8英寸碳化硅，如火如荼

近日消息，全球最大8英寸碳化硅晶圓廠啟動。功率半導體大廠英飛凌于8月8日宣布，已正式啟動位于馬來西亞新晶圓廠的第一階段，該晶圓廠將成為全球最大、最具競爭力的200毫米（8英寸）碳化硅(SiC)功率半導體晶圓廠，預計2025年開始量產。

碳化硅尺寸越大，單位芯片成本越低，故6英寸向8英寸轉型升級是技術發(fā)展的必然趨勢。業(yè)界人士稱，預計從2026年至2027年開始，現(xiàn)在的6英寸碳化硅產品都將被8英寸產品替代。

當前來看，第三代半導體碳化硅加速邁進8英寸時代，并引得“天下群雄”踴躍進軍。據全球半導體觀察不完全統(tǒng)計，英飛凌、Wolfspeed、安森美、意法半導體、羅姆等大廠早早“卷”進了8英寸碳化硅賽場。

圖表來源：全球半導體觀察制表

一、SiC邁入8英寸時代，五大廠落子情況

從地區(qū)來看，英飛凌工廠主要布局在馬來西亞、德國，意法半導體則在意大利、中國重慶，Wolfspee（德國、美國），安森美（韓國），羅姆（日本）。

從上表中可悉，在2024-2027年之間，五大廠旗下工廠基本可以轉為8英寸碳化硅晶圓制造，產能放量周期大都集中于2030-2033年之間。

從已披露的產能放量時間來看，英飛凌馬來西亞居林三廠預計2024年底開始生產，2025年量產，2027年全面轉向8英寸晶圓；意法半導體意大利新廠和中國重慶合資廠在2025年基本可以過渡到8英寸碳化硅晶圓，而意大利新廠預計2026年生產，2033年滿產；Wolfspeed部分工廠已量產，德國新工廠預計2027年開始投產，2030年滿產；安森美韓國富川廠在2025年過渡到8英寸碳化硅晶圓，預計2025年投產；羅姆日本宮崎第二工廠將導入8英寸碳化硅晶圓產線，預計2024年投產。

此外，值得一提是，自莫霍克谷工廠啟用后，Wolfspeed成為了當時能夠量產8英寸碳化硅的唯一廠商，并且這一狀態(tài)維持了許久。不過，目前安森美正在加速8英寸碳化硅建設馬力，或將在明年打破Wolfspeed獨占鰲頭的局面。據業(yè)界消息，安森美計劃在今年晚些時候對8英寸碳化硅（SiC）晶圓進行認證，并于2025年投入生產。而英飛凌正在努力與Wolfspeed競爭全球最大8英寸SiC晶圓廠的首家，只是二者均未透露具體產能計劃。

01
英飛凌：馬來西亞+德國

英飛凌馬來西亞新晶圓廠的第一階段投資額為20億歐元，以碳化硅為主力，還將包括氮化鎵(GaN)外延；第二階段投資額高達50億歐元，將打造全球最大、最高效的200毫米SiC功率晶圓廠。

馬來西亞居林廠
圖片來源：英飛凌

英飛凌指出，馬來西亞居林高科技園區(qū)第三廠區(qū)一期從動工到完工僅花13個月的時間，已經是超前進度的表現(xiàn)。目前初期碳化硅生產仍以成熟的6英寸晶圓為主，2027全面轉向8英寸晶圓。

目前英飛凌已獲得總價值約50億歐元的設計訂單，并已從現(xiàn)有和新客戶那里收到約10億歐元的預付款，用于持續(xù)擴建居林3號工廠。據悉，這些設計訂單包括汽車行業(yè)的六家OEM以及可再生能源和工業(yè)領域的客戶，其中，汽車領域客戶涉及福特、上汽和奇瑞等，新能源領域客戶涉及SolarEdge和中國三大領先的光伏和儲能系統(tǒng)公司等。

圖片來源：拍信網

英飛凌還投資改造德國奧地利的菲拉赫生產基地，也將致力于8英寸SiC/GaN的生產。目前，該公司正在持續(xù)推進奧地利菲拉赫的硅晶圓工廠進行改造，計劃將6英寸和8英寸的硅晶圓生產線轉變?yōu)樘蓟韬偷壠骷纳a線。

英飛凌大張旗鼓地擴張?zhí)蓟璁a能，旨在2030年之前占據全球30%市場份額，該公司預計到2027年，產能將增長10倍。

02
意法半導體：意大利+中國重慶

意法半導體是全球最大的碳化硅芯片制造商，在歐洲和亞洲的9個國家/地區(qū)設立了14個主要制造基地。其中有7個為晶圓制造工廠（前端），其余7個則為組裝和測試工廠（后端）。

針對8英寸碳化硅布局，意法半導體計劃，2025年第三季度在意大利卡塔尼亞的碳化硅晶圓廠過渡到8英寸，并將新加坡晶圓廠過渡到8英寸，同年第四季度與三安光電合資的中國工廠也將開始生產8英寸碳化硅晶圓。

意大利：2024年5月，意法半導體計劃在意大利南部西西里大區(qū)卡塔尼亞（Catania）投資50億歐元，建造全球首個綜合碳化硅晶圓工廠。該工廠以8英寸工藝為基礎，預計2026年開始生產，并實現(xiàn)首創(chuàng)的8英寸SiC晶圓量產，到2033年達到滿負荷生產，滿負荷生產時每周可生產多達1.5萬片晶圓。

該計劃于2024年5月底獲得了歐盟委員會的批準。歐盟委員會的一份聲明稱，卡塔尼亞工廠將有助于扭轉過度依賴進口設備的趨勢，這些設備與歐洲數字化和綠色轉型目標尤其相關，并批準了意大利提供的20億歐元援助。

意大利卡塔尼亞新廠分布圖
圖片來源：意法半導體官網

中國重慶：2023年6月，意法半導體與三安光電計劃投資32億美元，在中國重慶“霧都”共同建設一座新的8英寸碳化硅器件合資制造工廠。此外，三安光電還將利用自研的碳化硅襯底工藝，單獨建造和運營一個新的8英寸碳化硅襯底制造廠。

重慶三安意法SiC項目總規(guī)劃投資約300億元人民幣，項目達產后將建成全國首條8英寸SiC襯底和晶圓制造線，具備年產48萬片8英寸SiC襯底、車規(guī)級MOSFET功率芯片的制造能力，預計營收將達170億人民幣。近日，重慶三安半導體SiC襯底工廠完成了主設備的入場。

意法半導體目標是到2024年，實現(xiàn)40%碳化硅襯底自給。另據韓媒6月報道，英飛凌將從2025年第三季度將其碳化硅功率半導體生產工藝從6英寸升級為8英寸。

03
Wolfspeed：美國+德國

Wolfspeed是最早量產8英寸碳化硅晶圓的廠商。Wolfspeed在美國紐約州布局的莫霍克谷（Mohawk Valley）SiC晶圓廠已于2022年4月開業(yè)，目前2024年7月達到20%的晶圓開工利用率，產能提升將持續(xù)到2027年。Wolfspeed的10號樓碳化硅材料（Building 10 Materials）工廠已實現(xiàn)其8英寸晶圓的生產目標，預計到2024年底，可支持莫霍克谷工廠約25%的晶圓開工利用率。

據介紹，莫霍克谷工廠是世界上第一家專門建造的全自動8英寸碳化硅工廠，與Wolfspeed市場領先的200毫米材料生產相結合，鞏固了Wolfspeed作為唯一一家完全垂直整合的200毫米碳化硅制造商的競爭地位。

莫霍克谷SiC晶圓廠
圖片來源：Wolfspeed

Wolfspeed于2022年9月，將在美國北卡羅來納州錫勒市查塔姆縣（(Chatham County)）建設John Palmour碳化硅制造中心（“JP”），計劃投資預計13億美元（近90億人民幣），項目一期工程預計2024年完成。新工廠毗鄰其現(xiàn)有的達勒姆(Durham)材料工廠，新工廠將制造8英寸碳化硅（SiC）晶圓，建成后碳化硅產能將再增加10倍，并將成為世界上最大、最先進的SiC材料工廠，預期在2025年夏季之前向莫霍克谷交付晶圓。

Wolfspeed當時表示，在2024年至本十年結束之前，公司根據需求擴大額外產能，預計最終目標445億元，建成超過100萬平方英尺的工廠。

John Palmour碳化硅制造中心
圖片來源：Wolfspeed

自此，Wolfspeed在美國部署建設3座碳化硅工廠，包括達勒姆（Durham）碳化硅襯底工廠（已建成）、莫霍克谷工廠（已落成）、查塔姆工廠（在建中）。

隨著8英寸碳化硅需求穩(wěn)步上升，Wolfspeed于2023年2月初宣布，聯(lián)合德國汽車供應商巨頭采埃孚，在德國薩爾州恩斯多夫建造全球最大、最先進的8英寸SiC器件制造工廠。該晶圓廠占地35英畝，計劃2027年投產，2030年滿產。不過，近期有消息稱，Wolfspeed推遲了德國工廠的計劃。資金方面，該工廠預計耗資約27.5億歐元（約合人民幣215億元），已獲得德國聯(lián)邦政府3.6億歐元（約合人民幣28億）及薩爾州政府1.55億歐元（約合人民幣12億元）的補貼。據悉，Wolfspeed還在申請《歐洲芯片法案》的資金援助。

待德國薩爾州工廠建成后，將與莫霍克谷SiC晶圓廠、北卡羅來納州John Palmour碳化硅制造中心一同成為Wolfspeed公司65億美元產能擴張計劃的重要組成部分，并且這三座工廠也是Wolfspeed主力布局8英寸碳化硅晶圓的重點駐扎地。

碳化硅200mm半導體芯片
圖片來源：Wolfspeed

04
安森美:韓國

目前安森美在韓國富川已落一子，即先進SiC超大型制造工廠。該工廠已于2023年10月完成擴建，并于2024年正式運行，目前富川SiC生產線主力生產6英寸晶圓，計劃在2025年完成相關技術驗證后，將轉為生產8英寸晶圓，工廠滿載時，可生產超過100萬片8英寸SiC晶圓/年。該公司近日透露，預計2024年產能為2023年的1.7倍；2026年產能規(guī)劃約為80萬片。

近年來，安森美SiC業(yè)務進展迅速，據TrendForce集邦咨詢指出，這主要歸功于其車用EliteSiC系列產品。自完成對GTAT收購后，目前onsemi的SiC襯底材料自給率已超過50%，隨著內部材料產能的提升，公司正在朝著毛利率達到50%的目標前進。

圖片來源：安森美

據外媒報道，安森美計劃于今年晚些時候推出8英寸SiC晶圓，并于2025年投產。安森美總裁兼首席執(zhí)行官Hassane El-Khoury本月初表示，公司仍然按計劃推進，今年將完成8英寸晶圓的認證，這包括從襯底到晶圓廠的整個流程。他強調，公司繼續(xù)加強其在汽車領域的碳化硅地位，同時與歐洲、北美和中國的領先全球原始設備制造商（OEM）一起擴大生產。

此外，工業(yè)材料供應商Entegris近日宣布，已與芯片制造商安森美半導體達成長期供應協(xié)議，提供制造碳化硅（SiC）半導體的技術解決方案。Entegris的產品之一化學機械平坦化(CMP)，正是芯片制造過程中用于去除硅晶片表面不規(guī)則性的關鍵工藝。

05 
羅姆：日本

羅姆決定將其位于日本宮崎縣的第二家工廠，即藍碧石半導體宮崎第二工廠，生產8英寸SiC襯底，主要供該公司內部使用，預計將于2024年開始投產。

宮崎第二工廠
圖片來源：羅姆官網

宮崎第二工廠原本是出光興產子公司太陽能前線（Solar Frontier）的原國富工廠，主要生產IC、傳感器、二極管、碳化硅功率器件、IGBT。羅姆于2023年7月宣布與太陽能前線就收購該公司原國富工廠資產事宜達成基本協(xié)議，并于同年11月成功將其收購納入麾下。

這將是羅姆首次在日本生產SiC襯底。在此之前，羅姆在日本擁有四個SiC功率半導體生產基地，分別位于京都總部、福岡縣筑后工廠、長濱工廠以及宮崎第一工廠。而此次該工廠將成為羅姆在日本最大規(guī)模的SiC功率半導體生產基地。

二、1.8倍芯片產量，8英寸SiC“妙”在何處？

資料顯示，碳化硅（SiC）是第三代半導體代表產品之一，應用在電動汽車、軌道交通、高壓輸變電、光伏、5G通訊等領域。相比傳統(tǒng)的Si半導體材料，SiC擁有3倍的禁帶寬度、3倍的熱導率、近10倍的擊穿場強、以及2倍的電子飽和漂移速率。理論上，相同耐壓的器件，SiC的單位面積的漂移層阻抗可以降低到Si的1/300。

硅（Si）和碳化硅（SiC）參數對比表格
圖片來源：qorvo官網

近年來，隨著汽車電動化浪潮來襲，汽車生產用半導體的數量有所增加，SiC功率半導體需求日漸增長。業(yè)界數據顯示，就電動汽車而言，使用SiC功率半導體時，行駛里程可以增加18~20%，預計未來汽車的采用率將從目前的15%提高到60%。

目前，碳化硅功率元件主要應用在汽車領域的主逆變器，包括OBC、DC、車外的充電樁等領域。TrendForce集邦咨詢指出，值得注意的是，在一些非汽車的市場，其實碳化硅的市場也非常值得關注，如工業(yè)領域的光伏、儲能。還有像目前AI浪潮推動的服務器領域，其實隨著芯片的功耗不斷的增加，也是推動了整個服務器功率密度的提高，那這其實也對碳化硅提出了新的需求。

xEV應用中經常使用的功率半導體分布圖
圖片來源：Macnica官網

令供應端又喜又憂的是，需求強烈意味著市場蘊含著更多機遇，但也不得不面對襯底材料短缺的問題。SiC器件的成本主要由襯底、外延、流片和封測等環(huán)節(jié)形成，襯底在SiC器件成本中占比高達~45%。從生產環(huán)節(jié)來看，碳化硅隱含著單晶生產周期長、環(huán)境要求高、良率低等問題，而碳化硅襯底的長晶生產環(huán)節(jié)需要在高溫、真空環(huán)境中進行，對溫場穩(wěn)定性要求高，并且其生長速度比硅材料有數量級的差異。因此，成本高、產量效果不明顯一直是碳化硅器件制造的痛點。

面對市場需求的熱烈呼吁，碳化硅大廠不斷做出相應解決方案，為了降低單個器件的成本，進一步擴大SiC襯底尺寸，在單個襯底上增加器件的數量是降低成本的主要途徑。從碳化硅尺寸發(fā)展來看，業(yè)界信息顯示，從4英寸升級到6英寸預計單片成本可降低50%，從6英寸到8英寸成本預計還能再降低35%，并且8英寸襯底能夠切出更多的芯片（預計可多切90%），邊緣浪費也會更低。

TrendForce集邦咨詢認為，碳化硅從6英寸升級到8英寸，襯底的加工成本有所增加，但可以提升芯片產量，8英寸能夠生產的芯片數量約為6英寸SiC晶圓的1.8倍，向8英寸轉型，是降低SiC器件成本的可行之法。同時，8英寸襯底厚度增加有助于在加工時保持幾何形狀，減少邊緣翹曲度，降低缺陷密度，從而提升良率，采用8英寸襯底能夠大幅降低單位綜合成本。

目前，6英寸、8英寸碳化硅襯底產品正在加速入市。針對價格變化方面，TrendForce集邦咨詢分析師表示，特別是在這幾年間，隨著中國廠商進入到整個碳化硅市場競爭之中，更是加速了整個碳化硅市場襯底價格的下降幅度。目前從整個碳化硅襯底價格的變化幅度看，6英寸導電型的碳化硅襯底價格，大概是從三四年前的1000美金下滑到了當前的500美金左右。

此外，放眼全球格局，碳化硅市場仍由意法半導體（ST）、Wolfspeed、英飛凌（Infineon）、安森美(onsemi)、羅姆（ROHM）五大廠占據主導地位。據TrendForce集邦咨詢研究顯示，2023年全球SiC功率元件產業(yè)在純電動汽車應用的驅動下保持強勁成長，前五大SiC功率元件供應商約占整體營收91.9%，其中意法半導體以32.6%市占率持續(xù)領先，onsemi則是由2022年的第四名上升至第二名。

三、碳化硅風起云涌                                   

碳化硅市場如火如荼，針對廠商們大舉擴產，搶抓市場機遇的舉動，TrendForce集邦咨詢認為，瘋狂的產能擴張背后亦蘊藏著價格和產能過剩風險，生產商們必須加以重視并積極調整應對。在此情況下，Infineon等IDM大廠在確保穩(wěn)定的材料供應后，已將更多注意力轉移到元件、封裝和應用技術上，這是未來關鍵競爭力之所在。但總的來說，SiC正處于一個快速成長和高度競爭的市場，規(guī)模經濟比任何其他因素更為重要。領先的IDM廠商紛紛一改過去保守、沉穩(wěn)的戰(zhàn)略姿態(tài)，轉而激進投資SiC擴張計劃，期望建立領導地位。

截至目前，除了上述提到的五家廠商之外，還有爍科晶體、南砂晶圓、天岳先進、天科合達、乾晶半導體、科友半導體、三安光電等均發(fā)布8英寸襯底相關擴產計劃；環(huán)球晶圓、東尼電子、合盛硅業(yè)、天成半導體、平煤神馬合資公司中宜創(chuàng)芯等企業(yè)透露正在研發(fā)8英寸襯底。據悉，已有超10家企業(yè)8英寸SiC襯底進入了送樣、小批量生產階段。

未來市場規(guī)模不斷擴大，SiC競賽選手不斷增加，賽場將愈發(fā)激烈。TrendForce集邦咨詢研究此前數據指出，8英寸的產品市占率不到2%，并預測2026年市場份額將成長到15%左右。

展望SiC市場未來前景，TrendForce集邦咨詢研究表示，盡管純電動汽車（BEV）銷量增速的明顯放緩已經開始影響到SiC供應鏈，但作為未來電力電子技術的重要發(fā)展方向，SiC在汽車、可再生能源等功率密度和效率極其重要的應用市場中仍然呈現(xiàn)加速滲透之勢，未來幾年整體市場需求將維持增長態(tài)勢，預估至2028年，全球SiC功率器件市場規(guī)模有望上升至91.7億美元。