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SiC产业市场格局与发展现状分析

lPCU_elecfans 来源:电子发烧友网 作者:电子发烧友网 2022-03-15 08:55 次阅读

电子发烧友网报道(文/程文智)这几年第三代半导体产业发展得如火如荼,GaN器件在快充等消费类电子领域得到了广泛的应用,碳化硅(SiC)器件则被汽车电子厂商委以重任。未来不论是800V高压平台,还是电机驱动器的效率提升,都需要SiC器件的深度参与。

但SiC器件的生产流程和生产工艺其实门槛还挺高的,一般来说,SiC生产流程主要涉及以下五个过程:

一是单晶生长,以高纯硅粉和高纯碳粉作为原材料形成SiC晶体;

二是衬底环节,SiC晶体经过切割、研磨、抛光、清洗等工序加工形成单晶薄片,也即半导体衬底材料;

三是外延片环节,通常使用化学气相沉积(CVD)方法,在晶片上淀积一层单晶形成外延片;

四是晶圆加工,通过光刻、沉积、离子注入和金属钝化等前段工艺加工形成的碳化硅晶圆,经后段工艺可制成碳化硅芯片;

五是器件制造与封装测试,所制造的电子电力器件及模组可通过验证进入应用环节。

SiC产品从生产到应用的全流程历时较长。以SiC功率器件为例,从单晶生长到形成衬底需要耗时1个月,从外延生长到晶圆前后段加工完成需要耗时6~12个月,从器件制造再到上车验证更需要1~2年时间。对于SiC功率器件IDM厂商而言,从工业设计、应用等环节转化为收入增长的周期非常之长,汽车行业一般需要4~5年。

SiC市场格局

由于SiC产业有一定的门槛,因此虽然国内投资很热,但目前从中赚到钱的并不多。从全球产业布局来看,国际头部企业通过调整业务领域、整合并购等方式正积极向上下游延伸、建立垂直集成平台,大力完善产业布局,比如Wolfspeed和罗姆可提供从衬底到最终器件的整体解决方案;国内的企业则相对规模较小,各环节较为分散,例如天科合达、天岳先进等厂商专注于SiC衬底,东莞天域、瀚天天成等厂商则专注于外延片,华润微、泰科天润、扬杰科技、闻泰科技、士兰微等厂商专注于器件制造。此外,三安集成和世纪金光等厂商目前已经形成了SiC垂直产业链布局。

在市场规模方面,SiC的规模2020 年全球SiC衬底市场规模约为2.08亿美元,衬底企业以美国为主,Cree岀货量占了全球45%。Yole预计2020~2026年的年复合增长率为36%,到2026年可达45亿美元,其中主要驱动力是电动汽车市场快速爆发,驱动SiC功率器件市场急速增长。

2021年在国内碳中和,碳达峰政策的推动下,SiC产业崛起,替代趋势明显。国内SiC产业相对国外缓慢,但是由于国内政策扶持,2021年一个季度新增的SiC投资金额达到了2020年全年水平,到了前十年5倍的体量。现在,整个SiC产业在中国属于增长前期,后面扩产完增量会比较快。

从产业链布局来看, 前面我们有提到,SiC产品的生产流程大概有五个环节,国内企业在这些环节中的布局大概有,设备方面有北方华创,中微公司;衬底和外延方面,有天科合达,山东天岳,瀚天天成,东莞天域;产品设计方面,包括瑞能、士兰微、中车时代、比亚迪。

国际和台湾产业链来看,Wolfspeed和罗姆从衬底到封测都有涉及;IDM厂商有昭和电工、ii-vi、英飞凌等。

制造设备方面,SiC产品在制程上,与大部分Si环节相同,由于硬度高,需要高温离子注入机,高温退火等设备,高温离子注入机是比较重要的设备;国内很多企业在做SiC的生长炉,华创、露笑。现在上游材料持领域,国内企业续加码追赶国际企业,SiC衬底市场格局还是Cree的市场份额是最大的。

从成本分布来看,SiC衬底是最高的,占了47%;外延占23%;其他环节大概在30%左右。也就是说,衬底成本下降是提高SiC渗透率的决定因素。

根据市场调研机构的预估,4英寸的SiC晶圆将会逐步减少,国内从10万片减少到5万片;6英寸的SiC晶圆将会从8万片增长到20万片。比如,Cree计划在2024年量产8英寸SiC晶圆,英飞凌计划2025年量产8英寸SiC器件。

从器件环节来看,Yole预测,SiC器件应用空间将从2020年的6亿美元,快速增至2030年的100亿美元。面对广阔的发展前景,国内各大器件产商积极扩产。另据CASA的数据, 2020年底,国内至少已有8条6英寸SiC晶圆制造产线,另有约10条SiC生产线正在建设。三安光电、泰科天润等主要企业已有相应产线,同时仍在积极扩建。总投资160亿元的湖南三安半导体基地一期项目正式于2021年6月份投产,将打造国内首条、全球第三条SiC垂直整合产业链,计划月产三万片6寸SiC晶圆。泰科天润的湖南项目于2019年年底正式开建,主要建设6英寸SiC基电力电子芯片生产线,满产后可实现6万片/年的6英寸SiC功率芯片。此外,比亚迪半导体、南京百识电子等企业也在建设产线。

国内外的现状差距

国内的SiC相关厂商与国外相关企业仍然还有比较大的差距,从营收规模上来看,国内企业的体量相对都较小,不过目前国内企业在加速成长,营收规模在不断提高。

从技术上来看,目前国产厂商仍然以4英寸晶圆为主,逐步向6英寸过渡,而海外厂商现在已经在以6英寸为主,开始过渡到8英寸了。

从技术参数上来看,虽然国产厂商已经具备一定的生产能力,但仍存在单晶性能一致性差、成品率低、成本高等问题,产能较低。

结语

整体来看,SiC产业的需求在快速增长,2021年,仅特斯拉一家的需求就可以笑话近50万片6英寸衬底产能,国产SiC企业正在积极扩产、投入研发,随着技术发展不断成熟,未来市场格局中,国内企业有望占据大头。

当然,目前SiC产业也面临着一些问题,比如SiC产业目前没有一个完整的供应体系,需要自己建造生长炉,这方面需要Know-how;另外SiC产业的人才数量也不多。这造成了SiC产业虽然有很多进入者,但能留到最后,并赚钱的企业可能不会多。

原文标题:SiC市场格局及国内外的差距在哪里

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审核编辑:汤梓红

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原文标题:SiC市场格局及国内外的差距在哪里

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