作為推動(dòng)能源變革的關(guān)鍵技術(shù)，Infineon、ON Semi等功率半導(dǎo)體巨頭們已將SiC視為未來(lái)十年業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的強(qiáng)勁動(dòng)能。然而，原材料與關(guān)鍵設(shè)備的緊缺持續(xù)干擾著全球SiC供應(yīng)鏈的穩(wěn)定，“擴(kuò)產(chǎn)”將成為未來(lái)幾年活躍于產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵詞。

根據(jù)Wolfspeed預(yù)計(jì)，2022年全球碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)43億美元，2026年碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模有望成長(zhǎng)至89億美元。當(dāng)前SiC功率器件價(jià)格較高，是硅基IGBT的3~5倍左右，但憑借優(yōu)異的系統(tǒng)節(jié)能特性，SiC器件開始在新能源汽車、光伏、儲(chǔ)能等領(lǐng)域替代硅基器件。

過(guò)去幾年中，IDM廠商在12英寸晶圓廠上投資了數(shù)十億美元，用于制造IGBT等硅基功率元件，這使得完全折舊的6/8英寸晶圓廠現(xiàn)在可用于支持SiC大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)然，IDM廠商需要額外添置一些SiC專用生產(chǎn)設(shè)備，這包括超高溫CVD反應(yīng)器、高溫高能離子注入機(jī)、高溫氧化爐、晶圓級(jí)測(cè)試設(shè)備等。

硅晶圓在90年代經(jīng)歷了從6英寸到8英寸的轉(zhuǎn)變，隨后在大約十年后轉(zhuǎn)向12英寸晶圓。SiC正在經(jīng)歷著同樣的事情，當(dāng)前絕大多數(shù)SiC功率元件仍然依靠在6英寸晶圓上進(jìn)行生產(chǎn)，而為了進(jìn)一步降低成本并擴(kuò)大SiC滲透率，Wolfspeed等一線廠商已目光投向8英寸。這十分困難，但不得不做，我們可以看到Wolfspeed Mohawk Valley Fab的實(shí)際量產(chǎn)時(shí)間已經(jīng)被一再推遲，這同樣關(guān)系到其近幾個(gè)季度糟糕的財(cái)務(wù)狀況。


安森美戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型：all in碳化硅

安森美是全球汽車半導(dǎo)體龍頭，聚焦智慧電源及智慧感知業(yè)務(wù)。安森美前身為1999年摩托羅拉分拆的半導(dǎo)體部門，2000年美股上市，后陸續(xù)收購(gòu)眾多半導(dǎo)體制造商，在全球建立生產(chǎn)基地和設(shè)計(jì)工廠。2021年，公司收購(gòu)碳化硅廠商GTAT，增強(qiáng)碳化硅領(lǐng)域布局實(shí)力。2021財(cái)年，公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)收67.4億美元，同比增長(zhǎng)28.13%；歸母凈利潤(rùn)10.1億美元，同比增長(zhǎng)339.13%。

戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型：all in碳化硅，彰顯汽車野心。安森美收入包含電源方案部（功率）、先進(jìn)方案部（模擬、混合信號(hào)、邏輯）及智能感知部（CIS），下游涵蓋汽車、工業(yè)、通訊、消費(fèi)等。2020年12月，El-Khoury出任公司新CEO；2021年8月，公司變更品牌名（去“半導(dǎo)體”化）及LOGO，彰顯對(duì)于汽車下游的重視。碳化硅作為遠(yuǎn)期核心增長(zhǎng)點(diǎn)，在公司營(yíng)收比重不斷提升。而IDM轉(zhuǎn)Fab-liter模式，也切實(shí)推動(dòng)公司盈利能力改善。

激進(jìn)擴(kuò)產(chǎn)：或?yàn)閺椥宰畲笸婕?。?021年轉(zhuǎn)型以來(lái)，公司資本開支占營(yíng)收比例從2021Q1的5%提升至2022Q2的10%。2022年9月，安森美在捷克羅茲諾夫擴(kuò)建的SiC工廠落成，未來(lái)兩年內(nèi)產(chǎn)能將逐步提高16倍?？蛻舳?，公司不斷取得突破，市場(chǎng)預(yù)期其進(jìn)入北美大客戶并取得可觀的訂單金額。市場(chǎng)普遍關(guān)注Wolfspeed，對(duì)于安森美的研究相對(duì)較少，我們認(rèn)為安森美將成為碳化硅器件市場(chǎng)格局的最大變量。

供需測(cè)算：中短期格局偏緊，國(guó)產(chǎn)窗口期尚未關(guān)閉。根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，2021年碳化硅器件端，安森美份額為7%，我們預(yù)計(jì)未來(lái)將持續(xù)提升；CR5之外的份額為12%，國(guó)產(chǎn)化率目前較低。碳化硅市場(chǎng)需求飽滿，汽車市場(chǎng)的確定性增長(zhǎng)，疊加儲(chǔ)能等新興領(lǐng)域出現(xiàn)，經(jīng)我們測(cè)算，到2025年，全球碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到74.3億美元。我們判斷，2025年前，供需將持續(xù)趨緊，國(guó)產(chǎn)將留有一定的發(fā)展窗口期。

SiC廠商逐步完成襯底布局

全球領(lǐng)先的SiC器件供應(yīng)商ST、英飛凌、Wolfspeed、ON Semiconductor、Rohm等基本上都有自己相對(duì)穩(wěn)定的襯底供應(yīng)渠道。

Rohm于2009年收購(gòu)了德國(guó)SiC襯底和外延片供應(yīng)商SiCrystal。SiCrystal是一家總部位于德國(guó)紐倫堡的SiC晶圓制造商。羅姆從2010年開始在全球率先量產(chǎn)SiC MOSFET，至此，羅姆已經(jīng)推出了第四代SiC MOSFET。將本產(chǎn)品用于車載逆變器時(shí)，與使用IGBT相比，功耗可降低6%。對(duì)延長(zhǎng)電動(dòng)車的續(xù)航里程很有幫助。雖然公司規(guī)模不是很大，但SiCrystal的關(guān)鍵技術(shù)已作為SiC功率半導(dǎo)體廣泛應(yīng)用于全球電動(dòng)汽車，公司已成為SiC晶圓市場(chǎng)的領(lǐng)先企業(yè)之一。

自2019年收購(gòu)瑞典SiC襯底供應(yīng)商N(yùn)orstel以來(lái)，該公司一直在考慮IDM模式。但Norstel在瑞典的產(chǎn)能有限，ST不得不依賴與Wolfspeed的長(zhǎng)期SiC晶圓供應(yīng)協(xié)議，為ST供應(yīng)150mm SiC裸晶圓和外延晶圓。因此，2022年10月，ST宣布將在意大利建立一個(gè)集成的SiC襯底制造工廠，該工廠將與意法半導(dǎo)體位于意大利卡塔尼亞的工廠現(xiàn)有的SiC器件制造工廠一起建設(shè)。生產(chǎn)150mm SiC外延基板的工廠。據(jù) Yole Intelligence 化合物半導(dǎo)體和新興基板團(tuán)隊(duì)的首席分析師 Ezgi Dogmus 稱，這使 ST 到 2024 年能夠達(dá)到 40% 的內(nèi)部基板采購(gòu)。

2022年12月初，ST宣布與Soitec合作開發(fā)SiC襯底制造技術(shù)，并在其未來(lái)200mm襯底制造中采用Soitec的SmartSiC技術(shù)為其器件和模塊制造業(yè)務(wù)提供支持，并有望實(shí)現(xiàn)中期量產(chǎn)。ST還暗示在不久的將來(lái)開發(fā)200mm SiC晶圓。

2021年11月1日，安森美半導(dǎo)體收購(gòu)SiC襯底供應(yīng)商GT Advanced Technologies（“GTAT”），實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合，確保產(chǎn)能和品質(zhì)的穩(wěn)定性。安森美半導(dǎo)體是目前為數(shù)不多的能夠提供從襯底到模塊的端到端 SiC 解決方案的供應(yīng)商之一。此外，為滿足市場(chǎng)對(duì)SiC需求的加速增長(zhǎng)，安森美半導(dǎo)體仍在大力投資擴(kuò)產(chǎn)：2022年8月11日，安森美半導(dǎo)體位于新罕布什爾州哈德遜的SiC工廠竣工。建成后，碳化硅（SiC）產(chǎn)能將同比增長(zhǎng)5倍；2022 年 9 月，安森美半導(dǎo)體將在捷克共和國(guó)羅茲諾夫完成其擴(kuò)建的碳化硅 (SiC) 工廠。

這些廠商雖然通過(guò)收購(gòu)建立了自己的襯底供應(yīng)，但產(chǎn)能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，因此仍與全球最大的SiC襯底和外延片供應(yīng)商Wolfspeed綁定。Wolfspeed約占全球總量的60%。SiC 晶圓產(chǎn)能的百分比。2022年，Wolfspeed全球首家8英寸SiC工廠啟動(dòng)，小規(guī)模試產(chǎn)正在進(jìn)行中。預(yù)計(jì)在今年上半年完成初始認(rèn)證并開始供貨，這也向行業(yè)發(fā)出了一個(gè)積極的信號(hào)。

2022 年 10 月，Wolfspeed 宣布了一項(xiàng)耗資 65 億美元的多年產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃，其中包括在公司最先進(jìn)的 200 毫米莫霍克谷工廠以及北卡羅來(lái)納州 445 平方英尺的工廠安裝額外設(shè)備。一畝碳化硅材料廠的建設(shè)將使公司現(xiàn)有材料產(chǎn)能擴(kuò)大10倍以上。第一階段的建設(shè)計(jì)劃于公司 2024 財(cái)年末完成。博格華納向 Wolfspeed 投資 5 億美元，以確保高達(dá) 6.5 億美元的碳化硅器件年產(chǎn)能供應(yīng)。

不過(guò)近年來(lái)，Wolfspeed也開始向SiC器件如SiC MOSFET、SiC二極管、SiC模塊等領(lǐng)域延伸。根據(jù)Wolfspeed發(fā)布的消息，未來(lái)包括奔馳、捷豹路虎在內(nèi)的電動(dòng)汽車都將采用Wolfspeed的SiC器件提供動(dòng)力。

對(duì)于這種競(jìng)爭(zhēng)與合作的關(guān)系，Wolfspeed CEO Gregg Lowe此前表示，公司將以同樣的優(yōu)先級(jí)支持這兩種不同的商業(yè)模式。他認(rèn)為，未來(lái)10年，Wolfspeed仍將與這些半導(dǎo)體客戶和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手保持良性的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。Wolfspeed 需要合作伙伴幫助功率半導(dǎo)體行業(yè)從硅器件向碳化硅器件轉(zhuǎn)型。

誠(chéng)然，對(duì)于碳化硅這樣性能優(yōu)異、產(chǎn)業(yè)急需、但挑戰(zhàn)重重的材料，在競(jìng)爭(zhēng)中合作、在合作中共贏是產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的主要手段。

綜上所述，可以看出在SiC襯底方面，ON Semiconductor有GTAT，ST有Norstel，Rohm有SiCrystal，Wolfspeed自己生產(chǎn)SiC襯底。為什么SiC領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)這樣的發(fā)展趨勢(shì)？北京市半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)朱晶表示：“之所以出現(xiàn)這種趨勢(shì)，主要是因?yàn)樘蓟韫┬铇O度失衡，碳化硅襯底的需求量非常大，被業(yè)界認(rèn)為產(chǎn)業(yè)成為長(zhǎng)期持續(xù)的趨勢(shì)，SiC襯底的產(chǎn)能因良率問(wèn)題無(wú)法滿足快速增長(zhǎng)的需求，導(dǎo)致器件廠商“囤貨”的沖動(dòng)。


SiC材料特性優(yōu)異，新能源汽車、光伏驅(qū)動(dòng)行業(yè)成長(zhǎng)

SiC電氣特性優(yōu)越，有望成為最具前景的半導(dǎo)體材料之一。半導(dǎo)體材料位于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈最上游，屬于芯片制造與封測(cè)的支撐性產(chǎn)業(yè)，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中細(xì)分領(lǐng)域最多的環(huán)節(jié)。近年來(lái)，全球半導(dǎo)體材料市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)健增長(zhǎng)，而從被研究和規(guī)?；瘧?yīng)用的先后順序看，半導(dǎo)體材料發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個(gè)階段。其中，以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體，具備耐高壓、耐高溫和低能量損耗等優(yōu)越性能，可以滿足電力電子技術(shù)對(duì)高溫、高功率、高壓、高頻及抗輻射等惡劣工作條件的新要求，有望成為半導(dǎo)體材料領(lǐng)域最具前景的材料之一。

碳化硅下游應(yīng)用廣泛，新能源汽車、光伏等驅(qū)動(dòng)行業(yè)成長(zhǎng)。SiC產(chǎn)業(yè)鏈包括上游SiC襯底材料的制備、中游外延層生長(zhǎng)、器件制造以及下游應(yīng)用市場(chǎng)。從下游應(yīng)用看，SiC襯底可分為半絕緣性襯底和導(dǎo)電性襯底，其中半絕緣SiC襯底主要用于制作微波射頻器件，用于5G通訊、雷達(dá)等高頻需求領(lǐng)域，導(dǎo)電型襯底則用于制作功率器件，用于新能源汽車、光伏發(fā)電等高壓需求領(lǐng)域。近年來(lái)，SiC功率器件在下游應(yīng)用中嶄露頭角，應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的消費(fèi)電子、工業(yè)控制、電力傳輸、計(jì)算機(jī)、軌道交通等領(lǐng)域，擴(kuò)展至新能源汽車、風(fēng)光儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新興應(yīng)用領(lǐng)域，其中新能源汽車、光伏等領(lǐng)域的快速發(fā)展給SiC帶來(lái)增量需求，驅(qū)動(dòng)碳化硅行業(yè)不斷成長(zhǎng)。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，到2025年，全球SiC市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到25.60億美元，2019-2025年復(fù)合增速高達(dá)29.53%。

政策支持+成本下降，碳化硅國(guó)產(chǎn)替代有望加速。近年來(lái)，國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)政策鼓勵(lì)SiC行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新，疊加SiC襯底向大尺寸演進(jìn)，有效提升材料使用率，以及晶棒、襯底良率持續(xù)提升，未來(lái)碳化硅器件的生產(chǎn)成本有望持續(xù)下降，預(yù)計(jì)在高電壓場(chǎng)景中將先具備替代優(yōu)勢(shì)。目前海外廠商在碳化硅領(lǐng)域占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)企業(yè)仍在起步階段，技術(shù)不斷追趕同時(shí)產(chǎn)能尚在爬坡，隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品得到驗(yàn)證進(jìn)程加速，下游廠商認(rèn)可程度不斷提升，海外企業(yè)與國(guó)內(nèi)企業(yè)差距相對(duì)縮小，國(guó)產(chǎn)替代具備廣闊的市場(chǎng)空間。