅功率元器件市场需求的突然爆发,进一步造成了碳化硅供应链的全球性短缺。
以目前的状况,一片碳化硅晶圆也就装备两辆电动汽车。也就是说,以目前全球碳化硅晶圆60万片的年产能,最多也就能够满足120万辆电动汽车的需求。这还没算充电桩等应用。而根据TrendForce集邦咨询研究显示,预计2025年全球对6英寸SiC晶圆需求可达169万片。
再看特斯拉。2020年,特斯拉全球交付了将近50万辆电动汽车;今年上半年的交付量已经达到了38.6万辆,时近年底,预计全年的交付量至少是75万辆。也就是说,目前全球碳化硅晶圆的产能,满足了特斯拉之后,剩下不了多少。
那么,全球碳化硅晶圆方面,主要都有哪些玩家呢?按照2020上半年出货量计算,科锐CREE占据了全球45%的市场份额,日本罗姆的子公司SiCrystal占据20%,II-VI占13%;中国企业的市场份额还比较低,其中天科合达占到5.3%,山东天岳则为2.6%。
从碳化硅的产业链整体来看,主要的SiC衬底、EPI外延片、器件、模组等环节,目前全球碳化硅市场基本被国外垄断。根据Yole数据显示,Cree、英飞凌、罗姆约占据了90%的SiC市场份额。
这里普及一下,SiC器件的制造成本中,有两大工序是其重要组成部分。其中,SiC衬底成本约占总成本的47%,SiC外延的成本占比23%。而SiC衬底制备受限于SiC晶体生长速度慢、过程难以调控、生长多型多、切割难度大等多种问题,全球产能一直处于较低水平。
衬底方面,国际主流已经从4英寸向6英寸过渡,而作为衬底主要供应商的科锐Cree已经开发出8英寸衬底。国内方面,衬底主要供应商有天科合达、山东天岳、同光晶体等能够供应3~6英寸的单晶衬底。技术水平上, 国内SiC以4英寸为主,6英寸衬底还有待突破。
外延片方面,国内厦门瀚天天成、东莞天域、世纪金光已能提供4英寸/6英寸SiC外延片。目前,6英寸碳化硅外延片可以实现本土供应。当然,从整体情况来说,供需失衡的情况还会是未来一段时间內的主流。