没有“安全感”的英飞凌

本文来自微信公众号：半导体行业观察 （ID：icbank），作者：杜芹DQ，题图来自：视觉中国

电动汽车可以称得上是SiC的杀手级应用，据YOLE的数据统计，预计超过70%的收入（相当于47亿美元）将来自EV/混合动力汽车市场。伴随着电动汽车的快速兴起，SiC芯片的需求与日俱增。为了确保可靠供应，一家整车厂签订多家SiC芯片制造商是行业普遍现象。在接下来很长的几年内，SiC芯片供不应求将是常态。

图源：YOLE

作为发展SiC芯片的关键，衬底占据着重要的位置，SiC衬底不仅占功率元件成本比重高，且与产品质量密切相关。如果说前几年，一众SiC器件厂商还纷纷依赖于绑定Wolfspeed（原来的Cree）来保证SiC衬底的产能，那么现在一切局势已经发生扭转。全球领先的SiC器件供应商如罗姆、安森美、意法半导体等，已经陆续买下和投资了不同的优质SiC衬底供应商，开始建立内部衬底供应，从SiC衬底垂直整合到设备制造。

但是作为全世界第一个发明商用SiC器件的英飞凌而言，却仍缺少自有衬底的供应。作为硅基功率半导体的全球第一厂商，英飞凌自然希望将在硅基领域的优势延伸到化合物半导体领域，而目前基础材料的不足也确实是英飞凌的隐患之一。据YOLE的数据，按2021年的营收来算，英飞凌占据全球SiC市场的第二名。在SiC这一颇具发展潜力、又波云诡谲的市场中，英飞凌似乎愈发变得没有安全感。

SiC厂商逐渐补齐衬底版图

全球领先的SiC器件供应商ST、英飞凌、Wolfspeed、安森美、罗姆等，基本都已有自己比较稳定的衬底供货渠道。

罗姆于2009年收购德国SiC衬底和外延片供应商SiCrystal，SiCrystal是一家总部位于德国纽伦堡的SiC晶圆制造商。罗姆自2010年在全球率先开始量产SiC MOSFET，至今，罗姆已推出第4代SiC MOSFET，在车载逆变器中采用该产品时，与使用IGBT时相比，电耗可以减少6%，非常有助于延长电动汽车的续航里程。虽然公司规模不是很大，但是SiCrystal关键技术现已作为SiC功率半导体广泛应用于世界各地的电动汽车中，该公司已经成为SiC晶圆市场的先进企业之一。

自2019年收购瑞典SiC衬底供应商Norstel以来，该公司一直在考虑IDM模式。然而，Norstel在瑞典的产能有限，所以ST不得不依赖于与Wolfspeed的长期SiC晶圆供应协议，为ST提供150mm SiC裸晶圆和外延晶圆。于是，2022年10月份，ST宣布将在意大利建立综合SiC基板制造工厂，该工厂与现有的SiC器件制造设施一起，安置在意法半导体位于意大利卡塔尼亚的工厂旁边，并且将成为欧洲第一家量产150mm SiC外延衬底的工厂。据YOLE Intelligence化合物半导体和新兴基板团队首席分析师 Ezgi Dogmus称，这使ST能够在2024年之前达到40%的内部衬底采购份额。

2022年12月初，ST又宣布与Soitec合作开发SiC衬底制造技术，在其未来的200mm基板制造中采用Soitec的SmartSiC™技术，为其器件和模块制造业务提供支持，并有望在中期实现量产。ST还暗示将在不久的将来开发200毫米SiC晶圆。

安森美于2021年11月1日收购了SiC衬底供应商GT Advanced Technologies（"GTAT"），实现了产业链的垂直整合，确保产能和质量的稳定。安森美目前已是少数能提供从衬底到模块的端到端SiC方案供应商之一。除此之外，为了满足市场对SiC需求的加速增长，安森美还在大力投资扩产：2022年8月11日，安森美位于新罕布什尔州哈德逊市的SiC工厂落成，建成之后碳化硅产能将同比增长五倍；2022年9月，安森美在捷克共和国罗兹诺夫扩建的碳化硅工厂落成，并将在未来两年内将其碳化硅 晶圆产能提高16 倍，进一步扩大晶圆和SiC EPI制造。

虽然这些厂商通过收购已经都建立了自己的衬底片供应，但是产能还远远跟不上，所以他们仍旧与目前全球最大的SiC衬底和外延片供应商Wolfspeed继续绑定，Wolfspeed约占全球60%的SiC晶圆产能。2022年Wolfspeed的全球首座8英寸SiC工厂启动，持续小量试产中，预计今年上半年完成初始认证并开始供货，这也为产业传递了积极的信号。

2022年10月，Wolfspeed宣布了一个将长达数年、耗资65亿美元的产能扩充计划，这其中包括了在公司先进的200mm莫霍克谷工厂安装更多设备，以及位于北卡罗纳州占地445英亩碳化硅材料工厂的建设，这将使公司现有的材料产能扩大10倍以上。一期建设计划将于公司2024财年年底完成。博格华纳向Wolfspeed投资5亿美元，来保障高达6.5亿美元碳化硅器件年度产能供应。

不过近几年Wolfspeed也开始向SiC器件如SiC MOSFET、SiC二极管、SiC模块等领域延伸。据Wolfspeed发布的消息，包括梅赛德斯-奔驰、捷豹路虎等在未来的电动汽车都将采用Wolfspeed的SiC器件来提供动力。

Wolfspeed SiC产品一览（图源：Wolfspeed）

对于这种既竞争又合作的关系，此前Wolfspeed CEO Gregg Lowe表示，公司会以同样的优先级来支持这两种不同的商业模式。他认为在未来10年内Wolfspeed与这些半导体客户兼竞争对手仍然是良性的竞合关系，Wolfspeed需要伙伴来助推功率半导体产业从硅器件向碳化硅器件转变。

诚然，对于SiC这样性能优良、业界紧需，但又挑战颇多的材料而言，在竞争中合作，在合作中共赢，是产业快速向前发展的一大手段。

综上可以看出，在SiC衬底方面，安森美有GTAT，ST有Norstel，罗姆有SiCrystal，Wolfspeed本身就自产SiC衬底。为何SiC领域会有这样的发展趋势，北京半导体行业协会副秘书长朱晶对此表示：“主要还是SiC供需极度不平衡的问题，目前电动汽车800V高压平台对SiC器件的需求量很大，并且被业界认为是一个长期持续的趋势，而SiC衬底的产能又因为良率的问题无法满足快速增长的需求，造成了器件厂商的“备货”冲动。”

没有SiC衬底的英飞凌，广签合约保供

在头部几家SiC大厂中，就英飞凌一家还没有SiC衬底，其实英飞凌此前也是有意要收购SiC衬底厂商的，2016年7月，英飞凌曾计划以8.5亿美元的现金收购Cree旗下Wolfspeed功率和射频业务部。但后来因为美国政府的反对，让这次收购没能进行下去。

在朱晶看来，虽然目前“没有站队”的SiC衬底厂商不多了，但仍然看好未来英飞凌会投资或收购一家SiC衬底厂商，毕竟英飞凌收购了Siltectra，拥有Cold Spilt可以提升SiC晶圆切割的良率，有一家可控的衬底厂商也可以让Cold Spilt技术优势得到最大发挥。

2018年，英飞凌收购了碳化硅晶圆切割领域的新锐公司Siltectra，因此获得了的Siltectra的冷分裂技术（Cold Spilt）。这也算英飞凌在衬底领域的一个关键布局，因为在衬底加工环节，切割可以说是整个产能最大的瓶颈。现有的SiC晶圆切片方法大多使用金刚石线锯，然而，由于碳化硅的高硬度，加工时间较长，需要大量的金刚石线锯来批量生产硅片。但是在切片过程中会有大量的材料丢失，这就导致单个晶锭生产出的晶圆数量就很少，切割是制造SiC功率器件成本增加的一个主要因素。

SILTECTRA™ 碳化硅晶片分裂工艺，（图源：Wolfspeed）

据悉，英飞凌收购的Siltectra的冷分裂技术，能将SiC晶圆的良率提高90%，在相同碳化硅晶锭的情况下，它可以提供3倍的材料，可生产更多的器件，最终SiC器件的成本可以降低20%～30%。

但是即使有切割技术，如果没有衬底片产能的保证，也是巧妇难为无米之炊。所以无依无靠的英飞凌几乎签下了所有全球主要的SiC衬底供应商：

• 2023年1月12日，英飞凌与Resonac Corporation（前身为昭和电工株式会社）签署了一项新的多年供应与合作协议，新合同将深化双方在SiC方面的长期合作伙伴关系材料。根据协议，Resonac将为英飞凌提供用于生产SiC半导体的SiC材料，覆盖未来十年预测需求的两位数份额。初始阶段主要侧重在6英寸晶圆，不过两家也将继续向8英寸晶圆直径过渡。

  
  

• 2022年8月23日，II-VI与英飞凌签署多年合同，将向英飞凌提供用于电力电子的6英寸SiC衬底，而且II-VI和英飞凌还计划将合作向8英寸SiC衬底过渡。

  
  

• 2020年11月9日，英飞凌与GTAT签署了碳化硅（SiC）晶锭的供应协议，合同的初始期限为五年

  
  

• 2018年2月26日，Cree（现名：Wolfspeed）宣布与英飞凌签订长期碳化硅晶圆供应协议，该协议规定Cree向英飞凌供应先进的150毫米SiC晶圆。

除此之外，据说英飞凌还在加紧验证另外几家衬底供应商的产品，其中还有国产厂商的衬底和外延片样品已送样。

英飞凌目前正在积极扩大其SiC制造能力，到2027年，英飞凌的SiC制造能力即将增长十倍，其目标是在本十年末达到30%的市场份额。英飞凌近日还出售了其HiRel DC-DC转换器业务，加大对高可靠性市场核心半导体开发的关注和投资。

写在最后

垂直整合是目前SiC行业的主要趋势。四年前，提到SiC衬底供应商可能第一想到的是Wolfspeed，而随着SiC器件厂商不断将一些小型的衬底厂商并购整合，现在SiC衬底的供应商至少已增至8家，晶圆也从之前的3000美元下降到1000美元。随着SiC衬底的产能建设，生产工艺的不断改进，SiC的成本会进一步降低。

“现在SiC衬底厂商在做器件，器件厂商通过收购或者投资的方式也在加强对衬底产能的控制，同时一家器件厂商可能有多家SiC衬底厂商备供的现象也越来越多，都是源于对SiC市场爆发性增长的强烈预期，以及目前SiC的产能还不能快速增加的预期。国外厂商从衬底到器件的全产业链IDM模式将利于国外SiC产品的迅速上量，抢占市场。”朱晶表示。

但此举将不利于国内SiC器件厂商和国外进行竞争，同时因为国外的衬底产能都被以长约的形式包给了英飞凌等企业，为我国众多依赖海外衬底的SiC器件厂商带来了断供风险。朱晶谈到，建议国内的SiC器件和衬底厂商加强产业链上下游的合作，降低对海外衬底的依赖程度，同时希望国内领军的SiC企业可以参考国外的模式，尽快做大做强，以满足国内各类市场对SiC的强劲需求。

本文来自微信公众号：半导体行业观察 （ID：icbank），作者：杜芹DQ