沒有「安全感」的英飛凌

本文來自微信公眾號：半導體行業觀察 （ID：icbank），作者：杜芹DQ，題圖來自：視覺中國

電動汽車可以稱得上是SiC的殺手級應用，據YOLE的數據統計，預計超過70%的收入（相當於47億美元）將來自EV/混合動力汽車市場。伴隨着電動汽車的快速興起，SiC芯片的需求與日俱增。爲了確保可靠供應，一家整車廠簽訂多家SiC芯片製造商是行業普遍現象。在接下來很長的幾年內，SiC芯片供不應求將是常態。

圖源：YOLE

作為發展SiC芯片的關鍵，襯底佔據着重要的位置，SiC襯底不僅佔功率元件成本比重高，且與產品質量密切相關。如果説前幾年，一眾SiC器件廠商還紛紛依賴於綁定Wolfspeed（原來的Cree）來保證SiC襯底的產能，那麼現在一切局勢已經發生扭轉。全球領先的SiC器件供應商如羅姆、安森美、意法半導體等，已經陸續買下和投資了不同的優質SiC襯底供應商，開始建立內部襯底供應，從SiC襯底垂直整合到設備製造。

但是作為全世界第一個發明商用SiC器件的英飛凌而言，卻仍缺少自有襯底的供應。作為硅基功率半導體的全球第一廠商，英飛凌自然希望將在硅基領域的優勢延伸到化合物半導體領域，而目前基礎材料的不足也確實是英飛凌的隱患之一。據YOLE的數據，按2021年的營收來算，英飛凌佔據全球SiC市場的第二名。在SiC這一頗具發展潛力、又波雲詭譎的市場中，英飛凌似乎愈發變得沒有安全感。

SiC廠商逐漸補齊襯底版圖

全球領先的SiC器件供應商ST、英飛凌、Wolfspeed、安森美、羅姆等，基本都已有自己比較穩定的襯底供貨渠道。

羅姆於2009年收購德國SiC襯底和外延片供應商SiCrystal，SiCrystal是一家總部位於德國紐倫堡的SiC晶圓製造商。羅姆自2010年在全球率先開始量產SiC MOSFET，至今，羅姆已推出第4代SiC MOSFET，在車載逆變器中採用該產品時，與使用IGBT時相比，電耗可以減少6%，非常有助於延長電動汽車的續航里程。雖然公司規模不是很大，但是SiCrystal關鍵技術現已作為SiC功率半導體廣泛應用於世界各地的電動汽車中，該公司已經成為SiC晶圓市場的先進企業之一。

自2019年收購瑞典SiC襯底供應商Norstel以來，該公司一直在考慮IDM模式。然而，Norstel在瑞典的產能有限，所以ST不得不依賴於與Wolfspeed的長期SiC晶圓供應協議，為ST提供150mm SiC裸晶圓和外延晶圓。於是，2022年10月份，ST宣佈將在意大利建立綜合SiC基板製造工廠，該工廠與現有的SiC器件製造設施一起，安置在意法半導體位於意大利卡塔尼亞的工廠旁邊，並且將成為歐洲第一家量產150mm SiC外延襯底的工廠。據YOLE Intelligence化合物半導體和新興基板團隊首席分析師 Ezgi Dogmus稱，這使ST能夠在2024年之前達到40%的內部襯底採購份額。

2022年12月初，ST又宣佈與Soitec合作開發SiC襯底製造技術，在其未來的200mm基板製造中採用Soitec的SmartSiC™技術，為其器件和模塊製造業務提供支持，並有望在中期實現量產。ST還暗示將在不久的將來開發200毫米SiC晶圓。

安森美於2021年11月1日收購了SiC襯底供應商GT Advanced Technologies（"GTAT"），實現了產業鏈的垂直整合，確保產能和質量的穩定。安森美目前已是少數能提供從襯底到模塊的端到端SiC方案供應商之一。除此之外，爲了滿足市場對SiC需求的加速增長，安森美還在大力投資擴產：2022年8月11日，安森美位於新罕布什爾州哈德遜市的SiC工廠落成，建成之后碳化硅產能將同比增長五倍；2022年9月，安森美在捷克共和國羅茲諾夫擴建的碳化硅工廠落成，並將在未來兩年內將其碳化硅 晶圓產能提高16 倍，進一步擴大晶圓和SiC EPI製造。

雖然這些廠商通過收購已經都建立了自己的襯底片供應，但是產能還遠遠跟不上，所以他們仍舊與目前全球最大的SiC襯底和外延片供應商Wolfspeed繼續綁定，Wolfspeed約佔全球60%的SiC晶圓產能。2022年Wolfspeed的全球首座8英寸SiC工廠啟動，持續小量試產中，預計今年上半年完成初始認證並開始供貨，這也為產業傳遞了積極的信號。

2022年10月，Wolfspeed宣佈了一個將長達數年、耗資65億美元的產能擴充計劃，這其中包括了在公司先進的200mm莫霍克谷工廠安裝更多設備，以及位於北卡羅納州佔地445英畝碳化硅材料工廠的建設，這將使公司現有的材料產能擴大10倍以上。一期建設計劃將於公司2024財年年底完成。博格華納向Wolfspeed投資5億美元，來保障高達6.5億美元碳化硅器件年度產能供應。

不過近幾年Wolfspeed也開始向SiC器件如SiC MOSFET、SiC二極管、SiC模塊等領域延伸。據Wolfspeed發佈的消息，包括梅賽德斯-奔馳、捷豹路虎等在未來的電動汽車都將採用Wolfspeed的SiC器件來提供動力。

Wolfspeed SiC產品一覽（圖源：Wolfspeed）

對於這種既競爭又合作的關係，此前Wolfspeed CEO Gregg Lowe表示，公司會以同樣的優先級來支持這兩種不同的商業模式。他認為在未來10年內Wolfspeed與這些半導體客户兼競爭對手仍然是良性的競合關係，Wolfspeed需要夥伴來助推功率半導體產業從硅器件向碳化硅器件轉變。

誠然，對於SiC這樣性能優良、業界緊需，但又挑戰頗多的材料而言，在競爭中合作，在合作中共贏，是產業快速向前發展的一大手段。

綜上可以看出，在SiC襯底方面，安森美有GTAT，ST有Norstel，羅姆有SiCrystal，Wolfspeed本身就自產SiC襯底。為何SiC領域會有這樣的發展趨勢，北京半導體行業協會副祕書長朱晶對此表示：「主要還是SiC供需極度不平衡的問題，目前電動汽車800V高壓平臺對SiC器件的需求量很大，並且被業界認為是一個長期持續的趨勢，而SiC襯底的產能又因為良率的問題無法滿足快速增長的需求，造成了器件廠商的「備貨」衝動。」

沒有SiC襯底的英飛凌，廣籤合約保供

在頭部幾家SiC大廠中，就英飛凌一家還沒有SiC襯底，其實英飛凌此前也是有意要收購SiC襯底廠商的，2016年7月，英飛凌曾計劃以8.5億美元的現金收購Cree旗下Wolfspeed功率和射頻業務部。但后來因為美國政府的反對，讓這次收購沒能進行下去。

在朱晶看來，雖然目前「沒有站隊」的SiC襯底廠商不多了，但仍然看好未來英飛凌會投資或收購一家SiC襯底廠商，畢竟英飛凌收購了Siltectra，擁有Cold Spilt可以提升SiC晶圓切割的良率，有一家可控的襯底廠商也可以讓Cold Spilt技術優勢得到最大發揮。

2018年，英飛凌收購了碳化硅晶圓切割領域的新鋭公司Siltectra，因此獲得了的Siltectra的冷分裂技術（Cold Spilt）。這也算英飛凌在襯底領域的一個關鍵佈局，因為在襯底加工環節，切割可以説是整個產能最大的瓶頸。現有的SiC晶圓切片方法大多使用金剛石線鋸，然而，由於碳化硅的高硬度，加工時間較長，需要大量的金剛石線鋸來批量生產硅片。但是在切片過程中會有大量的材料丟失，這就導致單個晶錠生產出的晶圓數量就很少，切割是製造SiC功率器件成本增加的一個主要因素。

SILTECTRA™ 碳化硅晶片分裂工藝，（圖源：Wolfspeed）

據悉，英飛凌收購的Siltectra的冷分裂技術，能將SiC晶圓的良率提高90%，在相同碳化硅晶錠的情況下，它可以提供3倍的材料，可生產更多的器件，最終SiC器件的成本可以降低20%～30%。

但是即使有切割技術，如果沒有襯底片產能的保證，也是巧婦難為無米之炊。所以無依無靠的英飛凌幾乎簽下了所有全球主要的SiC襯底供應商：

• 2023年1月12日，英飛凌與Resonac Corporation（前身為昭和電工株式會社）簽署了一項新的多年供應與合作協議，新合同將深化雙方在SiC方面的長期合作伙伴關係材料。根據協議，Resonac將為英飛凌提供用於生產SiC半導體的SiC材料，覆蓋未來十年預測需求的兩位數份額。初始階段主要側重在6英寸晶圓，不過兩家也將繼續向8英寸晶圓直徑過渡。

• 2022年8月23日，II-VI與英飛凌簽署多年合同，將向英飛凌提供用於電力電子的6英寸SiC襯底，而且II-VI和英飛凌還計劃將合作向8英寸SiC襯底過渡。

• 2020年11月9日，英飛凌與GTAT簽署了碳化硅（SiC）晶錠的供應協議，合同的初始期限為五年

• 2018年2月26日，Cree（現名：Wolfspeed）宣佈與英飛凌簽訂長期碳化硅晶圓供應協議，該協議規定Cree向英飛凌供應先進的150毫米SiC晶圓。

除此之外，據說英飛凌還在加緊驗證另外幾家襯底供應商的產品，其中還有國產廠商的襯底和外延片樣品已送樣。

英飛凌目前正在積極擴大其SiC製造能力，到2027年，英飛凌的SiC製造能力即將增長十倍，其目標是在本十年末達到30%的市場份額。英飛凌近日還出售了其HiRel DC-DC轉換器業務，加大對高可靠性市場核心半導體開發的關注和投資。

寫在最后

垂直整合是目前SiC行業的主要趨勢。四年前，提到SiC襯底供應商可能第一想到的是Wolfspeed，而隨着SiC器件廠商不斷將一些小型的襯底廠商併購整合，現在SiC襯底的供應商至少已增至8家，晶圓也從之前的3000美元下降到1000美元。隨着SiC襯底的產能建設，生產工藝的不斷改進，SiC的成本會進一步降低。

「現在SiC襯底廠商在做器件，器件廠商通過收購或者投資的方式也在加強對襯底產能的控制，同時一家器件廠商可能有多家SiC襯底廠商備供的現象也越來越多，都是源於對SiC市場爆發性增長的強烈預期，以及目前SiC的產能還不能快速增加的預期。國外廠商從襯底到器件的全產業鏈IDM模式將利於國外SiC產品的迅速上量，搶佔市場。」朱晶表示。

但此舉將不利於國內SiC器件廠商和國外進行競爭，同時因為國外的襯底產能都被以長約的形式包給了英飛凌等企業，為我國眾多依賴海外襯底的SiC器件廠商帶來了斷供風險。朱晶談到，建議國內的SiC器件和襯底廠商加強產業鏈上下游的合作，降低對海外襯底的依賴程度，同時希望國內領軍的SiC企業可以參考國外的模式，儘快做大做強，以滿足國內各類市場對SiC的強勁需求。

本文來自微信公眾號：半導體行業觀察 （ID：icbank），作者：杜芹DQ