碳化硅从淘金热到商品化的演变

早在2017年，当特斯拉Model 3搭载碳化硅（SiC）时，即开始了功率半导体应用从硅向碳化硅的转变。2019年，芯片制造商Wolfspeed选择纽约尤蒂卡附近的Marcy Nanocenter建设美国本土的全球首座200mm碳化硅工厂，并于2022年4月启用。

从那时起，在电动汽车需求持续增加的推动下，美国出现了碳化硅淘金热，到如今已演变成全球的投资狂潮。

从Yole Intelligence最新发布的2023年版《功率碳化硅报告》来看，碳化硅行业实现了创纪录的市场增长。预计到2028年，全球功率碳化硅器件市场将增长至近90亿美元，比2022年增长31%。2022年汽车应用占功率碳化硅市场的70%，此外还有交通、能源和电信等各种行业应用。

2022-2028年按应用划分的功率碳化硅市场

尽管碳化硅是半导体未来发展的关键技术，但随着它成为功率电子的主流，在成为商品的过程中是否存在风险？

对此，Yole集团总裁兼创始人Jean-Christophe Eloy、ATREG创始人兼首席执行官Stephen Rothrock，以及Yole集团旗下Yole Intelligence的高级技术和市场分析师Poshun Chiu讨论了全球碳化硅市场，预测了这项革命性技术的未来。

主要IDM策略不同

关于碳化硅行业，Jean-Christophe认为，Wolfspeed、安森美、罗姆和博世都是实现收入增长的顶级公司。截至2023年，一些领先的公司已经实施了IDM商业模式，以加快这一快速增长且利润丰厚的碳化硅器件业务的上市时间。

Yole Intelligence的研究还表明，150mm碳化硅晶圆目前是器件制造的主要平台，而在公开市场上还没有200mm晶圆的批量出货。随着目前或计划为200mm碳化硅建造晶圆厂，主要IDM正在根据其在半导体生态系统中的地位采用不同的采购策略。

Wolfspeed是目前唯一一家致力于在其纽约莫霍克谷晶圆厂提高200mm碳化硅产量的公司。其他玩家正在扩大150mm的内部晶圆产能，同时开发200mm的晶圆。Poshun Chiu指出：“对于不打算转向200mm的公司来说，150mm碳化硅晶圆的多次采购是最常见的方法。2021年，安森美收购了碳化硅晶圆公司GT Advanced Technologies（GTAT），而罗姆于2009年收购了SiCrystal。不过，我们也了解到，这些公司还在从外部晶圆供应商那里大量采购150mm碳化硅晶圆。”

主要IDM 200mm碳化硅晶圆采购策略：内部和外部分离

2019年，意法半导体收购了碳化硅晶圆公司Norstel，以发展内部晶圆产能。与此同时，该公司还与Soitec合作开发工程衬底，并与三安光电合作，投资32亿美元开发200mm碳化硅晶圆。英飞凌和三菱电机则专注于200mm碳化硅平台的器件加工，使用的是来自外部供应商的200mm晶圆。

今年8月31日，博世宣布完成对TSI Semiconductors位于加利福尼亚州罗斯维尔的200mm晶圆厂的收购，这笔交易就是由ATREG促成的。在2026年重组阶段之后，该晶圆厂将开始在200mm晶圆上生产碳化硅芯片。博世计划在未来几年向罗斯维尔工厂投资15亿美元。

如Stephen Rothrock所说：“在ATREG跟踪全球半导体制造资产市场的25年中，我们从未见过任何新技术如此迅速地发展起来。尽管半导体行业目前正在经历衰退，但我们看到碳化硅的增长势头非常强劲。凭借碳化硅功率器件，世界各地的主要IDM都看到了增长的机会。”

在IDM阵营中，尽管进入功率碳化硅器件市场相对较晚，但安森美2023年第一季度业绩表明，它有望在2023年实现10亿美元的收入。作为特斯拉和其他汽车制造商的首选碳化硅器件供应商，电动汽车的深度参与在很大程度上推动了安森美的收入。

碳化硅投资竞赛此起彼伏

世界各地的芯片制造商都高度关注碳化硅衬底尺寸的转变。随着Wolfspeed成为第一家激活200mm产能的公司，其他供应商也在积极效仿，并积极寻求与全球供应链上下的关键参与者合作，以在市场上占据有利地位。

随着大量投资公告的发布，晶圆级全球产能将很快增长。目前，世界上80%的碳化硅衬底是在美国本土生产的，这使美国在这一关键技术领域处于领先地位，同时希望尽可能长时间地保留这一技术。Stephen Rothrock表示：“根据我们迄今为止的计算，我们估计目前全球碳化硅晶圆厂的投资总额接近140亿美元，这只是一个开始。凭借其在北卡罗来纳州的新John Palmour材料工厂，Wolfspeed将把其目前的碳化硅产能增加10倍，数字令人震惊。”

全球宣布及计划的化合物半导体晶圆厂投资

作为2021年宣布未来十年对碳化硅投资10亿美元的一部分，Coherent加快了在瑞典和美国扩大碳化硅衬底和外延制造的计划，预计到2027年，其宾夕法尼亚州伊斯顿工厂的晶圆年产量将达到100万个150mm等效衬底，其中包括200mm的批量生产。

在欧洲，Wolfspeed与ZF合作，在德国恩斯多夫建造了一座先进的200mm碳化硅晶圆厂，投资30亿美元支持德国汽车行业的大规模转型。ZF本身与意法半导体已签署了碳化硅器件的多年供应协议，而意法半导体已从欧盟委员会获得292.5亿欧元，用于在西西里岛卡塔尼亚建造一座晶圆厂。

在亚洲，英飞凌宣布计划在马来西亚库林建造世界上最大的200mm碳化硅功率晶圆厂，到本世纪末可能带来70亿欧元的收入。此外，瑞萨与Wolfspeed合作执行了一项晶圆供应协议，并由瑞萨提供20亿美元定金，以确保Wolfspeed对碳化硅裸片和外延片的10年供应承诺。

Yole Intelligence表示，意法半导体在过去几年中一直在引领碳化硅器件的收入。意法半导体2022年的收入约为7亿美元，目前预计2023年的收入为12亿美元。紧随其后的是全球领先的功率电子产品供应商英飞凌，其在过去两年中实现了显著的收入增长。

供应链焦点转变

Yole Intelligence的最新研究突显了碳化硅供应链瓶颈的焦点变化。大规模产能扩张不仅仅意味着供应过剩。Poshun Chiu认为：“2022年，碳化硅晶圆的大规模扩张趋势远大于需求。今天的最新数据讲述了一个不同的故事——对使用碳化硅器件的兴趣不断增长，引发了晶圆和器件的产能扩张。”

2021年和2022年碳化硅晶圆供应短缺，导致许多非汽车应用对碳化硅晶圆的获取有限，因为电动汽车一直是碳化硅市场的主要驱动力。碳化硅晶圆产能的扩张将于2023年爆发，从而推动碳化硅器件市场的增长。用于MOSFET和汽车应用的碳化硅晶圆将较少受到成本优化的影响。不过，质量较低的玩家将需要以降价来获得剩余的使用率。“我们可以预期碳化硅二极管级晶圆的价格会受到更大的侵蚀；200mm晶圆将主要用于短期至中期的内部使用。”他表示。

碳化硅供应链瓶颈的转变：大规模产能扩张不仅意味着供应过剩

Jean-Christophe Eloy提醒道，需要警惕的是，随着时间的推移，碳化硅可能会成为自身成功的牺牲品。他说：“我们可以将蓝宝石与蓝色LED进行比较，看看平均售价大多数是怎么降低的。当时，随着中国玩家2010年的大量产能增加，蓝宝石的价格急剧下降。由于具有竞争力的价格和设备的可及性，它加速了LED在显示器和照明中的渗透。当涉及到碳化硅时，生态系统将需要处理需求/供应和质量的差异。”

Stephen Rothrock总结道：“在我们等待《芯片法案》资助的新绿地（greenfield）晶圆厂上线的同时，ATREG预计未来几个月将有更多200mm的传统制造资产以及具有化合物半导体能力的制造资产转化为大容量碳化硅制造设施，以弥补中短期所需产能的缺口。我认为可以公平地说，碳化硅在未来一段时间内仍有光明的未来。”