作為推動能源變革的關(guān)鍵技術(shù)，Infineon、ON Semi等功率半導體巨頭們已將SiC視為未來十年業(yè)務增長的強勁動能。然而，原材料與關(guān)鍵設備的緊缺持續(xù)干擾著全球SiC供應鏈的穩(wěn)定，“擴產(chǎn)”將成為未來幾年活躍于產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵詞。

根據(jù)Wolfspeed預計，2022年全球碳化硅器件市場規(guī)模達43億美元，2026年碳化硅器件市場規(guī)模有望成長至89億美元。當前SiC功率器件價格較高，是硅基IGBT的3~5倍左右，但憑借優(yōu)異的系統(tǒng)節(jié)能特性，SiC器件開始在新能源汽車、光伏、儲能等領(lǐng)域替代硅基器件。

過去幾年中，IDM廠商在12英寸晶圓廠上投資了數(shù)十億美元，用于制造IGBT等硅基功率元件，這使得完全折舊的6/8英寸晶圓廠現(xiàn)在可用于支持SiC大規(guī)模生產(chǎn)。當然，IDM廠商需要額外添置一些SiC專用生產(chǎn)設備，這包括超高溫CVD反應器、高溫高能離子注入機、高溫氧化爐、晶圓級測試設備等。

硅晶圓在90年代經(jīng)歷了從6英寸到8英寸的轉(zhuǎn)變，隨后在大約十年后轉(zhuǎn)向12英寸晶圓。SiC正在經(jīng)歷著同樣的事情，當前絕大多數(shù)SiC功率元件仍然依靠在6英寸晶圓上進行生產(chǎn)，而為了進一步降低成本并擴大SiC滲透率，Wolfspeed等一線廠商已目光投向8英寸。這十分困難，但不得不做，我們可以看到Wolfspeed Mohawk Valley Fab的實際量產(chǎn)時間已經(jīng)被一再推遲，這同樣關(guān)系到其近幾個季度糟糕的財務狀況。


安森美戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型：all in碳化硅

安森美是全球汽車半導體龍頭，聚焦智慧電源及智慧感知業(yè)務。安森美前身為1999年摩托羅拉分拆的半導體部門，2000年美股上市，后陸續(xù)收購眾多半導體制造商，在全球建立生產(chǎn)基地和設計工廠。2021年，公司收購碳化硅廠商GTAT，增強碳化硅領(lǐng)域布局實力。2021財年，公司實現(xiàn)營收67.4億美元，同比增長28.13%；歸母凈利潤10.1億美元，同比增長339.13%。

戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型：all in碳化硅，彰顯汽車野心。安森美收入包含電源方案部（功率）、先進方案部（模擬、混合信號、邏輯）及智能感知部（CIS），下游涵蓋汽車、工業(yè)、通訊、消費等。2020年12月，El-Khoury出任公司新CEO；2021年8月，公司變更品牌名（去“半導體”化）及LOGO，彰顯對于汽車下游的重視。碳化硅作為遠期核心增長點，在公司營收比重不斷提升。而IDM轉(zhuǎn)Fab-liter模式，也切實推動公司盈利能力改善。

激進擴產(chǎn)：或為彈性最大玩家。自2021年轉(zhuǎn)型以來，公司資本開支占營收比例從2021Q1的5%提升至2022Q2的10%。2022年9月，安森美在捷克羅茲諾夫擴建的SiC工廠落成，未來兩年內(nèi)產(chǎn)能將逐步提高16倍。客戶端，公司不斷取得突破，市場預期其進入北美大客戶并取得可觀的訂單金額。市場普遍關(guān)注Wolfspeed，對于安森美的研究相對較少，我們認為安森美將成為碳化硅器件市場格局的最大變量。

供需測算：中短期格局偏緊，國產(chǎn)窗口期尚未關(guān)閉。根據(jù)Yole統(tǒng)計，2021年碳化硅器件端，安森美份額為7%，我們預計未來將持續(xù)提升；CR5之外的份額為12%，國產(chǎn)化率目前較低。碳化硅市場需求飽滿，汽車市場的確定性增長，疊加儲能等新興領(lǐng)域出現(xiàn)，經(jīng)我們測算，到2025年，全球碳化硅器件市場規(guī)模有望達到74.3億美元。我們判斷，2025年前，供需將持續(xù)趨緊，國產(chǎn)將留有一定的發(fā)展窗口期。

SiC廠商逐步完成襯底布局

全球領(lǐng)先的SiC器件供應商ST、英飛凌、Wolfspeed、ON Semiconductor、Rohm等基本上都有自己相對穩(wěn)定的襯底供應渠道。

Rohm于2009年收購了德國SiC襯底和外延片供應商SiCrystal。SiCrystal是一家總部位于德國紐倫堡的SiC晶圓制造商。羅姆從2010年開始在全球率先量產(chǎn)SiC MOSFET，至此，羅姆已經(jīng)推出了第四代SiC MOSFET。將本產(chǎn)品用于車載逆變器時，與使用IGBT相比，功耗可降低6%。對延長電動車的續(xù)航里程很有幫助。雖然公司規(guī)模不是很大，但SiCrystal的關(guān)鍵技術(shù)已作為SiC功率半導體廣泛應用于全球電動汽車，公司已成為SiC晶圓市場的領(lǐng)先企業(yè)之一。

自2019年收購瑞典SiC襯底供應商Norstel以來，該公司一直在考慮IDM模式。但Norstel在瑞典的產(chǎn)能有限，ST不得不依賴與Wolfspeed的長期SiC晶圓供應協(xié)議，為ST供應150mm SiC裸晶圓和外延晶圓。因此，2022年10月，ST宣布將在意大利建立一個集成的SiC襯底制造工廠，該工廠將與意法半導體位于意大利卡塔尼亞的工廠現(xiàn)有的SiC器件制造工廠一起建設。生產(chǎn)150mm SiC外延基板的工廠。據(jù) Yole Intelligence 化合物半導體和新興基板團隊的首席分析師 Ezgi Dogmus 稱，這使 ST 到 2024 年能夠達到 40% 的內(nèi)部基板采購。

2022年12月初，ST宣布與Soitec合作開發(fā)SiC襯底制造技術(shù)，并在其未來200mm襯底制造中采用Soitec的SmartSiC技術(shù)為其器件和模塊制造業(yè)務提供支持，并有望實現(xiàn)中期量產(chǎn)。ST還暗示在不久的將來開發(fā)200mm SiC晶圓。

2021年11月1日，安森美半導體收購SiC襯底供應商GT Advanced Technologies（“GTAT”），實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合，確保產(chǎn)能和品質(zhì)的穩(wěn)定性。安森美半導體是目前為數(shù)不多的能夠提供從襯底到模塊的端到端 SiC 解決方案的供應商之一。此外，為滿足市場對SiC需求的加速增長，安森美半導體仍在大力投資擴產(chǎn)：2022年8月11日，安森美半導體位于新罕布什爾州哈德遜的SiC工廠竣工。建成后，碳化硅（SiC）產(chǎn)能將同比增長5倍；2022 年 9 月，安森美半導體將在捷克共和國羅茲諾夫完成其擴建的碳化硅 (SiC) 工廠。

這些廠商雖然通過收購建立了自己的襯底供應，但產(chǎn)能還遠遠落后，因此仍與全球最大的SiC襯底和外延片供應商Wolfspeed綁定。Wolfspeed約占全球總量的60%。SiC 晶圓產(chǎn)能的百分比。2022年，Wolfspeed全球首家8英寸SiC工廠啟動，小規(guī)模試產(chǎn)正在進行中。預計在今年上半年完成初始認證并開始供貨，這也向行業(yè)發(fā)出了一個積極的信號。

2022 年 10 月，Wolfspeed 宣布了一項耗資 65 億美元的多年產(chǎn)能擴張計劃，其中包括在公司最先進的 200 毫米莫霍克谷工廠以及北卡羅來納州 445 平方英尺的工廠安裝額外設備。一畝碳化硅材料廠的建設將使公司現(xiàn)有材料產(chǎn)能擴大10倍以上。第一階段的建設計劃于公司 2024 財年末完成。博格華納向 Wolfspeed 投資 5 億美元，以確保高達 6.5 億美元的碳化硅器件年產(chǎn)能供應。

不過近年來，Wolfspeed也開始向SiC器件如SiC MOSFET、SiC二極管、SiC模塊等領(lǐng)域延伸。根據(jù)Wolfspeed發(fā)布的消息，未來包括奔馳、捷豹路虎在內(nèi)的電動汽車都將采用Wolfspeed的SiC器件提供動力。

對于這種競爭與合作的關(guān)系，Wolfspeed CEO Gregg Lowe此前表示，公司將以同樣的優(yōu)先級支持這兩種不同的商業(yè)模式。他認為，未來10年，Wolfspeed仍將與這些半導體客戶和競爭對手保持良性的競爭關(guān)系。Wolfspeed 需要合作伙伴幫助功率半導體行業(yè)從硅器件向碳化硅器件轉(zhuǎn)型。

誠然，對于碳化硅這樣性能優(yōu)異、產(chǎn)業(yè)急需、但挑戰(zhàn)重重的材料，在競爭中合作、在合作中共贏是產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的主要手段。

綜上所述，可以看出在SiC襯底方面，ON Semiconductor有GTAT，ST有Norstel，Rohm有SiCrystal，Wolfspeed自己生產(chǎn)SiC襯底。為什么SiC領(lǐng)域會出現(xiàn)這樣的發(fā)展趨勢？北京市半導體行業(yè)協(xié)會副秘書長朱晶表示：“之所以出現(xiàn)這種趨勢，主要是因為碳化硅供需極度失衡，碳化硅襯底的需求量非常大，被業(yè)界認為產(chǎn)業(yè)成為長期持續(xù)的趨勢，SiC襯底的產(chǎn)能因良率問題無法滿足快速增長的需求，導致器件廠商“囤貨”的沖動。


SiC材料特性優(yōu)異，新能源汽車、光伏驅(qū)動行業(yè)成長

SiC電氣特性優(yōu)越，有望成為最具前景的半導體材料之一。半導體材料位于半導體產(chǎn)業(yè)鏈最上游，屬于芯片制造與封測的支撐性產(chǎn)業(yè)，是半導體產(chǎn)業(yè)鏈中細分領(lǐng)域最多的環(huán)節(jié)。近年來，全球半導體材料市場規(guī)模穩(wěn)健增長，而從被研究和規(guī)?；瘧玫南群箜樞蚩矗雽w材料發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個階段。其中，以SiC為代表的第三代半導體，具備耐高壓、耐高溫和低能量損耗等優(yōu)越性能，可以滿足電力電子技術(shù)對高溫、高功率、高壓、高頻及抗輻射等惡劣工作條件的新要求，有望成為半導體材料領(lǐng)域最具前景的材料之一。

碳化硅下游應用廣泛，新能源汽車、光伏等驅(qū)動行業(yè)成長。SiC產(chǎn)業(yè)鏈包括上游SiC襯底材料的制備、中游外延層生長、器件制造以及下游應用市場。從下游應用看，SiC襯底可分為半絕緣性襯底和導電性襯底，其中半絕緣SiC襯底主要用于制作微波射頻器件，用于5G通訊、雷達等高頻需求領(lǐng)域，導電型襯底則用于制作功率器件，用于新能源汽車、光伏發(fā)電等高壓需求領(lǐng)域。近年來，SiC功率器件在下游應用中嶄露頭角，應用范圍已從傳統(tǒng)的消費電子、工業(yè)控制、電力傳輸、計算機、軌道交通等領(lǐng)域，擴展至新能源汽車、風光儲、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等新興應用領(lǐng)域，其中新能源汽車、光伏等領(lǐng)域的快速發(fā)展給SiC帶來增量需求，驅(qū)動碳化硅行業(yè)不斷成長。據(jù)Yole預測，到2025年，全球SiC市場規(guī)模將達到25.60億美元，2019-2025年復合增速高達29.53%。

政策支持+成本下降，碳化硅國產(chǎn)替代有望加速。近年來，國家陸續(xù)出臺政策鼓勵SiC行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新，疊加SiC襯底向大尺寸演進，有效提升材料使用率，以及晶棒、襯底良率持續(xù)提升，未來碳化硅器件的生產(chǎn)成本有望持續(xù)下降，預計在高電壓場景中將先具備替代優(yōu)勢。目前海外廠商在碳化硅領(lǐng)域占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，國內(nèi)企業(yè)仍在起步階段，技術(shù)不斷追趕同時產(chǎn)能尚在爬坡，隨著國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品得到驗證進程加速，下游廠商認可程度不斷提升，海外企業(yè)與國內(nèi)企業(yè)差距相對縮小，國產(chǎn)替代具備廣闊的市場空間。