從2016年底開始,SiC晶圓供應持續短缺。去年,來自市場的抱怨不斷。有些人預計這種情況將在2017年下半年得到緩解。但現在2018年已近尾聲,市場供應短缺問題仍然存在。晶圓供應,已成為2018年SiC市場增長的瓶頸之一。這種現狀的出現,主要原因有兩個:首先,從4英寸到6英寸晶圓的轉變,比供應商預期的要快得多;其次,晶圓需求的增長,也快于市場預期。
SiC供應商轉進6英寸SiC晶圓 加速SiC元件成本下降
近幾年SiC相關供應鏈廠商持續增產SiC晶圓,并開始陸續釋出6英寸SiC的消息。6英寸SiC工藝在功率半導體方面的優勢包括高工作電壓、顯著降低晶體管導通電阻、更低的傳輸和開關損耗、擴展的工作溫度范圍、導熱系數更高、工作頻率更高、寄生電容更低等等,可使客戶實現高效功率半導體器件,包括MOSFET、JFET和肖特基二極管等。
昭和電工(Showa Denko)在2015年、2016年和2018年一直在連續擴大產能。在今年4月,昭和電工就已經將SiC晶圓的產能從3000片提升到了5000片,并將在今年9月進一步提高到7000片,第三次增產預計將會在2019年2月完成,屆時將會達到9000片。昭和電工還宣布增產6英寸SiC Epi產能并加碼投資。
英飛凌將所有SiC制造產線轉換6英寸SiC晶圓。同時與科銳達成碳化硅(SiC)晶圓的策略性長期供應協議,英飛凌借此得以擴大SiC產品之供應,以因應光伏變頻器及電動車等高成長市場需求;而英飛凌已將所有SiC產品轉換至6英寸制造產線生產,因此與科銳的協議僅涵蓋此類晶圓尺寸。
X-FAB計劃將其位于美國德州拉伯克市的6英寸SiC工藝產能提高一倍。X-FAB被認為是第一家在6英寸晶圓上提供SiC工藝的晶圓代工廠,為此,該公司購買了第二臺加熱離子注入機,將于今年底交付,并于明年第一季度開始生產(以及時滿足近期的需求預期)。此次擴產也表明了其對SiC技術和代工業務模式的承諾。
2018年SiC晶圓市場競爭格局(包括研發機構)
從廠商積極擴產6英寸SiC產能動作不難看出,廠商對SiC前景相當看好,然SiC元件良率受到SiC基板(Substract)缺陷(defect)影響甚大,這也是SiC元件成本居高不下最主要原因。從2016年,6英寸與4英寸SiC晶圓價格比開始低于面積比,意味者客戶采用6英寸SiC制造將比4英寸SiC更劃算,如今業者積極擴產6英寸SiC,不僅隨著量大價跌趨勢,加上良率的持續進步,SiC元件制造成本將持續下降,有助于吸引客戶采用。
SiC元件順利導入汽車 將帶動SiC晶圓需求進一步提升
由于跟現有的硅晶圓電源控制芯片相比,SiC晶圓電源控制芯片能夠提供更優異的耐高溫、耐電壓和大電流特性,使得SiC產品除了應用于現有用途之外,也能更好的適用于火車逆變器模組、電動汽車、車用充電器等新興應用領域。
特斯拉的Model 3型汽車車,就全部使用了碳化硅半導體模塊,每輛車會用到24個碳化硅模組,現今在道路上行駛的Model 3車輛中該碳化硅模塊的數量約為100萬。
特斯拉的Model 3型汽車,就集成了全SiC功率模塊。盡管自2016年便開始有此傳言,但沒有更多信息證明它是否會應用在OBC和/或主逆變器中。通過逆向工程確認,特斯拉的Model 3車型使用了來自STMicroelectronics(意法半導體)的1-in-1頂部引線框架模塊,包含了兩個SiC MOSFET,這些模塊組裝在針翅式散熱器上。
特斯拉Model 3逆變器:意法半導體車規級SiC功率模塊
根據市場研究機構Yole Développement的數據顯示,全球SiC功率半導體市場將從2017年的3.02億美元,快速成長至2023年的13.99億美元,2017~2023年的市場規模年復合成長率(CAGR)為29%,主要推動力來自混合動力及電動汽車、電力和光伏(PV)逆變器等方面的需求。據預測,到2030年,全球電源控制芯片市場規模將會較2017年增長72.1%,達到4萬6798億日元。其中,硅電源芯片市場僅增長55.3%,增長最大的是SiC電源芯片,預計市場規模將會增長到2270億日元,為2017年的8.3倍;氮化鎵產品也將出現大幅度增長,市場規模達到1300億日元,為2017年的72.2倍。
SiC在車用市場發展的潛力吸引了汽車電子元件企業的關注與投入。例如羅姆發布新聞稿宣布將擴增使用于電動車(EV)等用途的碳化硅(SiC)電源控制芯片產能,將在旗下生產子公司「ROHM Apollo」的筑后工廠(福岡縣)內興建新廠房,預計于2019年2月動工、2020年12月完工。此外,羅姆于SiC電源控制芯片事業策略說明會上表示,將投資約200億日圓,于2020年倍增SiC電源控制芯片產能,而羅姆也考慮于宮崎縣進行增產投資,在2025年3月底前累計將投資600億日圓,屆時將SiC電源控制芯片產能大幅擴增至2016年度16倍。
羅姆的擴產動作無疑是對SiC在車用市場發展潛力持正面看法的表現,此舉等于給SiC供應鏈的未來發展打了一劑強心針,使SiC晶圓廠商投入生產的意愿提升,有助于使6寸SiC晶圓單價更趨便宜,讓6寸SiC元件更具經濟效益。