从硅到碳化硅：LED龙头转身成为碳化硅巨头的Wolfspeed，以十倍速前进扩产
电池容量不受影响的情况下，特斯拉 Model S 和 X 充电速度可以提升 50%。相较于使用传统硅基 IGBT 的特斯拉 Model S，采用碳化硅 SiC 的 Model 3，其充电器和逆变器尺寸缩小近 80%，冷却需求也降低。同样是借助 SiC，蔚来的双电机方案续航能力可提升 6%......
作为极具代表性的第三代半导体材料，SiC?结构稳定，适应高功率、高频、高压场景，可应用于功率器件和射频器件。尤其是在电动车这一核心应用上，SiC?既可以降低续航、充电两大焦虑，又有助于缩小器件体积，其价值正在被产业瞩目。
整车厂对于?SiC?的接受度变高，供给端也正在予以回应。举例来说，昔日的?LED?巨头?Cree?陆续剥离其照明和?LED?业务，全力押注?SiC?技术和制造。今年下半年，Cree ?更名Wolfspeed?并重新上市，正式加入化合物半导体游戏。Wolfspeed?此前为?Cree?功率与射频部门，专门生产碳化硅芯片。
Wolfspee d致力于推动多个行业实现从硅到碳化硅的转变，不仅签订了超过?13.3?亿美元的长期材料供应协议，SiC?产量更提升至?2017?年的?30?倍。Wolfspeed?的转型，无疑为化合物半导体市场注入信心。而以产能、工艺及商业模式的转换为观察要点，SiC?的未来也变得更为清晰。
SiC应用速度远超预期
“公司内部经常讲，2020?年在中国是?SiC?应用元年。今年我们发现?SiC?的应用比我们预想的要大大加速。”在本月由?TrendForce?集邦咨询举办的化合物半导体会议上，Wolfspeed?华南区销售总监柯鸿彬欣分享道。
今年年底，Wolfspeed?和通用汽车达成了?SiC?战略供应协议。根据协议，通用汽车打算在其基于Ultium Drive的下一代电动汽车中转向更节能的?SiC?产品。2019?年?5?月，Cree曾宣布被大众选为?SiC?供应合作伙伴。不仅如此，公司还与英飞凌、意法半导体等功率器件玩家签署了大规模供应协议。
聚焦国内市场，柯鸿彬分享了?Wolfspeed?重点看好的应用。
首先是电动车，这其中包含主驱、車載充電機?(OBC)、DCDC，还有接下来非常火热的热泵空调。他指出，“我们看到国内一些企业在?SiC?主驱和全车?SiC?的应用上非常快，不会输给欧美企业太多，甚至可以说是更快。”
第二是光伏和储能。碳中和目标下，国内看到光伏功率密度提高的要求，SiC产品变得非常迫切。尤其在集成了储能的场景，SiC?变成不二选择。
第三是和电动车配套的充电桩。现在中国市面上的充电桩多是?100?千瓦上下，整个充电的效率比较低，未来的超级快充需要用到?SiC?器件和方案。
最后是传统的TFC和开关电源，传统的服务器电源、通信电源，甚至是高压的直流输出的方案都会大量使用?SiC?的方案。此外，轨交和变频器也值得关注。
柯鸿彬表示：整体来讲，未来的五年时间里，SiC?年复合增长率大概是30%。“基于今天我们看到的情况，复合增长率很可能会比?30%?更高。”
除了材料特性带来的应用价值，SiC?的加速应用也获得多重助力。柯鸿彬观察到，能效标准迭代背景下，不管是国内还是欧美，都能看到碳化硅二极管、MOS?管、模块，甚至是裸带的需求都大大提高。
当前，产业内尤其关注电动车领域?800V?高压平台的导入。高压平台可以为功率快充技术预留性能空间，并有效提升三电系统的功率密度。
保时捷于?2019?年发布首款800V平台量产车型?Taycan?之后，国内车企纷纷跟进。电压平台升级要求有更高性能的功率器件，SiC材料性有望借此机会普及。
有分析人士认为，从?400V?过渡到?800V，充电里的关键功率器件?70%?以上可能都要换成碳化硅的方案。
集邦咨询的研究显示，随着电动车渗透率不断升高，以及整车架构朝?800V?高压方向迈进，预估?2025?年全球电动车市场对?6?英寸?SiC?晶圆需求可达?169?万片。
衬底是门票?未来需关注投产率
SiC?产业链分为上中下游三个环节：上游包括衬底和外延片的制备；中游包括芯片、器件或模组的设计、制造和封测；下游则是终端应用。其中，衬底材料被视作关键环节。
一方面，SiC?长晶速度慢、良率低，晶圆供应无法满足需求;另一方面，SiC?衬底约占?SiC?功率器件成本一半，且与产品质量息息相关。市场普遍认为，取得?SiC?衬底被视作进入汽车功率器件等市场的门票。
看似有着广阔应用市场和高景气未来的?SiC?应用，实则刚刚起步。这也意味着，其在产业化初期需解决产能和价格两大问题。
SiC?和传统方案的系统成本差距正在缩小，产能缺口被认为没有悬念，或将成为产业发展的最大瓶颈。
SiC?衬底产能不足背景下，扩产能力成为比拼指标。当前?Wolfspeed?在衬底环节占据?60%?市场，并持续推动扩产。Wolfspeed?投资?4.5?亿美元在纽约州?Marcy?建造一座?8?英寸车规级?SiC?晶圆工厂，预计将在?2024?年达产，产能达到?2017?年的?30?倍?。
当前全球?SiC?衬底以?6?英寸为主，Wolfspeed?的工艺进度显然领先，其产量更提升至?2017?年的?30?倍。柯鸿彬表示：“有了产能的加持，Wolfspeed?有比较大的信心在第三代半导体功率市场里保持份额领先。
龙头扩产之外，另一观察要点是化合物半导体领域里出现的垂直整合情况。
一来是制造晶圆的?Wolfspeed?往下做功率器件，进入意法半导体和英飞凌所在领域且占据第三。有分析认为，考虑到封装环节价值不高，Wolfspeed?未来在最多也只会做到器件环节。
二来是意法等功率器件大厂积极向上游衬底发展，不仅在于?SiC?晶圆在短期内出现缺口，也是得益于?SiC?生产设备不算昂贵。有业内专家指出，这样的情况在半导体产业没有前例可援。这也意味着，材料科学会成为化合物半导体产业链的重要增值环节。
国内来看，不断增加的?SiC产线是非常显著的趋势。集邦咨询分析师龚瑞骄认为，国内玩家争入局背景下，未来应关注投产率。
他表示：SiC?项目总体投资门槛较低，许多中小型城市政府急于提升城市形象加以投资，但实际通线达产较低，部分项目签约、开工后，没有后续进展披露，存在搁置、烂尾等情况。
结语
Wolfspeed?转身背后，既有来自电动车时代的拉力，也有?LED?产业的推力。当前?LED?照明市场基本上由蓝宝石衬底占据。有业内资深分析师告诉《问芯Voice》：价格更低的蓝宝石材料已满足品质要求，SiC?应用于?LED?照明是暴殄天物。LED?产业内延续?Cree?此前硅基路线的厂商，只剩国内晶能光电一家。
晶能光电在接受《问芯Voice》采访时表示，擅长垂直结构的硅基衬底在一些领域相比蓝宝石仍有优势。具体来说，垂直结构的硅基产品耐大电流，适合一些大功率应用，且其在剥离衬底后是单面发光，相比五面出光的蓝宝石，光束更加集中，也更适应移动照明、汽车大灯、紫外固化等场景。
在新兴市场，功率器件和高功率通信发射机必须转向碳化硅?SiC?和氮化镓?GaN。
Wolfspeed?首席执行官?Gregg Lowe?在公司更名之际表示：新一代功率半导体将由?SiC?技术驱动，Wolfspeed?如今是纯粹的半导体巨头，在?LED?领域无法施展技能的?SiC?材料，可望在电动车等市场起飞。这也让?Wolfspeed?一进入化合物半导体游戏，就自带三十多年的经验值。
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