在蓬勃發(fā)展的電動(dòng)汽車需求和半導(dǎo)體自給自足的長期目標(biāo)的推動(dòng)下，中國致力于發(fā)展基于碳化硅 (SiC) 的電力電子產(chǎn)品。中國超越西方碳化硅供應(yīng)商的計(jì)劃是什么？
問題來了：中國的碳化硅“玩家”有哪些？中國在新興技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)施上投入了多少資金？中國供應(yīng)商是否正在制定不同的商業(yè)戰(zhàn)略來征服 SiC 市場？這些謎題中的每一個(gè)都讓全球電力電子高管徹夜難眠。
Yole Intelligence 化合物半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)首席分析師 Ezgi Dogmus 表示，中國SiC 是“脫鉤時(shí)代”的典型代表。
在當(dāng)今復(fù)雜的形勢下，技術(shù)沿著不同的路徑發(fā)展。例如，西方 SiC 供應(yīng)商可能在中國成立合資企業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的全球 SiC 研發(fā)和生產(chǎn)的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。我們?cè)谶@個(gè)脫鉤時(shí)代”看到的是兩個(gè)獨(dú)立的 SiC 技術(shù)、制造和供應(yīng)鏈基礎(chǔ)設(shè)施的并行發(fā)展。
“我們將看到競爭格局如何形成，”O(jiān)nsemi 執(zhí)行副總裁兼電源解決方案集團(tuán)總經(jīng)理 Simon Keeton 在最近接受 Ojo-Yoshida Report 采訪時(shí)指出?！捌駷橹?，我還沒有看到中國在碳化硅器件方面的競爭。”
為了滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力需求，中國仍然從美國、歐洲和日本的制造商那里采購SiC器件。其中包括 Onsemi、Infineon、STMicroelectronics、Wolfspeed 和 Rohm。誰也無法猜測中國多久能夠扭轉(zhuǎn)供應(yīng)鏈。
目前，西方的許多SiC企業(yè)淡化了中國在全球市場上的作用，主要是因?yàn)橹袊耐顿Y集中在SiC晶圓上，而不是SiC MOSFET等器件級(jí)開發(fā)。Yole的Dogmus表示，那些在中國建立SiC產(chǎn)能和能力的器件廠商還沒有能力與歐盟和美國的廠商競爭。
但情況正在開始發(fā)生變化。在上個(gè)月的慕尼黑電子展上，英飛凌科技公司的首席執(zhí)行官Jochen Hanebeck指出："我看到中國打算用寬帶隙半導(dǎo)體，尤其是用碳化硅來取代硅功率半導(dǎo)體。”
鑒于中國需求的增長，Hanebeck 警告不要低估中國：“如果一些中國芯片制造商很快能夠提供SiC 創(chuàng)新，我不會(huì)感到驚訝。從統(tǒng)計(jì)上來說，這很有可能?！?/p>
動(dòng)機(jī)
中國將電力電子視為進(jìn)入全球半導(dǎo)體行業(yè)的跳板。中國正在 SiC 領(lǐng)域打一場持久戰(zhàn)，目標(biāo)是在未來十年內(nèi)最終超越西方制造商。
計(jì)劃
在2021年3月發(fā)布的最新五年計(jì)劃（2021-2025）中，北京將 SiC 確定為“第三代半導(dǎo)體”中最有前途的技術(shù)之一。規(guī)劃者認(rèn)為碳化硅對(duì)中國的“新基建”至關(guān)重要。功率半導(dǎo)體器件的快速采用將加速中國在手機(jī)快速充電、電動(dòng)汽車和 5G 通信方面的發(fā)展。 催化劑
SiC在中國的發(fā)展勢頭源于強(qiáng)勁的電動(dòng)車需求。自從比亞迪在2020年推出漢EV——中國第一輛基于SiC主逆變器的電動(dòng)車以來，從Nio到Xpeng的眾多中國電動(dòng)車OEM正在推出基于SiC技術(shù)的電動(dòng)車車型。
基于 SiC 的器件的優(yōu)點(diǎn)包括能量耗散更少。SiC 器件在更高頻率下的開關(guān)效率也高于標(biāo)準(zhǔn)芯片。其結(jié)果是運(yùn)行效率更高、尺寸更小、重量更輕，從而提供更小的設(shè)計(jì)，同時(shí)降低了電動(dòng)汽車的冷卻要求。
中國的電動(dòng)車公司現(xiàn)在正從西方供應(yīng)商那里采購SiC器件。其目的是減弱其電動(dòng)車行業(yè)對(duì)外國供應(yīng)商的依賴性。
參與者
與西方SiC供應(yīng)商處理整個(gè)供應(yīng)鏈不同，中國企業(yè)采取了一種更細(xì)分的方法，專注于SiC生產(chǎn)過程的某些部分。其中包括SiC 晶錠（或襯底）、SiC外延和芯片加工、二極管和晶體管設(shè)計(jì)以及模塊封裝。在每個(gè)SiC供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)都出現(xiàn)了“玩家”。
中國的SiC“玩家”來自非常不同的背景，范圍從晶圓制造商到汽車制造商。
中國領(lǐng)先的SiC襯底企業(yè)包括TankeBlue和SICC。Yole的Dogmus補(bǔ)充說："Sunlight和SEMISiC也是值得密切關(guān)注的企業(yè)。" 三安集成電路公司采用混合業(yè)務(wù)模式，將代工和集成器件制造（IDM）業(yè)務(wù)結(jié)合起來，同時(shí)也在從事襯底制造。
雖然缺乏一個(gè)領(lǐng)先的IDM，但中國可以通過利用其整體制造能力來彌補(bǔ)其目前在SiC晶圓、器件和模塊方面的不足。Dogmus說，"中國因其在消費(fèi)產(chǎn)品方面的成功而聞名，在代工廠、封裝等方面形成了成熟的分工。
例如，"中國企業(yè)在SiC襯底、外延片和封裝方面都有很好的定位"。SiC器件制造 "被認(rèn)為是下一輪競爭的關(guān)鍵步驟，"她說。Dogmus預(yù)計(jì)主要的IDM將建立大規(guī)模的器件產(chǎn)能。"這是一個(gè)誰在價(jià)值鏈中占據(jù)更高份額的問題"。
Yole 斷言，中國器件制造商可能很快會(huì)生產(chǎn)用于汽車應(yīng)用的 SiC 二極管。像 SiC MOSFET 這樣的器件是另一回事?！埃▽?duì)中國供應(yīng)商而言）可能需要三年或更長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。截至目前，三安集成發(fā)布了車規(guī)級(jí) MOSFET，但尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。”Yole 報(bào)道稱。
來源：Yole Intelligence
投資
世界各地的 SiC 廠商都在對(duì)晶圓進(jìn)行大量投資。
Yole化合物半導(dǎo)體技術(shù)和市場高級(jí)分析師Poshun Chiu告訴我們："襯底是SiC器件成本的一個(gè)非常大的部分....。對(duì)于參與者來說，擁有自己的內(nèi)部供應(yīng)是非常重要的，這樣他們就可以長期控制其器件開發(fā)的內(nèi)部成本"。
這也解釋了最近幾個(gè)月西方 SiC 廠商紛紛宣布投資 SiC 晶圓生產(chǎn)的原因。
中國的投資活動(dòng)也集中在SiC晶圓生產(chǎn)上。中國領(lǐng)先的n型SiC供應(yīng)商TankeBlue公司已投入10億美元在大興和北京建設(shè)6英寸和8英寸晶圓生產(chǎn)線。Yole表示，一期工程預(yù)計(jì)今年完成，年產(chǎn)10萬片晶圓，計(jì)劃在 2025 年擴(kuò)大產(chǎn)能。TankeBlue 還瞄準(zhǔn)了制造設(shè)備領(lǐng)域。
SICC是另一家專注于射頻應(yīng)用的碳化硅晶圓公司，于1月在上海交易所上市，為位于上海臨港保稅區(qū)的生產(chǎn)n型碳化硅晶圓的工廠融資。據(jù)Yole報(bào)道，其產(chǎn)能目標(biāo)是在2024年達(dá)到每年30萬片6英寸n型碳化硅晶圓。
立足于LED（GaN/GaAs）領(lǐng)域的三安光電，與三安集成電路在廈門開展化合物半導(dǎo)體代工業(yè)務(wù)。三安在湖南的一家工廠投資 23 億美元，以支持 SiC 晶體生長、晶圓和外延片生產(chǎn)以及器件制造和封裝。
SMIC通過投資位于紹興的中芯集成(SMEC) 進(jìn)入 SiC 市場。SMEC 成立于 2018 年，為 MEMS、IGBT 和 MOSFET 提供工藝平臺(tái)。中芯國際現(xiàn)在為包括 SiC 在內(nèi)的寬帶隙半導(dǎo)體提供代工服務(wù)和模塊封裝。
比亞迪計(jì)劃分拆其半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，通過寧波的6英寸晶圓廠開發(fā)內(nèi)部IGBT和SiC器件。到2026年，1億美元的產(chǎn)能擴(kuò)張將每月提供2萬塊6英寸晶圓。
競爭
西方碳化硅供應(yīng)商在面對(duì)中國碳化硅競爭對(duì)手之前可能有幾年的緩沖期。
英飛凌首席執(zhí)行官Hanebeck指出，為了在基于SiC的電源系統(tǒng)中處于領(lǐng)先地位，制造商必須超越 "單個(gè)開關(guān)，了解應(yīng)用和整個(gè)系統(tǒng)"。因此，英飛凌正在研究的不僅僅是電源開關(guān)的芯片組，還有驅(qū)動(dòng)器、微控制器和配套的軟件。
Wolfspeed 首席執(zhí)行官 Gregg Lowe 將 SiC 描述為“一項(xiàng)棘手的技術(shù)，目前世界上還沒有真正大量的知識(shí)。”
Lowe 預(yù)見 SiC 行業(yè)還有很長的路要走，以推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)削減成本和提高產(chǎn)量，這需要很大的耐心。
到目前為止，還沒有西方碳化硅供應(yīng)商向中國供應(yīng)碳化硅晶錠。Yole 的 Dogmus 觀察到：“一般來說，晶圓供應(yīng)商更愿意在內(nèi)部擁有‘神奇秘方’，并將其保存在增長的國家/地區(qū)?！?/p>
Dogmus指出，鑒于中美之間的技術(shù)競爭，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)勢在必行。晶圓生產(chǎn)商必須擁有自己的配方和知識(shí)產(chǎn)權(quán)。知識(shí)產(chǎn)權(quán)將是所有新加入者的問題，包括中國和歐洲。在制造設(shè)備領(lǐng)域，中國有多家熔爐和備件供應(yīng)商，這有助于中國新企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)入。
來源：Yole Intelligence
結(jié)語
如果碳化硅是一場持久戰(zhàn)，那么中國可以通過培育其電力電子行業(yè)而占得先機(jī)。Yole報(bào)告說，由于沒有季度目標(biāo)，中國有 大量的時(shí)間和金錢以及數(shù)百萬熟練的員工，可以在SiC領(lǐng)域取得成功。在“脫鉤時(shí)代”， 全球SiC產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)出兩個(gè)動(dòng)態(tài)并行發(fā)展的SiC生態(tài)圈。