欢迎访问深圳市中小企业公共服务平台电子信息窗口
从600V到1200V,碳化硅重塑新能源汽车充电格局
2024-06-21 来源:贤集网
316

关键词: 碳化硅 晶圆 意法半导体

在当前绿色低碳化转型的大背景下,以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体,作为新材料和新技术拥有巨大的市场机遇,已开始大量应用于新能源、电动汽车、充电桩和储能等领域。

作为碳化硅芯片的主要供应者之一,英飞凌也在加强技术革新与市场布局。

在碳化硅方面,英飞凌目前有超过5家合格的碳化硅晶圆和晶锭供应商,有稳定的碳化硅原材料供应;其可以通过Cold Split冷切割技术提高生产效率;其优异的沟槽工艺,在兼顾可靠性的同时,可以让每块晶圆生产的芯片比平面晶体多30%;同时,其也拥有一流的内部封装解决方案;全新的.XT技术,可以实现最高功率密度。

在产能方面,英飞凌表示,其也看好碳化硅市场,并依托世界级晶圆厂作为现有优势的补充,为碳化硅市场的强劲增长做好了充分的准备。



据了解,英飞凌在菲拉赫(奥地利)和居林(马来西亚)的工厂,都在扩大碳化硅和氮化镓功率半导体的产能,并计划在质量验证通过后的3年内,全面过渡到200毫米(8英寸) 产能。在英飞凌的居林工厂,从 2025 年第1季度开始,将推出 200毫米(8英寸) 的产品。

去年8月,英飞凌宣布将在2022年2月宣布的原始投资基础之上,在未来5年内,再投入多达50亿欧元进行居林第3厂区的2期建设,打造全球最大的200毫米(8英寸)碳化硅功率半导体晶圆厂。这座生产基地将帮助英飞凌实现在2030年前拥有全球30%碳化硅市场份额的目标。

据了解,英飞凌已经获得了来自汽车和工业应用领域约50亿欧元的碳化硅Design-win订单,以及来自相关客户约10亿欧元左右的预付款,这些都将助力其扩建碳化硅工厂。

碳化硅在新能源汽车上被广泛应用。这两年,随着新能源汽渗透率的快速提升,也促使碳化硅或将出现大规模的商业化应用。


碳化硅加速装车

资料显示,碳化硅应用于新能源汽车关键电力系统,包括主驱逆变器、车载充电器(OBC)和DC-DC转换器。

“随着新能源汽车功率平台从600V提升到800V,甚至达到1200V,对功率芯片性能要求不断提升。碳化硅功率器件具备高效率、低能耗、耐高温特性,成为众多新能源车厂商布局的重点方向。”万创投行研究院高级分析师毛怡卉告诉记者。

在4月举办的北京车展上,多家车企披露碳化硅新动态。岚图汽车发布的全栈自研最新一代岚海动力系统搭载800V高效率碳化硅电驱系;蔚来汽车展示了自研的1200V碳化硅功率模块;吉利汽车碳化硅混合驱动集成关键技术亮相。

小米汽车表示,SU7全系采用碳化硅高压平台,驱动电机均使用碳化硅功率模块。士兰微表示,汽车级碳化硅功率产品需求量迅速放大,预计5月公司碳化硅主驱模块装车规模将突破8000辆,6月将超过2万辆。

“2024年将是新能源车大规模切换碳化硅的元年。”赵奇表示,预计下半年公司碳化硅月均出货量将提升至万片。“公司碳化硅业务2024年营收目标是突破10亿元关口,争取2027年达到全球市场份额30%左右。”


8英寸渐成趋势

业内人士表示,碳化硅器件成本偏高,成为其大规模应用的阻碍。赵奇介绍,目前碳化硅器件价格普遍为硅器件的4倍、5倍,业内目标是将碳化硅器件成本降到硅器件的2.5倍甚至2倍以内。

在赵奇看来,碳化硅器件实现产能优势及成本优化的最佳路径是将芯片制造从6英寸晶圆转到8英寸。同时,提升良率,且器件类型从平面型转向沟槽型,助力碳化硅整体成本优化。

多家上市公司加速布局8英寸碳化硅产能。士兰微5月21日晚间公告称,公司与厦门半导体投资集团有限公司、厦门新翼科技实业有限公司签署《投资合作协议》,拟在厦门市海沧区建设一条以SiC-MOSEFET为主要产品的8英寸碳化硅功率器件芯片制造生产线,产能规模为6万片/月。

湖南三安半导体责任有限公司是三安光电旗下专注于碳化硅业务的子公司。三安光电董秘李雪炭告诉记者,湖南三安正在扩产,将全部导入国际领先的8英寸生产设备和工艺,计划今年三季度投产,达产后将实现年产48万片的规模。“公司8英寸碳化硅衬底的外延工艺也已完成调试,相关样品已经送往主要海外客户进行验证。”

据了解,芯联集成8英寸碳化硅工程批产品已于4月20日顺利下线。“公司系国内首家开启8英寸碳化硅的晶圆厂,将进一步优化下游客户成本,加速碳化硅技术大规模渗透。”赵奇说。



五大厂商加快布局速度

据TrendForce集邦咨询研究显示,2023年全球SiC功率元件产业在纯电动汽车应用的驱动下保持强劲成长,前五大SiC功率元件供应商约占整体营收91.9%,其中意法半导体以32.6%市占率持续领先,onsemi则是由2022年的第四名上升至第二名。


走在前列的ST意法半导体

意法半导体是全球最早进入SiC市场的公司之一,在SiC领域拥有超过20年的研发和生产经验。今年5月末,其宣布投资50亿欧元在意大利卡塔尼亚建设世界首个全流程垂直集成的SiC工厂。据悉,意大利政府将在欧盟《芯片法案》框架内向意法半导体提供20亿欧元的补贴。该工厂将于2026年开始生产,并实现首创的8英寸SiC晶圆的量产,目标是到2033年达到满负荷生产,满负荷生产时每周可生产多达15000片晶圆,年产能48万片。

意法半导体2023年SiC产品领域的财报十分亮眼。数据显示,2023年意法半导体SiC产品营收超11亿美元,同比增长60%以上。这一业绩反映了SiC市场的快速增长,以及意法半导体在这一市场的领先地位。并且,意法半导体对其SiC业务的未来充满信心,认为SiC市场将继续保持高速增长,尤其是在汽车和飞机电气化方面的需求将持续增加。公司设定了明确的SiC营收目标,即在2025年实现SiC产品营收达20亿美元,到2030年达到50亿美元。

意法半导体的扩产步伐一直走在前列,除了上述在意大利卡塔尼亚投资50亿欧元建设世界首个全流程垂直集成的SiC工厂之外,其也在新加坡的工厂增添了前端设备,并提高了摩洛哥和中国工厂的后端产能。此外,ST与三安光电在中国成立的8英寸SiC合资工厂有望最快在今年年底通线,届时ST可结合位于当地的后段封测产线以及三安光电提供的配套衬底材料工厂,达到垂直整合效益。


加速赶追的onsemi安森美

onsemi十分看好SiC市场的发展前景,近三年来,其致力于推动在捷克、韩国、美国三地的扩产,并一直积极加强与欧洲、美国、中国等本土供应链的协作,以及时满足终端客户的需求。其中,onsemi在中国市场的发展十分值得关注,目前,onsemi已经与中国三家领先的新能源汽车企业签订了长期供应协议,并将这种关系扩展到本土排名前列的传统汽车制造商,还推动了国内首款采用SiC技术的本土品牌电动车的落地。

据TrendForce集邦咨询分析,onsemi近年来SiC业务进展迅速,这主要归功于其车用EliteSiC系列产品。onsemi位于韩国富川的SiC晶圆厂在2023年完成扩建,并计划在2025年完成相关技术验证后转为8英寸。自完成对GTAT收购后,目前onsemi的SiC衬底材料自给率已超过50%,随着内部材料产能的提升,公司正在朝着毛利率达到50%的目标前进。

近期市场最新消息显示,onsemi将投资高达20亿美元提高其在捷克共和国的半导体产量,以扩大该公司在欧洲的产能,因为欧盟正在寻求关键供应的自给自足。据悉,该项目将成为捷克共和国最大的一次性直接外国投资。

公开资料显示,这是onsemi之前披露的长期资本支出目标的一部分,这项投资将以该公司在捷克共和国的现有业务为基础,包括硅晶体生长、硅和SiC晶片制造(抛光和 EPI)以及硅晶片工厂。如今,该工厂每年可生产超过300万片晶片,包括超过10亿个功率器件。项目建成后,onsemi将扩大其在东部城镇罗兹诺夫·波德拉德霍斯泰姆的业务,以容纳SiC半导体的完整生产链,包括用于汽车和可再生能源领域的最终芯片模块。

onsemi电源解决方案部门负责人Simon Keeton向路透社透露,新投资的项目可能于 2027 年开始生产,但没有透露有关就业、生产量或预期收入的更多细节。

据悉,除了上述最新一次扩产外,onsemi在捷克的工厂此前已历经3次扩产。2022年9月,onsemi宣布未来两年将投资4.5 亿美元(近32亿元人民币),将捷克工厂SiC晶圆抛光和外延片的产能提高16倍。2019和2021年,onsemi分别2次扩建捷克工厂,合计投资超过1.5亿美元(约10.6亿元人民币)。

另外,onsemi美国工厂方面,2022年8月,onsemi哈德逊的SiC新工厂已完成扩建,计划将衬底产能扩充5倍。据悉,2021年8月,onsemi以4.15亿美元现金(约28亿人民币)收购了 GTAT,并着手在哈德逊工厂扩建4万平方英尺的工厂场地,安装了新的SiC熔炉,目前哈德逊工厂总制造空间已达到27.2万平方英尺。

根据onsemi 2023年财报显示,onsemi去年SiC出货量超过8亿美元,收入同比增长4倍,并且毛利率保持在40%以上,预计实现了行业内的最高增长。


工业市场起飞的Infineon英飞凌

英飞凌是行业内十分具有竞争力的SiC技术供应商,Infineon的SiC营收近一半来自于工业市场。近几年,英飞凌耗费巨资在多地进行了英飞凌扩产。6月3日,英飞凌最新消息显示,其已获得其位于德国德累斯顿的价值50亿欧元的智能功率半导体工厂的最终建设许可。

英飞凌在马来西亚居林的新晶圆厂计划最初获得了20亿欧元的内部资金支持,2023年中旬该厂又获得了50亿欧元的注资用于居林第三工厂的建设和设备。该工厂致力于打造全球最大的8英寸SiC功率半导体晶圆厂。英飞凌居林公司高级副总裁兼总经理Ng Kok Tiong此前表示,公司新厂的一期建设将于2024年第三季度完工,并且,二期建设将在未来几年也陆续完工。

但是TrendForce集邦咨询分析,其马来西亚居林工厂的主要客户 SolarEdge陷入困境,对Infineon营运产生冲击。相较之下,Infineon的汽车业务发展较为稳健,例如近期小米SU7的design win,另外过去相对落后的产能建设进度反倒让其在市场逆风中处于有利地位。相较于其他几家领先的SiC IDM厂商,Infineon缺少SiC晶体材料的内部生产能力,因此积极推动多元化供应商体系,以确保供应链稳定。

除此之外,英飞凌位于奥地利菲拉赫(Villach)工厂的SiC产能还在爬坡中,预估到2025年营收可达10亿欧元。英飞凌希望随着居林超级工厂在2024年底投产,最终带动其SiC营收于2030年达到70亿欧元,并占据全球30% SiC器件市场份额。


亟需突破的Wolfspeed

今年3月,Wolfspeed在位于美国北卡罗来纳州查塔姆县的“John Palmour SiC制造中心”举办了建筑封顶庆祝仪式。据悉,“John Palmour SiC制造中心”总投资50亿美元,将生产200mm SiC衬底。到2024年底,占地445英亩的一期工程预计将完工,预计2025年上半年开始生产。届时,将显著扩大Wolfspeed的材料产能,满足对于能源转型和AI人工智能至关重要的新一代半导体的需求。

去年2月初,Wolfspeed宣布计划在德国萨尔州建造全球最大、最先进的8英寸SiC器件制造工厂,这座欧洲工厂将与莫霍克谷器件工厂(已于2022年4月开业)、John Palmour SiC制造中心(即美国北卡罗来纳州SiC材料工厂)一起,共同构成Wolfspeed公司65亿美元产能扩张计划的重要组成部分。



近期行业最新消息显示,Wolfspeed推迟了在德国建设价值30亿美元的工厂的计划。此计划最早开始于2023年1月,汽车零部件供应商采埃孚和Wolfspeed发出消息称,计划在德国萨尔州(Saarland)投资30亿美元建设一座晶圆工厂,为电动汽车和其他应用生产芯片。

行业消息显示,具体原因主要与欧盟芯片制造计划受阻相关。引援外媒报道,一位官方发言人表示,计划在萨尔州建立的工厂将生产用于电动汽车的计算机芯片,该工厂尚未完全被取消,该公司仍在寻求资金。该发言人补充说,由于欧洲和美国电动汽车市场疲软,总部位于北卡罗来纳州的 Wolfspeed 削减了资本支出,目前正专注于提高纽约的产量。该公司最早要到 2025 年中期才会在德国开始建设,比原定目标晚了两年。

显而易见的,Wolfspeed近年来在SiC领域的扩产动作十分频繁,投资金额巨大,但其近年财报利润和股价均不太理想。据悉,自2017年至今,Wolfspeed的营收都没有超过10亿美元,并且持续亏损,盈利不及预期。而在过去一年里,Wolfspeed的股价下跌了约50%。实际上,近年来关于Wolfspeed考虑出售的消息不绝于耳,传言中的潜在买家就包括TI德州仪器等国际大厂,归根究底,还是Wolfspeed的经营状况较为低迷,净利润亏损较大。

虽然Wolfspeed在过去两年里错失了一些市场机会,功率元件业务市占有所下滑,不过,TrendForce集邦咨询指出,Wolfspeed仍然是全球最大的SiC材料供应商,特别是汽车级 MOSFET衬底,并在8英寸领域具备先发优势。随着Wolfspeed的The JP工厂即将投产,有望显著提高材料产能,并推动莫霍克谷工厂(MVF)的投产进程。


稳中求进的ROHM罗姆

对比上述四家大厂动辄数倍的增长规模,罗姆的SiC扩产计划则显得温和许多。2009年,罗姆收购了德国SiCrystal,正式实现了从SiC晶圆材料到前后端芯片制造组装等IDM(垂直统合型)产业链的内部生产闭环。这也是罗姆在SiC领域构建的技术壁垒。

去年7月,罗姆宣布收购太阳能电池生产商Solar Frontier在宫崎县国富町的工厂,计划将该工厂用于扩大SiC功率器件的产能,未来还将成为罗姆的主要生产基地之一。Solar Frontier曾在该工厂生产CIS薄膜太阳能电池,但已停止运营。据悉,该工厂占地面积约40万平方米,建筑面积约23万平方米,其中罗姆计划利用现有11.5万平方米的工厂建筑以及洁净室,改造成SiC功率器件生产线。据悉,该工厂预计于今年年底开始运营,这将成为罗姆第四座SiC晶圆厂。

据罗姆的估算,通过收购该工厂,2030财年达产后新的生产基地将会帮助罗姆将整体SiC产能提升到2021财年的35倍。为了达到这个目标,罗姆计划到2025年开始转向8英寸SiC晶圆,而届时可能也会在这次收购的工厂中引进8英寸晶圆制造设备。去年罗姆公布过公司的投资计划和目标,当时该公司计划到2025财年(截至2026年3月)前最多向SiC领域投资2200亿日元。

罗姆有着坚固的营收来源,其不仅掌握了SiC晶圆的生产技术,更成为和信越化学以及Sumco一样的衬底晶圆材料生产商,成为其他半导体制造业的上游供应商。因此,罗姆的营收来源不仅局限于自家SiC半导体成品的生产销售,这也有利于罗姆大大降低其生产成本。