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SiC市场将迎来大爆发

2019-10-14
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来源:本文由公众号半导体行业观察(ID:icbank)翻译自「日本Devic产业新闻」,谢谢。


过去多年 一直被诟病“价格过高”的碳化硅(SiC)终于正式进入了增长期。作为被寄予厚望的电动汽车、第五代通信系统(5G)等应用的不可或缺的材料,碳化硅晶圆(Wafer)、采用了晶圆的芯片、高频(RF)元件厂商(Device Maker)、生产设备厂商的业务都进入了活跃期。


有预测指出,在2023年超过100亿美元(约人民币708亿元)的功率半导体市场中,SiC占20亿美元(约人民币141.6亿元)”.也有预测指出,在未来2-3年内,8英寸(直径200mm)SiC晶圆将会“登场”,如果真的可以实现,现存的半导体工厂的量产将会更加容易,投资可能会更加活跃。在此我汇总了各家相关公司的动态。


Cree(科锐)的产能扩大30倍!

 

手握全球6成SiC晶圆的美国Cree(科锐)在今年5月宣布,考虑到未来汽车的电动化、5G需求的扩大,公司未来5年将投资10亿美元(约人民币70.8亿元)扩大SiC的产能,。与2016年7月-9月期间的产能相比,科锐2024年的SiC、GaN Device(GaN on SiC RF)、SiC晶圆的产能将分别最大扩大到30倍。


美国Cree(科锐)还公布说,将要在被称为“North Fab”的新工厂投资4.5亿美元(约人民币31.86亿元),增产SiC和GaN Device。同时筹备符合车载认定要求的生产产线,预计在2020年开始生产。预计届时6英寸(直径150mm)的SiC晶圆产能将提高18倍(按晶圆面积计算),到2024年8英寸将会实现量产,产能将进一步提高。


此外,他们对位于北卡罗莱纳州的达勒姆总部的园区内的现有工厂投资4.5亿美元(约人民币31.86亿元),作为其SiC晶圆的第一个“Mega Factory”,以增加SiC晶圆的产能。至于剩下的1亿美金(约人民币7.08亿元),公司对其他相关业务进行扩大投资。


Cree(科锐)曾在9月份明确表示,公司将要在纽约州的Marcy建设上文中提到的“North Fab”,并计划通过8英寸SiC晶圆来量产功率半导体和RF Device,按照最初的计划,符合车载认定标准的产线将在2022年开始启动生产。


但是,Cree(科锐)在5月份曾表示,随着计划的实际推行,公司得到了纽约州5亿美元(约人民币35.4亿元)的补助金,为此他们决定把产能比原计划提高25%。那就意味着截止到2024年的投资计划与之前的预测相比,节约了2.8亿美元(约人民币19.8亿元),纽约州新工厂竣工后的最大面积为48万平方英尺,其中1/4是清洁间,未来将根据需求扩产。


半导体厂商与Tier 1 签订供给合约


如上所述,Cree(科锐)扩大的SiC产能除了用来生产自己公司的SiC & GaN Device之外,他们还与其他半导体厂商签订了持续数年之久的SiC晶圆的长期供给合约。具体明细如下:


与美国ON Semiconductor(安森美)签订了8,500多万美元(约人民币6.0亿元)的合约(6英寸)、与意大利的ST Microelectronics(意法半导体)签订了2.2亿美元(约人民币15.6亿元)的合约(6英寸)、与德国的英飞凌也签订了关于6英寸的合约,同时还与另一家非公开的企业签订合约。。

 

此外,Cree(科锐)在5月份还被大众(VW)集团选定为SiC合作伙伴,公司不仅为VW供应SiC 元件,他们9月份还与美国大型Tier 1德尔福(Delphi)公司签订了自2022年起供应用用于800V 变频器(Inverter)的SiC-MOSFET的协议,同时也有其他汽车零部件相关厂商不断向Cree(科锐)进行咨询。

 

ST Microelectronics(意法半导体)在9月份也公开表示,公司为雷诺(Renault)、日产汽车、三菱汽车联盟(Alliance)旗下的电动汽车搭载的OBC(On-Board Charge, 即车载充电)提供SiC功率半导体。搭载了意法半导体的SiC产品的OBC预计在2021年开始批量生产,此外,据说意法半导体给雷诺(Renault)、日产汽车和三菱汽车联盟(Alliance)提供标准的包含硅产品在内的相关元件(Component)。


德尔福(Delphi)的800V SiC变频器。(图片出自:sanyo-times)


SK、意法半导体收购SiC厂家


关于SiC晶圆的供应商,除了Cree(科锐),还有美国的II-IV(Two Six)、美国Dow(陶氏集团)、罗姆旗下的德国Si Crystal等,中国的新兴厂商也在逐步增多,据海外部某生产设备主管透露说,“不仅仅是Cree(科锐),所有的厂商都在积极推进增产”。


9月份,硅晶圆厂商(Silicon Wafer Maker)韩国SK Siltron以4.5亿美元(约人民币31.86亿元)的价格从杜邦的子公司DuPont Electronics&Imaging(E&I)中收购了化合物解决方案(CSS)事业部,由于需要相关机关的批准,这单收购预计在2019年年末完成。杜邦表示,“CSS事业部有生产硅晶圆的最尖端技术,公司也在为电力电子元件(Power Electronics)市场供货,但这并不是E&I的战略性的优先事项。考虑到以上,我们认为SK Siltron是比较好的拥有者”!外界普遍认为,SK Siltron在继硅晶圆之后,又在巩固在SiC晶圆方面的地位,同时为应对贸易战争、力图实现国产化。


此外,意法半导体在2月份公布,要收购瑞典SiC晶圆厂商Norstel的55%的股份,同时可选择在某些条件下收购剩余的45%。Norstel作为瑞典Linköping大学的独立企业(Spin Off Company)创立于2005年,从事开发和生产6英寸的SiC Bearing和外延晶圆。


此外,关于SiC晶圆方面,6月份GT Advanced Technologies(GTAT)与台湾大型硅晶圆厂商GWC(环球晶圆)进行合作,缔结了长期供给GTAT产的6英寸SiC晶圆、GWC进行销售的合约。

同时,在SiC晶圆上沉积高品质的SiC薄膜的SiC 外延片相关的活动也很活跃,特别是日本厂商尤其活跃。住友电工在2017年开始量产了高质量的Epitaxial Wafer(外延晶圆)“EpiEra”,提供的尺寸包括4英寸和6英寸。


此外,昭和电工也在提升产能。负责生产的秩父分公司的月产能在2014年9月已经达到2,500片(用4英寸换算),2016年6月扩充到月产能3,000片。近年来为应对功率半导体的强劲需求,公司在2018年4月将产能从3,000片增加到5,000片,2018年9月又从5,000片增加到7,000片,2018年7月决定继续增产——在2019年2月,昭和电工宣布将SiC产能从7,000片增加到9,000片。2019年8月又开发了第二代的6英寸的高质量SiC Epitaxial Wafer(外延晶圆)--“HGE-2G”。


罗姆和住友电工Device Innovation(SEDI)也在增产


SiC元件厂商方面,把SiC晶圆厂商Si Crystal并入旗下的罗姆也在扩大生产。罗姆对其子公司“罗姆·阿波罗筑后工厂”投资200多亿日元(约人民币13.4亿元),建设用于量产SiC功率半导体的新厂房。根据预计,到2021年,公司将把SiC功率半导体的月产能提高到现在的3倍,即月产能1万2,000片,力求实现全球占比30%。罗姆已经有把SiC功率半导体搭载到电动汽车方面的经验,公司SiC功率半导体也畏惧全球TOP3以内。


此外,在采用了SiC晶圆的GaN on SiC RF Device方面,住友电工集团旗下的住友电工Device Innovation(SEDI)正在增产用于5G的GaN 晶体管(Transistor)。


我们知道,在无线通信基站之间的放大器方面,如果频段在4-40GHz的话,可以使用GaAs MMIC;3GHz以下的RRH(Remote Radio Head)的话,则需要按照标准搭载GaN 晶体管(Transistor),这就是近年来GaN 晶体管(Transistor)的需求逐步上升。另外,如果是5G通信的Sub 6(6GHz以下)的话,LDMOS无法对应、频率较高的带宽,因此现在GaN 晶体管(Transistor)占有70%以上的份额。


此外,现有的4G的基础设施中GaN的占比也在逐步上升。4G方面,硅LDMOS的占比为80%,GaN的占比已经提升到20%。


为了对应以上情况,住友电工Device Innovation(SEDI)正在扩大山梨事业所的4英寸的产线,如果把2017年的GaN 晶体管(Transistor)的产量看做1的话,2020年的生产将会是10,而且这一计划正在被苦熬苏推进。


从晶圆的处理能力来看,2019年是2017年的2倍,2020年的计划将会是2019年的3倍!不仅如此,公司还在2018年10月与SiC晶圆厂商之一的美国II-IV(Two Six)缔结战略性合约,双方合作在美国II-IV(Two Six)的新泽西工厂设置6英寸的GaN专用的量产产线。计划在2021年开始量产,届时作为GaN Device的基础元素的SiC晶圆的需求应该也会增加。

 

5G虽然首先在Sub 6波段开始了商业化,但预计在2022年-2023年,采用了被称为“5G+”的高频(毫米波波段)设备将会普及。届时,将需要比现在具有更高性能的GaN on SiC RF Device。


外延设备方面,爱思强开始销售新机型


相关数据预测,在SiC晶圆上沉积SiC 外延的SiC Epitaxial生成设备的需求未来应该会增加。


作为独树一帜的大型设备厂商 ,德国Aixtron在今年9月宣布开始销售其SiC Epitaxial生成设备的新机型--“AIX G5 WW C”。据报道,这款产品已经收到了好几家客户的订单。关于这款新设备,是以Aixtron许多设备都有采用的“ Planetary Reactor  Platform”为基础,且具备最先进的Cassette to Cassette Wafer 搬运系统(从框架盒到框架盒的晶圆搬运系统),把晶圆放入Cassette、高温环境下晶圆的搬运等都是全自动化。


据介绍,这个设备可以同时处理8个6英寸的晶圆,与以往机器相比,处理能力提高了2倍。爱思强的这个操作就是力求通过投入新设备,来扩大市场比例。


除了Aixtron(爱思强)之外,东京电子、NuFlare Technology, Inc.、意大利的LPE等也都是相关设备供应商,LPE最近也决定开始进军日本市场。虽然预计未来的需求会增加,不过竞争应该也会很激烈。


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