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IGBT供应商,急了!

2022-04-06
来源: 半导体行业观察
关键词: SiC IGBT

  SiC的扩张比我们想象的还要快。尽管SiC在良率、缺陷和制造工艺以及成本方面还存在一定的难度,但现在几乎所有汽车OEM和电动汽车初创公司都已经将SiC用于电动汽车牵引逆变器和车载充电器中,或者正处于产品设计阶段,这也足以体现了SiC的优势大于其壁垒。汽车俨然已成为SiC的杀手级应用,大多数芯片制造商认为押注SiC已是一个相对安全的赌注。

  再者,国际发展较快的SiC大厂已经尝到了连年增长率的“甜头”,2021年SiC供应商的营收也是令人分外眼红。在这样的背景下,IGBT供应商急了,越来越多的IGBT供应商开始向SiC布局。

  2021年SiC供应商赚大发了

  自特斯拉采用SiC之后,2020-2021年又有多款新发布的汽车采用SiC,汽车领域成为SiC 功率器件市场快速发展的首要驱动力。比亚迪汉-EV和现代Ioniq-5因为提供快速充电功能,销量不错。而理想和小鹏也计划在2022年将SiC EV推向市场。据Yole的数据统计,得益于特斯拉创纪录的出货量,2021年SiC器件的市场规模达到10亿美元规模。受汽车应用的强劲推动,SiC市场正在高速增长。

  而除了汽车之外,Yole预期,工业和能源应用的增长率也将超过20%,主要是一些采用SiC默克的大功率充电基础设施的部署以及光伏安装。综合各领域的需求来看,预计到2027 年,SiC 器件市场将从2021年的10亿美元业务增长到60亿美元以上,年复合增长率高达34%。

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  在SiC需求的高增长背后,SiC供应商们也因此获利颇丰,在2021年取得了可观的收入。

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  2021年ST在SiC器件业务上收入4.5亿美元,同比增长55%,营收排在第一位。ST是目前唯一一家大规模生产汽车级SiC的半导体公司,ST在SiC上的进展也是业内较快的,去年其瑞典 Norrk?ping 工厂已制造出首批8英寸SiC (SiC) 晶圆。ST计划到2024年将SiC晶圆产能提高到2017年的10倍,SiC营收将达到10亿美元。

  英飞凌的SiC业务主要是以工业应用为切入点,凭借SiC主逆变器业务,去年收入2.48亿美元,实现了126%的增长。2001年,全球首款碳化硅(SiC)产品由英飞凌引入了功率器件市场,其实英飞凌还没从西门子脱离出来之前就已经开始了对SiC的研究。近日,英飞凌宣布,将投资超20亿欧元在马来西亚居林工厂建造第三个厂区,以大幅增加产能,新厂区主要涉及外延工艺和晶圆切割等关键工艺,将于6月开始施工,预计第一批晶圆将于2024年下半年下线。

  Wolfspeed是全球最大的SiC衬底和外延片供应商,约占全球一半产能,2021年在SiC的收入同比增长53%。Wolfspee正在扩建其位于北卡罗来纳州的材料工厂和位于纽约州北部的新莫霍克谷工厂,新工厂将是世界上最大的200毫米和汽车级碳化硅制造工厂。

  而另一家收入增长率较高的是安森美,2021年安森美虽然收入0.78亿美元,但同比增长43%。也是看到了在SiC业务上的盈利,安森美去年斥资26.88亿元收购了SiC晶圆生产商GTAT,以推进150毫米和200毫米SiC晶体生长技术,同时还表示今年要将SiC产能扩充4倍。在最近财报会中安森美表示,2022年,我们预计SiC收入将同比增长一倍以上。目前安森美的SiC模块正在为梅赛德斯EQXX研究电动汽车平台提供动力,该平台一次充电可行驶620英里。

  罗姆2021年收入1.08亿美元,与2020年的收入接近。不过罗姆也提出要抢占全球30% SiC市场份额的目标。2021年年初,罗姆计划在今后5年内投资600亿日圆、将使用于EV的SiC功率半导体产能扩增至现行的5倍。罗姆位于福冈县筑后市的工厂内的SiC新厂房也将在今年启用,吉利汽车的EV已决定采用罗姆的SiC功率半导体产品。

  三菱电机2021年收入0.28亿美元,同比增长8%。在去年11月的功率器件说明会上,三菱电机表示,除了将独特的制造工艺应用于沟槽 MOSFET以进一步提高性能和生产力之外,还考虑制造8英寸SiC晶圆。

  不止这些厂商,处于SiC产业链上的厂商无不都在大幅扩产。II-VI Incorporated在今年3月份宣布,将在宾夕法尼亚州和瑞典进行大规模工厂扩建,加速对SiC基板和外延晶圆制造的投资,未来5年内公司的SiC衬底产量至少增加6倍;韩国的SK Siltron已经三次提出对SiC业务进行扩产。

  从这些大厂的扩产和加大投资的动作来看,SiC已成功率半导体厂商的必争之地,市场份额之争激烈无比,时间就在这几年,谁提前卡位,谁就能吃下更多SiC这个快速变大的蛋糕。

  IGBT厂商向SiC迈进

  虽然如今传统的Si功率器件IGBT和MOSFET,仍旧是市场应用最大的部分。但是SiC相比Si具有大禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率三个最显著特征,已经肉眼看得见的发展潜力也使得诸多IGBT供应商开始真刀实枪的向SiC迈进。这其中包括Semikron、东芝、斯达半导和中车时代等。

  3月29日,成立于1951年,全球前十大IGBT模块供应商之一的Semikron,宣布与Danfoss Silicon Power合并,成立Semikron-Danfoss公司,专注于功率半导体模块领域。合并之后的Semikron-Danfoss将拥有超过3500位电力电子领域的专家,未来投资和技术研发重点将转向针对工业应用和汽车应用等市场的SiC解决方案。

  Semikron在1700V及以下电压等级的消费IGBT领域优势明显。公司的产品主要包括2KW-10MW的中等功率输出范围,这是现代节能型电机驱动器和工业自动化系统中的核心器件,可用于电动车、电源、可再生能源等领域。

  今年2月,Semikron获得德国车企超过10亿欧元的SiC逆变器订单,订单产品是Semikron的功率模块平台eMPack,该产品将于2025年开始批量生产。

  而另一边Danfoss Silicon Power在SiC电源模块方面的功底也已较深厚。早在2017年,Danfoss就与通用电气合作了美国首个SiC模块项目(基于GE的SiC芯片制造SiC功率模块),双方随后于2018年在美国建立了SiC功率模块封装工厂。2018年,Danfoss还在德国慕尼黑建立了一个SiC技术中心。

  2019年底,Danfoss便获得知名Tier1厂商采埃孚量产项目汽车牵引电源模块供应合同,当时两家企业已经开始共同开发800V SiC功率模块,并实现量产。

  两家一个在IGBT功率半导体领域有深厚积累,另一个在电源模块领域有深厚积累,在Si向SiC技术过渡的这个时间节点下,双方取长补短,成立新公司Semikron-Danfoss,或许将改变全球SiC产业格局。Danfoss有信心在未来5年内将业务扩大一倍以上。

  老牌IGBT供应商东芝这几年也加速在SiC领域的扩展。目前东芝已推出了SiC MOSFET、SiC二极管和SiC MOSFET模块等产品。虽然东芝当前只有面向轨道交通的SiC产品,但也已计划SiC在新能源汽车上的应用。

  今年2月25日,据日经亚洲的报道,东芝计划到2024年将碳化硅功率半导体的产量增加3倍以上,到2026年增加10倍。而据日媒3月16日最新消息,东芝又宣布要增加SiC外延片生产环节,布局完成后将形成:外延设备+外延片+器件的垂直整合模式。此前东芝是从昭和电工等材料公司购买SiC外延片。他们认为,在汽车电气化的背景下,对SiC功率半导体的需求正在迅速增加,这种转向将有助于提高SiC器件质量,以及也有助于稳定原材料采购问题。

  国内方面,斯达半导作为国内IGBT行业的领军企业,对于SiC也早已热衷,从2020年就开始布局谋划SiC产业项目。根据其2021年11月的最新公告,投入5亿元用于SiC芯片研发和产业化项目。项目达产后,预计将形成年产6万片6英寸SiC芯片生产能力。

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  图源:斯达半导公告

  中车时代电气从大功率半导体起家,通过收购丹尼克斯股权完成技术原始积累,2014 年即建成中国首条8英寸 IGBT 产线,已成为轨交装备IGBT龙头。目前也已切入SiC领域,2021年12月,中车时代发布了首款基于自主碳化硅芯片的大功率电驱产品- C- Power 220s,系统效率最高可达94%。

  结语

  随着越来越多的厂商加入,SiC的发展由最开始的全行业推进,也逐渐来到了竞争阶段。虽然如SiC和GaN这样的宽禁带半导体仍处于发展前期,但是国际大厂已悄然在SiC市场上占据了这个早期市场很大的份额。国内企业在这方面将任重道远。

  


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