493
根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole Developpement估計(jì)，2021年全球SiC功率元件市場(chǎng)的規(guī)模比2020年大幅成長(zhǎng)57%，并首度跨過(guò)10億美元大關(guān)。Yole預(yù)估，到2027年時(shí)，SiC相關(guān)元件及模組的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到60億美元(圖1)。
圖1 2021~2027年碳化硅功率元件市場(chǎng)規(guī)模與應(yīng)用預(yù)估
Yole Developpement分析師Poshun Chiu指出，在汽車(chē)應(yīng)用，特別是EV主逆變器應(yīng)用的大力推動(dòng)下，2021年碳化硅SiC元件的市場(chǎng)規(guī)模，首度跨越了10億美元大關(guān)。SiC之所以能快速受到電動(dòng)車(chē)廠的青睞，主要跟快充這項(xiàng)功能有關(guān)。藉由800V直流快充，電動(dòng)車(chē)的充電時(shí)間大幅縮短，同時(shí)也讓電動(dòng)車(chē)更具吸引力。而要實(shí)現(xiàn)800V直流快充，耐壓可達(dá)1200V的SiC功率元件，無(wú)疑是最重要的關(guān)鍵元件。
展望2022年，除了Tesla之外，由于比亞迪的漢EV和現(xiàn)代的IONIQ-5都憑藉提供快速充電方案獲得了良好的銷(xiāo)售業(yè)績(jī)。更多汽車(chē)OEM廠商，如蔚來(lái)汽車(chē)、小鵬等，都計(jì)畫(huà)在2022年向市場(chǎng)推出自己的SiC EV。這將使市場(chǎng)對(duì)SiC元件的需求，在未來(lái)幾年內(nèi)，都將維持強(qiáng)勁成長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。
擁有壓倒性產(chǎn)能優(yōu)勢(shì) IDM業(yè)者盤(pán)據(jù)SiC市場(chǎng)
快速成長(zhǎng)的市場(chǎng)，吸引各路人馬積極布局搶攻。不過(guò)，目前SiC功率元件市場(chǎng)仍是IDM業(yè)者的天下，前六大供應(yīng)商分別為意法半導(dǎo)體(ST)、英飛凌(Infineon)、Wolfspeed、羅姆(ROHM)、安森美(onsemi)與三菱電機(jī)(Mitsubishi Electric)。為了強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)力，各家廠商都在積極擴(kuò)產(chǎn)，并積極展開(kāi)購(gòu)併、策略聯(lián)盟等經(jīng)營(yíng)活動(dòng)(表1)。
英飛凌汽車(chē)電子事業(yè)部大中華區(qū)高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理高金萍(圖2)指出，在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域，由硅IGBT往SiC過(guò)渡的態(tài)勢(shì)已經(jīng)十分明顯，特別是在車(chē)載充電器、高低壓DC-DC 轉(zhuǎn)換器，以及牽引逆變器中。目前已有超過(guò)20多家整車(chē)廠及Tier 1供應(yīng)商正在使用及評(píng)估英飛凌的SiC產(chǎn)品。CoolSiC Schottky diode已應(yīng)用于歐洲一個(gè)主要汽車(chē)平臺(tái)的OBC系統(tǒng)中，并正準(zhǔn)備量產(chǎn)。
圖2 英飛凌汽車(chē)電子事業(yè)部大中華區(qū)高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理高金萍
而隨著市場(chǎng)需求快速擴(kuò)大，如何備妥產(chǎn)能來(lái)滿足客戶需求，將是SiC供應(yīng)商必須做好充分準(zhǔn)備的課題。為確保供應(yīng)能量，英飛凌除了正在積極擴(kuò)張產(chǎn)能外，還在供應(yīng)商網(wǎng)路的經(jīng)營(yíng)上，下了許多功夫，而且是從很多年前就已經(jīng)展開(kāi)超前部署。
在產(chǎn)能擴(kuò)張方面，英飛凌位于奧地利菲拉赫的300mm新晶圓廠已于2021年底投產(chǎn)，將擴(kuò)充硅基產(chǎn)品的產(chǎn)能。而既有的產(chǎn)線則將陸續(xù)轉(zhuǎn)換成寬能隙半導(dǎo)體產(chǎn)線，創(chuàng)造出更大的產(chǎn)能空間。除了奧地利之外，英飛凌也將投資逾20億歐元擴(kuò)大馬來(lái)西亞居林(Kulim)廠區(qū)，投入生產(chǎn)碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品。
居林廠的新增投資主要用于磊晶製程和晶圓切割等具有高附加值的環(huán)節(jié)，首批晶圓將于2024年下半年開(kāi)始出貨。在未來(lái)幾年中，英飛凌位于奧地利的菲拉赫廠將進(jìn)一步強(qiáng)化其作為寬能隙半導(dǎo)體技術(shù)全球能力中心和創(chuàng)新基地的角色，并與居林廠高成本效益的生產(chǎn)製造相結(jié)合，打造更強(qiáng)化的供應(yīng)鏈彈性。
此外，2018年，英飛凌戰(zhàn)略性地收購(gòu)了Siltectra公司的晶圓和晶錠切割技術(shù)，通過(guò)大幅減少SiC 生產(chǎn)過(guò)程中的原材料損耗來(lái)提高生產(chǎn)力，增加英飛凌的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。2020年11月，英飛凌與GT Advanced Technologies(GTAT)簽訂了碳化硅供應(yīng)合同，初始期限為五年。近日，英飛凌與日本晶圓製造商Showa Denko K.K.簽訂了一項(xiàng)供應(yīng)包括外延在內(nèi)的碳化硅材料(SiC)的合同。由此，英飛凌將獲得更多的基材，以滿足日益增長(zhǎng)的碳化硅產(chǎn)品需求。
事實(shí)上，除了英飛凌之外，目前在SiC市場(chǎng)上居于領(lǐng)先集團(tuán)的業(yè)者，幾乎都有很明確的擴(kuò)產(chǎn)路線圖。例如意法在收購(gòu)SiC晶圓製造商N(yùn)orstel之后，便一直對(duì)該公司挹注資源，希望能在2024年前將SiC基板的自主供應(yīng)比率提高到40%，同時(shí)也宣布將斥資數(shù)億歐元，在義大利設(shè)廠生產(chǎn)8吋SiC晶圓。
羅姆集團(tuán)在SiC方面的布局也十分積極。在基板產(chǎn)能方面，羅姆集團(tuán)旗下專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)SiC基板的SiCrystal董事總經(jīng)理Erwin Schmitt最近指出，該公司2022年的產(chǎn)能已幾乎售罄。為滿足強(qiáng)勁的客戶需求，SiCrystal計(jì)畫(huà)在德國(guó)紐倫堡總部擴(kuò)產(chǎn)，將員工數(shù)量擴(kuò)大到450名左右。而且，他們還希望在全球范圍內(nèi)進(jìn)一步擴(kuò)張。至于在碳化硅元件製造方面，羅姆也正在持續(xù)投資位于九州筑后市的晶圓廠產(chǎn)能。
在2021年底完成對(duì)GTAT收購(gòu)的安森美，也在2022年第一季的財(cái)報(bào)中宣布，將擴(kuò)大對(duì)GTAT的投資，一方面推動(dòng)6吋跟8吋SiC基板的量產(chǎn)，另一方面也將在2022年內(nèi)把SiC基板的產(chǎn)能增加四倍。
垂直分工能否突圍有待觀察
在大廠重兵集結(jié)SiC市場(chǎng)，一方面全力鎖死基板供應(yīng)，一方面擴(kuò)大元件製造產(chǎn)能的情況下，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)廠商擅長(zhǎng)的垂直分工模式，有機(jī)會(huì)在SiC的世界裡突圍嗎？業(yè)界人士普遍認(rèn)為，這恐怕會(huì)是一場(chǎng)很難打的仗。
如果以元件類(lèi)型來(lái)觀察，數(shù)位元件採(cǎi)用專(zhuān)業(yè)分工是非常普遍的現(xiàn)象，但類(lèi)比元件則不是如此。在硅半導(dǎo)體時(shí)代，領(lǐng)先的類(lèi)比元件大廠都是IDM，就說(shuō)明了垂直分工這種模式，不是那麼適合套用在類(lèi)比元件產(chǎn)業(yè)。而化合物半導(dǎo)體基本上都是類(lèi)比元件，因此，要透過(guò)產(chǎn)業(yè)分工模式來(lái)運(yùn)作，恐怕也是相對(duì)困難的。
要求匿名的臺(tái)廠人士則指出，在SiC功率元件產(chǎn)業(yè)，徹底的垂直分工，恐怕是一條行不通的路。同一個(gè)集團(tuán)內(nèi)母公司跟子公司、孫公司垂直分工的可行性，則稍微高一點(diǎn)。因?yàn)楫?dāng)前SiC功率元件最主要的客戶是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，規(guī)模不夠大的設(shè)計(jì)公司，是很難打進(jìn)汽車(chē)供應(yīng)鏈的。
此外，從IDM大廠用盡各種方法鎖定SiC基板料源，不難看出基板產(chǎn)能的戰(zhàn)略意義。在當(dāng)前這種SiC基板產(chǎn)能?chē)?yán)重短缺的局面下，要拿到SiC基板，不只要有錢(qián)跟供應(yīng)商簽長(zhǎng)約，還要有良好的關(guān)系。除非中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)基板廠商能順利突破SiC基板的生產(chǎn)瓶頸，否則中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)廠商就算想靠垂直分工跟IDM在市場(chǎng)上一爭(zhēng)長(zhǎng)短，恐怕也是施展不開(kāi)的。因此，該業(yè)界人士直言，中國(guó)臺(tái)灣能否在SiC產(chǎn)業(yè)中有所作為，關(guān)鍵是中美晶集團(tuán)、漢民集團(tuán)跟廣運(yùn)集團(tuán)能否攻克SiC 長(zhǎng)晶跟基板量產(chǎn)的門(mén)檻。唯有先確保原材料供應(yīng)，后面要發(fā)展晶圓代工跟IC設(shè)計(jì)，才有機(jī)會(huì)。
另一位來(lái)自IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的業(yè)界人士則指出，即便中國(guó)臺(tái)灣能突破SiC基板量產(chǎn)的技術(shù)關(guān)卡，并不代表后面的發(fā)展就能一帆風(fēng)順。中國(guó)臺(tái)灣雖然有號(hào)稱(chēng)世界第二，僅次于美國(guó)的IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)，但如果仔細(xì)觀察中國(guó)臺(tái)灣的IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)，就能發(fā)現(xiàn)中國(guó)臺(tái)灣的IC設(shè)計(jì)公司幾乎全都是做數(shù)位晶片的。也因?yàn)檫@個(gè)緣故，中國(guó)臺(tái)灣的類(lèi)比IC設(shè)計(jì)人才極度匱乏，即便有少數(shù)類(lèi)比IC設(shè)計(jì)的高手，大概也都被少數(shù)幾家做數(shù)位晶片的大廠網(wǎng)羅了。
大廠布局的盲點(diǎn)就是臺(tái)廠的機(jī)會(huì)
雖然中國(guó)臺(tái)灣SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展道路看來(lái)是重重險(xiǎn)阻，但也不是毫無(wú)機(jī)會(huì)。在筆者這次走訪產(chǎn)業(yè)界的過(guò)程中，就看到一個(gè)很有趣的現(xiàn)象：來(lái)自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的人士，對(duì)中國(guó)臺(tái)灣SiC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景，態(tài)度相對(duì)保守，但正在開(kāi)發(fā)各種功率相關(guān)應(yīng)用的設(shè)備製造商，如測(cè)試儀器設(shè)備、充電樁、車(chē)載充電器(OBC)、逆變器的業(yè)者，普遍都很希望能實(shí)現(xiàn)「國(guó)產(chǎn)替代」。換言之，市場(chǎng)對(duì)中國(guó)臺(tái)灣本土的SiC元件，是有期待的。
某設(shè)備商就直言，由于某些馬達(dá)跟電源系統(tǒng)的測(cè)試需要極大的功率，早在電動(dòng)車(chē)成為顯學(xué)之前，該公司所推出的測(cè)試儀器，就已經(jīng)改用SiC功率元件，否則無(wú)法滿足客戶對(duì)功率的要求。在跟外商配合多年的經(jīng)驗(yàn)中，最令該設(shè)備商感到棘手的，就是元件選型跟第二供應(yīng)來(lái)源的問(wèn)題。
該設(shè)備商指出，因?yàn)槟壳癝iC元件是IDM的天下，而IDM廠商只有在市場(chǎng)已經(jīng)很成熟的情況下，才會(huì)開(kāi)發(fā)跟競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手規(guī)格相似的產(chǎn)品。在市場(chǎng)走到這一步之前，IDM廠商推出的產(chǎn)品，都有很強(qiáng)的獨(dú)特性。因此，我們的設(shè)備只要一選定某款SiC料件，基本上就是被綁架了，完全沒(méi)有找到Second Source的可能性。
相較之下，硅IGBT的情況就好得多，雖然供應(yīng)商還是那些大廠，但至少每家大廠都有類(lèi)似規(guī)格、型號(hào)的產(chǎn)品，A供應(yīng)商如果缺料，還有機(jī)會(huì)找到其他替代的料件來(lái)源。這種供應(yīng)鏈的韌性，在半導(dǎo)體缺貨的背景下， 變得更加重要。如果中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)能有本土的SiC元件供應(yīng)商，提供跟IDM大廠類(lèi)似的元件選擇，對(duì)于我們這些已經(jīng)被供應(yīng)商「綁架」很久設(shè)備製造商來(lái)說(shuō)，將是天大的好消息?！?/p>
除了中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)本土的設(shè)備製造商樂(lè)見(jiàn)本地的SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展外，很有趣的是，中國(guó)大陸的電動(dòng)車(chē)相關(guān)業(yè)者，對(duì)中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展，似乎也有一定的期待。某任職于中國(guó)汽車(chē)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的臺(tái)籍干部就指出，雖然中國(guó)大陸當(dāng)?shù)氐?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%AC%AC%E4%B8%89%E4%BB%A3%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93/">第三代半導(dǎo)體蓬勃發(fā)展，但中國(guó)大陸的老板除了要求他研究本地供應(yīng)商的產(chǎn)品外，也希望他能透過(guò)人脈關(guān)系，打聽(tīng)一下中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)是否有廠商能提供符合車(chē)廠客戶需求的SiC模組。
該名臺(tái)干指出，中國(guó)大陸當(dāng)?shù)氐腟iC晶片/模組供應(yīng)商雖多，但產(chǎn)品有通過(guò)車(chē)規(guī)驗(yàn)證的不多，而且產(chǎn)品帳面規(guī)格跟實(shí)際性能表現(xiàn)，往往有一定程度的落差。因此，即便中國(guó)的國(guó)家政策是希望盡可能扶植當(dāng)?shù)氐牡谌雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)，但老板還是希望能「多打聽(tīng)、多比較」。
筆者反向跟中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的模組廠商確認(rèn)，的確有中國(guó)的電動(dòng)車(chē)廠來(lái)詢問(wèn)，是否有機(jī)會(huì)幫他們?cè)O(shè)計(jì)客製化的SiC模組，并指定採(cǎi)用某國(guó)際大廠提供的元件。但目前還在評(píng)估這個(gè)案子是否要承接，因?yàn)樵撃＝M廠同時(shí)也有其他日系客戶的專(zhuān)案正在進(jìn)行中。
總之，對(duì)臺(tái)廠而言，要在SiC元件方面占得一席之地，雖然有一定程度的挑戰(zhàn)，但元件的買(mǎi)方均抱持著樂(lè)觀其成的態(tài)度。畢竟，如果臺(tái)廠也能推出SiC功率元件，將可為設(shè)備製造商帶來(lái)更多選擇。另一方面，除了元件之外，SiC功率模組顯然也是不容小看的商機(jī)，值得臺(tái)廠多加留意。
