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SiC战鼓擂响,中国胜算几何
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 以碳化硅(www.d88SiC)和氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体商场正在蓬勃开展。跟着5G、电动轿车等新式商场呈现,SiC和GaN不行代替的优势使得相关产品的研制与使用加快;跟着制备技能的前进,SiC与GaN器材与模块在需求拉动下,叠加本钱下降,SiC和GaN将迎来高光年代。

IDM强化SiC事务

带头大哥Cree蜕变

2021年3月1日,科锐(Cree)宣告完结出售LED产品工作部分,加上2019年5月完结照明事务出售买卖,至此Cree彻底蜕变成一家以宽禁带半导体SiC(SiC on SiC,功率器材)和GaN(GaN on SiC,射频器材 )产品为主的公司,首要事务包含出售衬底、外延片、功率或射频器材产品,而且供给氮化镓射频器材代工事务,包含了宽禁带半导体的一切环节。此外,公司还宣告,将在2021年末正式更名“疾狼(Wolfspeed)”。 

1987年树立的Cree在SiC和GaN上发明了多个业界榜首:1991年发布了世界上榜首个商业化的SiC晶圆;1998年推出业界首个根据SiC基GaN的HEMT产品;2000年初次展现了具有创纪录功率密度的GaN MMIC产品;2002年发布600V商用SiC JBS(肖特基二极管);2011年推出业界首款SiC MOSFET;2017年推出业界首个1700V SiC半桥模块,并发布了900 V/150 A的SiC MOSFET芯片。

2019年5月,Cree宣告将在5年内出资10亿美元用于在美国扩展SiC和GaN产能,包含出资4.5亿美元在纽约州Marcy制作一座8英寸晶圆工厂(North Fab),一起出资4.5亿美元在总部北卡罗莱纳州达勒姆市(Durham)改扩建6英寸晶圆和衬底资料工厂为超级衬底资料工厂,别的1亿美元用于流动资金。同年10月宣告在纽约州立理工学院奥尔巴尼分校成功完结了第一批8英寸SiC晶圆样品的制备。

Cree坐落纽约Marcy的8英寸SiC晶圆工厂已于2020年2月开工,2021年4月设备开端搬入,估计将在2022年启用出产。FAB空间458000平方英尺,其间洁净室空间为135000平方英尺。到2024年满产时,将到达2017年产能的30倍,一起产品要契合车规级。 

Cree的大志方案:2024年8英寸SiC晶圆工厂规划达产;2024年SiC和GaN器材产品事务占比将超越资料事务占比;2024年营收15亿美元,EBIT3.75亿元的运营方针。  

新的8英寸SiC晶圆工厂 

Infineon供给全方位产品组合

英飞凌(Infineon)布局SiC多年,早在1992年Infineon的前身西门子半导体部分就开端研讨SiC;1998年开端2英寸SiC出产;2001年SiC二极管上市;2006年推出首款SiC混合模块2007年开端3英寸SiC出产;2009年推出首个SiC高压模块;2010年开端4英寸SiC出产;2014年发布SiC结型场效应管(JFET);2015年开端向6英寸转化;2016年推出CoolSiC MOSFET,并敏捷由太阳能商场进入工业使用、轿车商场。

2018年,英飞凌收买了碳化硅晶圆切开范畴的新锐公司Siltectra,据悉Siltectra的冷切开技能(Cold Spilt)比较传统工艺将进步90%的出产功率。2020年11月13日,Infineon与GT Advanced Technologies(GTAT)签署五年期SiC晶棒供货协议。

STM处理资料困扰

1996年意法半导体(STM)就开端进军SiC商场,一向和SiC衬底和外延片制作商协作,2004年推出公司榜首个SiC二极管,2009年推出首个SiC MOSFET,随后进入车规级商场。2016年开端选用6英寸SiC外延片。

为了让SiC的供给链变得愈加稳健,意法半导体(STM)除签署长时刻供给协议后,还进行了并购。

2019年1月,意法半导体(STM)和Cree签署一项多年期协议,在此期间,意法半导体可获得价值2.5亿美元6英寸SiC衬底和外延片。

2019年12月,意法半导体(STM)以1.375亿美元现金完结收买瑞典SiC衬底和外延片制作商Norstel AB,Norstel将被彻底整合到意法半导体(STM)的全球研制和制作事务中,继续开展6英寸碳化硅衬底和外延片出产事务、研制6英寸碳化硅衬底和外延片以及更广泛的宽禁带资料。

意法半导体(STM)表明公司大力开展碳化硅(SiC)事务,并将其作为战略和收入的要害部分的方案。

Rohm活跃出资扩产

2000年罗姆(Rohm)就现已开端研讨SiC,直到2009年经过收买德国SiC衬底和外延片供给商SiCrystal,真实有了实质性的开展。2010年推出第一批批量出产的SiC肖特基二极管和MOSFET,2012年批量出产全SiC模块,2015年首先推出沟槽型的SiC MOSFET,2017年交给6英寸SBD。20年的时刻,罗姆(Rohm)出产的SiC也从2英寸逐渐开展到6英寸SiC-SBD。

罗姆(Rohm)近年加大在SiC的出资,方案到2025年出资850亿日元,估计产能到2025年将到达16倍。

2021年1月罗姆(Rohm)福冈筑后工厂新厂房竣工,将逐渐开端装置出产设备,并树立可满意SiC功率元器材中长时刻增加需求的出产体系,估计将于2022年投产。

代工厂纷繁加码SiC

对SiC代工公司和以及碳化硅FABLESS来说,要想在商场上获得明显的开展并不简单在SiC商场上,IDM(集成器材制作商)占有主导地位,科锐(Cree)、英飞凌(Infineon)、罗姆(Rohm)和意法半导体(STM)等是他们的微弱对手,这些友商都具有自己的晶圆制作厂。

SiC代工事务刚刚起步,但SiC代工厂期望可以仿制成功的硅代工厂的形式。德国X-Fab、英国Clas-SiC(6英寸)、韩国YES POWERTECHNIX(YPT)以及我国的台湾汉磊(Episil)、厦门三安(SANAN)、芜湖启迪(TUS SEMI)都期望从中分到一杯羹。

德国X-Fab

德国X-Fab现已在其坐落美国德克萨斯州拉伯克(Lubbock)的工厂供给SiC代工服务,2020年启动了SiC内部外延出产线,客户增至23个,tape outs数量从106增至216个,有8个客户在进行出产,4个客户选用X-Fab供给的外延片。2020年SiC营收为2100万美元,较2019年营收2320万美元下滑10%,但产值增加了26%。据X-FAB表明,营收下滑是因为原有客户开端自行供给外延片导致。

汉磊(Episil)

2021年4月29日,汉磊(Episil)宣告将出资50亿新台币(约11.6亿人民币),全力开展氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)外延和器材代工。

汉磊从2015年开端为客户供给4英寸SiC 600V-1200V SBD和MOSFET代工,并在2019年开端6英寸SiC代工,其SBD/JBS渠道良率超越95%。一起,汉磊还在开发1700V的SiC SBD和SiC沟槽MOSFET工艺。

2020年第2季现已过欧规车用VDA6.3评鉴,48V GaN也已获得Tier 1客户认证,650V GaN已有数个客户在导入。

2020年6月开端验证子公司嘉晶6英寸碳化硅晶圆。2020年嘉晶完结了650V的硅基GaN外延渠道开发,并开宣告使用于射频的SiC基GaN和硅基GaN外延产品,2020年末SiC基GaN验证完结,硅基GaN估计2021年验证完结。嘉晶已开发完结1700V与3300V SiC外延渠道,3300V SiC外延渠道已有日本客户完结验证。

其实汉磊从2009年就投入GaN代工服务。

厦门三安

厦门三安(SANAN)在电力电子范畴,现已推出高可靠性,高功率密度的SiC功率二极管及硅基氮化镓功率器材,已完结SiC功率二极管650V到1700V布局。

碳化硅功率二极管及MOSFET及硅基氮化镓功率器材首要使用于新动力轿车、充电桩、光伏逆变器电源商场,现在碳化硅二极管开辟客户182家,送样客户92家,转量产客户35家,超越30种产品已进入批量量产阶段。二极管产品已有2款产品经过车载认证,送样客户4家。在硅基氮化镓功率器材方面,完结约40家客户工程送样及体系验证,已拿到12家客户设计方案,4家进入量产阶段。

韩国YES POWERTECHNIX(YPT)

树立于2017年的韩国YPT专心于SiC Diode和SiC MOSFET,是韩国榜首家商业化SiC公司。可以供给4英寸SiC代工服务,月产能1500片。 

SiC资料之殇

SiC器材本钱高的一大原因便是SiC衬底贵,现在,衬底本钱大约是加工晶片的50%,外延片是25%,器材晶圆出产环节20%,封装测验环节5%。SiC衬底不止贵,出产工艺还杂乱,与硅比较,碳化硅很难处理、研磨和锯切,应战非常大。所以大多数企业都是从Cree、Rohm等供给商购买衬底。

SiC器材广泛用于光伏逆变器、工业电源和充电桩商场,再加上特斯拉等新动力轿车厂开端连续导入SiC器材,导致SiC器材用量激增,也直接拉到SiC衬底和外延片需求量增涨。现在SiC资料产能非常紧缺,能否安稳供货是碳化硅功率产品很重要的产品特点。

现在Cree是全球最大的SiC衬底和外延片供给商,约占全球一半产能;罗姆(Rohm)、高意(II-VI)排列二、三位,算计占有全球35%的产能。高意(II-VI)方案将6英寸碳化硅资料的产能扩展5-10倍,一起扩展差异化8英寸资料技能批量出产;日本昭和电工(SDK)SiC衬底和外延片月产能2018年从3000片进步到2020年的月产能9000片的规划。

但一起Cree、Rohm、II-VI又是器材供给商,与许多客户构成了直接竞赛联系,且可以经过SiC衬底和外延片的出售状况,获取客户的产品研制节奏、产能组织等中心商业信息,在商场迸发后,会让客户很受伤。

但因为碳化硅工业的封闭性带来的供给链壁垒一时无解。因为长晶和工艺经历的高度相关,Cree、Rohm、II-V等干流资料厂商的长晶炉都自行设计,牢牢掌控中心长晶环节的上游设备资源。新进入者需求一起处理工艺和设备的问题,难度不小。所幸的是,

2020年和2021年的缺芯之痛,让下流客户特别是轿车客户对上游器材厂商的安稳供货才能会愈加重视,将对IDM器材厂商会有更强的偏移。所以干流器材厂商纷繁找上上游资料厂商,或并购,或签署长时刻供给协议。

我国进军SiC胜算几许

现在,在以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体资料研讨和布置方面,美、日、欧仍处于世界领先地位。因为其未来战略意义,我国关于宽禁带半导体资料器材研制正进行针对性规划和布局,其间“十三五”国家科技立异规划中也将其作为要点打破方向。《中华人民共和国国民经济和社会开展第十四个五年规划和2035年前景方针大纲》中特别指明集成电路攻关方向:集成电路设计东西、要点配备和高纯靶材等要害资料研制,集成电路先进工艺和IGBT、MEMS等特征工艺打破,先进存储技能晋级,碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体开展。一起许多省市也提出要大力开展宽禁带半导体。

首先在要害配备方面获得打破。我国电子科技集团公司第四十八研讨所牵头的课题组成功研制出适用于4-6英寸SiC资料及器材制作的高温高能离子注入机(烁科中科信)、单晶成长炉、外延成长炉等要害配备,并完成开始使用。

第二在衬底和外延片方面获得打破。中电科资料、天科合达、山东天岳、河北同光晶体、世纪金光等厂商4英寸SiC衬底现已完成大批量产;6英寸衬底进入开始工程化预备和小批量产的阶段;8英寸衬底研制也获得了打破,2020年中电科半导体旗下山西烁科宣告8英寸碳化硅衬底片研制成功,行将进入工程化。中电科资料、瀚天天成、东莞天域等也在SiC外延片获得了更多我开展。

第三在器材和模块方面,中车年代、华润微电子、中电科55所、中电科13所、姑苏能讯、上海瞻芯、瑞能半导体、三安集成、嘉兴斯达、扬杰科技、捷捷微电都获得不俗的成果。中车年代6英寸SiC SBD、PiN、MOSFET得到了广泛使用;高压器材国产化方面,2020年华润微发布了榜首代SiC工业级肖特基二极管(1200V、650V)系列产品。

尽管说宽禁带半导体器材现已开展了几十年,可是工业仍处于起步阶段,对谁来说时机都是平等的。

期望各地方政府和出资方踏踏实实、静下心来开展工业,不要想着捞一把就走。2020年至今,国内宣告的宽禁带半导体项目超越100个,触及衬底、外延、器材和模块等全产链,方案出资总额超越2000亿元。

但现在出资方都喜爱把宽禁带半导体称为第三代半导体,向地方政府宣扬弯道超车。在“第三代”半导体还没有老练的今日,有人又在宣告要搞“第四代半”导体,并声称第四代半导体在2023年要完成大迸发。