争抢SiC商机,第三代半导体国际巨头扩产、收购一桩又一桩

电动汽车、5G等新兴应用对于功率组件性能需求更高,进而带动化合物半导体发展。根据工研院产业科技国际策略发展所估计,2020年全球化合物半导体产值大于1,000亿美元,占整体半导体产值约18.6%;到了2025年,全球化合物半导体产值将增长至1,780亿美元,主要应用包括高端通信、功率组件、光电应用等。

如此庞大的商机,也使得科技产业竞相投入发展。根据国际半导体产业协会(SEMI)日前发布的功率暨化合物半导体芯片厂预期报告(SEMI Power and Compound Fab Outlook to 2024)指出,全球功率暨化合物半导体芯片厂设备支出在无线通信、绿色能源以及电动汽车等应用的带动下,过去几年呈现快速的扩张,预估相关投资将在2021年增长约20%至70亿美元,创历史新高,2022年则预计将再增长至约85亿美元,年复合增长率(2017-2022)高达15%。

电动汽车是SiC主要应用领域

受材料本身特性的限制,传统硅基功率组件已经渐渐难以满足电动汽车对组件高功率及高频性能的需求;而化合物半导体,特别是碳化硅(SiC)这类的宽能隙半导体材料,能耐高压、高电流、高温,还具备高能源转换、高频运行等特性,可实现低导通电阻、高速开关和耐高温高压工作,因此近年来备受关注。

尤其是特斯拉(Tesla)在Model 3的逆变器模块上采用碳化硅后,碳化硅便越来越受重视,且正加速攀升中。根据市调机构Yole Développement资料显示,许多车厂持续对基于碳化硅组件的主逆变器(Inverter)、车载充电单元(OBC)及DC/DC转换器进行验证,准备搭载在未来推出的车款上。车用碳化硅组件市场将维持快速增长的步伐,预计到2025年,市场规模将达15亿美元,2019-2025年间的复合年增率(CAGR)为38%。

简而言之,目前SiC最大的应用市场便在新能源车,这也使得多数功率半导体大厂积极与车厂合作,加速电动汽车发展。像是中国汽车制造商吉利汽车与罗姆(ROHM)缔结战略合作伙伴关系,通过各种车电应用的开发,加速汽车领域的技术创新。据悉,吉利计划运用ROHM的先进碳化硅功率解决方案,开发高效电控系统和车载充电系统,以延长电动汽车的续航里程,同时降低电池成本并缩短充电时间。

罗姆与吉利汽车合作,加速开发电动汽车SiC方案。 (Source:罗姆)

拓展SiC市场版图,3大巨头收购、扩产不停歇

虽说各大汽车品牌、半导体企业已纷纷投入SiC发展,不过目前碳化硅组件的最大挑战仍是成本偏高,使得各厂商在推出新技术、产品之时,也想方设法的增加SiC产能,以降低组件成本。

据了解,目前全球SiC硅芯片总年产能约在40-60万片,且主流尺寸还是150mm(6英寸芯片),远不能满足下游需求;因此,碳化硅组件制造商也相继通过收购、与芯片供应商策略合作等方式,借此扩大产能并取得稳定的芯片供应。

最近的例子便是安森美(onsemi)以4.15亿美元收购SiC制造商GT Advanced Technologies(GTAT)。该交易将使安森美能更好地确保和增加SiC供应,满足市场对SiC方案快速增长需求,包括EV、EV充电和能源基础设施。

安森美收购GTAT深化SiC技术和供应。 (Source:安森美)

安森美表示,GTAT在包括SiC在内的晶体生长方面拥有丰富的经验,将安森美的制造能力与GTAT的技术专长相结合,可加速SiC的开发,进一步商用化智能电源技术,并深化在汽车、工业领域发展和创新。

不仅安森美,另一间功率半导体大厂英飞凌(Infineon)则是与日本芯片制造商昭和电工签订供应契约(两年合约),供应包括磊晶在内的各种SiC材料,英飞凌可借此获得更多基材,以满足对SiC型产品日益渐增的需求。

英飞凌指出,SiC市场预计在未来五年内的年增长率可达30%-40%,而与昭和电工合作可扩大英飞凌芯片供应商基础,是英飞凌在这一个持续增长市场中多样策略重要的一步;此外,英飞凌也计划在策略开发材料方面与昭和电工合作,以提升品质并降低成本。

英飞凌与昭和电工合作扩大SiC供应能力 。 (Source:英飞凌)

另一方面,同样积极布局SiC的意法半导体(ST),近期则是宣布制造出首批8英寸(200mm)碳化硅(SiC)芯片,且首批8英寸SiC芯片品质十分优良,对芯片良率和晶体位元错误之缺陷非常低。

ST表示,这个阶段性的成功是ST布局更先进、高成本效益之8英寸SiC量产计划的一部分;目前公司正执行新建碳化硅基板厂和内部采购碳化硅基板比重超过40%的计划(到2024年)。另外,除了芯片能满足严格的品质标准,升级到8英寸SiC芯片还需要对制造设备和支持生态系统统的升级,ST正与供应链上下游技术厂商合作研发专属的制造设备和生生产机制程。

ST成功制造首批8寸碳化硅芯片。 (Source:ST)

总而言之,随着电动汽车、5G等新兴应用兴起,市场对高性能电源管理的需求仍会不断增长;而化合物半导体能为电源应用带来十分显著的好处,也让国际功率半导体供应商趋之若鹜,在加强技术、产品发展之际,也持续扩张产能、维持供应稳定。未来谁能用更低的成本向终端产品制造商提供组件,克服现有价格偏高的挑战,进而取得更大市场占有率,值得观察。

(首图来源:英飞凌)

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