2019-2020H1 SiC Wafer Market Share

2019-2020H1 SiC Wafer Market Share

         根據半導體時代產業數據中心的資料顯示:2020上半年全球半導體SiC晶片市場占有的比例,CREE出貨量占全球45%,ROHM子公司SiCrystal出貨量占全球20%,II-VI出貨量占全球13%。

         英飛凌與GT Advanced Technologies(GTAT)簽署碳化矽(SiC)晶棒供貨協議,合同預期五年。英飛凌此舉無疑是看到了SiC廣闊的市場規模,據Yole預測,SiC市場規模在2021年將上漲到5.5億美金,這期間的年均複合成長率預計將達19%。其實不止英飛凌,其他SiC廠商如意法半導體、BOSCH、ROHM等也都看好SiC的穩步需求,開始緊鑼密鼓的點兵布陣,他們或多方收購,或強強聯合,貌似誰也不想在SiC這個飛速發展的市場中落下。

車廠逐漸導入,SiC晶圓供不應求
         美國工程材料和光電元件領先企業II-VI宣布與通用電氣(GE)簽署合作協議,通用電氣授權II-VI利用其專利技術進入碳化矽功率元件和模組製造領域。這意味著碳化矽革命應在電動車市場開啟燎原之勢。

         這兩年,由於SiC獨有的優良特性,車廠陸續開始導入SiC元件,這對SiC晶圓的需求量是巨大的。碳化矽功率元件生產過程主要包括碳化矽單晶生產、磊晶層生產、元件製造三大步驟,分別對應產業鏈的晶圓基板、磊晶、元件和模組三大環節。碳化矽上游產品為晶圓基板。

         特斯拉已經將意法半導體基於SiC MOSFET的功率模組整合到Model 3變流器中。Model 3具有一個主變流器,該變流器需要24個電源模組,每個電源模組均基於兩個碳化矽MOSFET裸片,每輛汽車總共有48個SiC MOSFET裸片。這些MOSFET由位於義大利卡塔尼亞的意法半導體晶圓廠製造。除此之外,其他包括OBC、一輛車附2個一般充電器、快充電樁等,都可以放上SiC,只是SiC久缺而未快速導入。

         早在2014年5月,豐田汽車宣布通過使用SiC功率半導體,將混合動力汽車的燃油效率提高10%(在日本國土交通省的JC08測試周期下)。與僅含Si功率半導體的當前PCU相比,功率控制單元(PCU)的尺寸縮小了80%。但由於SiC晶圓(基板)不足,豐田還未採用。

         據GaN世界的報導,按照這個估算若循續漸進採用SiC後,該換的都換上SiC,平均2輛特斯拉的純電動車就需要一片6英寸SiC晶圓。當然,這算法未得到特斯拉官方證實。

         業者分析,單從特斯拉創造的需求來看,2020年如果不是COVID-19帶來銷售及生產等多重變數,特斯拉第1季宣稱6月底美國工廠Model 3及Model Y的年產能將達50萬輛,上海廠(Gigafactory 3)計劃年底產能50萬輛,使其總產能規模近100萬輛,也就是說,特斯拉一年平均約要50萬片6英寸SiC。而目前全球SiC矽晶圓總年產能約在40萬~60萬片,如此就消耗掉全球當下SiC總產能。

         即使在COVID-19及中美貿易戰的緊張關係下,汽車產業銷售受波及最明顯,然而SiC晶圓生產大廠的布局絲毫不減,這都是對SiC在車用市場發展潛力持正面看法的表現。

國際大廠爭先恐後加碼擴產
         據統計顯示,目前全球生產碳化矽晶圓的廠商包括CREE、英飛凌、ROHM子公司SiCrystal、II-IV、Norstel、新日鐵住金及道康寧(Dow Corning)等。還有一些新進者,如韓國的SK Siltron收購杜邦(Dupont)SiC晶圓部門正在對該行業進行投資;Soitec也宣布與應用材料聯合開發下一代碳化矽基板的開發計劃。

         其中,CREE市占率最高,幾乎獨霸市場。CREE早在1991年就發布全球首款商用SiC晶圓,並分別於2002年及2011年發布全球首款SiC JBS Schottky diode及SiCMOS,2016年引領行業進入6英寸SiC晶圓時代。

         2019年5月CREE宣布,看好5G與電動車後市需求,將在未來5年內,斥資10億美元用於擴大SiC產能,在公司美國總部北卡羅萊納州達勒姆市建造一座採用最先進技術的自動化200mm SiC生產工廠和一座材料超級工廠。

         2020年10月,CREE以高達3億美元的價格出售LED產品部門給SMART Global Holdings,專注發展碳化矽。CREE的產能已被下游大客戶買斷,主要客戶包括意法半導體、英飛凌、安森美。

         意法半導體不僅簽署了超過5億美元的SiC晶圓購買合同,同時也在2019年2月以1.375億美元現金收購瑞典SiC晶圓製造商Norstel AB,Norstel生產150mm SiC裸晶圓和磊晶晶圓。意法半導體表示,交易完成後,在全球產能受限的情況下控制部分SiC元件的整個供應鏈。另據EE Times消息,意法半導體在義大利卡塔尼亞工廠大力發展SiC業務,作為戰略和收入的關鍵部分計劃。

         另外一個SiC晶圓廠ROHM對SiC的關注和布局相對較早,2009年ROHM收購SiC晶圓供應商SiCrystal,隨後在2010年推出首批量產的SiC Schottky diode和MOSFET,2012年批量生產全SiC模組,2017年交付了6英寸SBD。SiCrystal是ROHM成為意法半導體之外最大SiC元件大廠的主要原因,2020年初SiCrystal與意法半導體簽署1.2億美元的供貨大單。

         英飛凌公司布局碳化矽領域已超過30年。英飛凌的碳化矽材料主要採取外購的方式。2018年英飛凌收購碳化矽晶圓切割領域的新銳公司 - Siltectra。Siltectra稱其相比傳統工藝將提高90%的生產效率。此次與GT Advanced Technologies簽約之後,「GTAT的優質碳化矽晶棒將為當前和未來滿足一流標準的有競爭力碳化矽晶圓提供額外來源。這為我們雄心勃勃的碳化矽增長計劃提供有力支持,充分利用我們現有的內部技術和薄晶圓製造的核心競爭力。」英飛凌工業功率控制事業部總裁Peter Wawer表示。

         II-VI也計劃將150mm(6英寸)碳化矽材料的產能擴大5-10倍,同時擴大差異化200mm材料技術的批量生產,以滿足未來五年預期不斷增長的需求。

         日本昭和電工也曾多次發表擴產聲明。昭和電工SiC晶圓月產能從2018年4月的3000片提高至5000片,在2019年9月進一步提高至7000片,進行第三次增產投資後,在2019年2月擴增至9000片。

         在半導體產業中,由於製造端設備成本最高,廠商必須考慮資本投入後的成本回收,因此如果沒有看到終端需求有維持5年以上潛力,業者一般不會貿然擴產。而這些大廠的擴產也無疑證明對SiC晶圓的看好。

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