西线无战事碳化硅五巨擘的硝烟_碳化硅_衬底

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（来源：Yole，01芯闻整理）

意法半导体 STMicroelectronics

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根据意法半导体在近期财报中透露的最新数据，截止2022财年第1季度，公司碳化硅产品已经在75个客户的98个项目中送样测试，个中工业运用和电动汽车运用各占一半。
同时意法宣告在这个季度得到了多个Design-win, 包括与德国模块大厂赛米控（Semikron）签署了一项为期4年的技能互助，由意法供应碳化硅芯片，赛米控供应封装技能，共同开拓针对电动汽车的eMPACK功率模块。
该模块已被一家德国整车厂选用，估量2025年开始大规模采购，条约金额在10亿欧元旁边。

赛米控eMPACK功率模块由三块半桥通用构建块组成，已与意法达成协议采取其碳化硅MOSFET芯片（来源：Semikron）

根据当前的项目和订单储备，意法估量2022年来自碳化硅产品的营收在7亿美元旁边，而这一数字在2024年将达到10亿美元。
目前采取意法碳化硅产品的整车厂客户首推特斯拉，自Model 3车型以来就开始采取意法供应的TPAK碳化硅模块，这也成为碳化硅上车并实现规模化利用的标志性事宜。
其余，去年底开始交付的豪华电动车Lucid Air也是采取意法的碳化硅模块。

考虑到意法在碳化硅市场的地位，笔者认为意法对未来业务增长的预期略显守旧，与其他几个碳化硅紧张供应商比较增幅并不大。
预测紧张缘故原由是意法现有碳化硅产能已经绑定了头号客户特斯拉，因此在新产能上线前，意法能做的事并不多。

针对这一状况，意法操持在2022财年投入21亿美元的成本金，紧张目的之一便是增加碳化硅产能——一方面连续扩容意大利西西里岛卡塔尼亞的6寸碳化硅晶圆厂，另一方面投入到2022年开始运营的，位于新加坡的第二座6寸碳化硅晶圆厂。
公司另将9亿美元计策投资中的一部分投入到碳化硅衬底的生产上，用于家当链垂直整合，在2025年实现40%的衬底需求内部供应。

同时，公司也在碳化硅研发上连续投入相称资源。
在生产技能上，意法于2021年年中宣告其挪威分部STMicroelectronics Silicon Carbide A.B. （前身为2019年收购的Norstel A.B.）开始进行8寸碳化硅材料的实验室制造，估量相应技能将在2025年前后成熟，并运用到方案中的新加坡8寸碳化硅生产线中。

在芯片设计上意法连续深挖平面设计碳化硅MOSFET的技能潜力，推出了第4代平面栅碳化硅，估量在今年第二季度量产。
而之前方案的沟槽栅设计产品则顺延成为意法的第5代碳化硅MOSFET，目前该当在工程样品测试阶段，量产韶光待定。

意法碳化硅MOSFET的产品路线图新旧版本略有差异

（来源：STMicroelectronics）

比较上一代产品，第4代平面栅碳化硅的性能有所进步，包括导通电阻减少15%，事情频率增加一倍至1MHz。
碳化硅芯片技能的进展再搭配意法开拓的前辈封装，例如STPAK，ACEPACK SMIT/DRIVE等，为意法保持其碳化硅产品核心供应商的地位供应了主要支柱。
再加上意法碳化硅TPAK在特斯拉电动车中近5年的大规模运用积累下来的海量数据，让意法的产品在多个维度都领先浩瀚竞争对手——Yole Developpment的数据显示意法2021年的市占率为37%，即便未来群雄盘据，管理层也表示有信心霸占30%的碳化硅功率器件市场份额。

英飞凌 Infineon

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（图片来自网络侵删）

这个季度英飞凌宣告碳化硅产品线再获Design-win, 分别为中国整车厂的电动汽车逆变器和车载充电机运用供应产品，条约总金额达到上亿欧元。
纵然这两个项目不能在今年贡献显著的营收，目前已有的碳化硅订单也使得2022财年来自碳化硅产品的收入超过去年近一倍，冲击3亿欧元。

综合现有Design-in和Design-win项目，公司管理层预测到2025年前后碳化硅功率器件产品线可以为公司带来10亿美元旁边的营收。
目前已经开始英飞凌贡献碳化硅产品营收的客户包括当代集团，其Ioniq 5电动紧凑型休旅车采取纬湃科技Vitesco供应的800V逆变器，内部利用的碳化硅模块即来自英飞凌。
与此同时，英飞凌还是小鹏汽车的碳化硅模块的紧张供应商，用于旗舰SUV车型G9中，估量今年第3季度起正式交付。

英飞凌对碳化硅功率器件业务的财务预期

（来源：Infineon）

虽然英飞凌的碳化硅营收增长迅猛，但是英飞凌并非通过薄利多销的办法来扩大其碳化硅市场份额。
CEO Jochen Hanebeck表示碳化硅带来的毛利润率反而高于车规产品奇迹部和工业产品奇迹部的均匀值。
这一点对英飞凌尤为主要：与德州仪器和NXP等竞争对手比较，目前英飞凌在仿照和功率半导体公司中运营利润率处于垫底的位置，急需改变所发卖的产品构成来供应利润率，巩固其功率细分市场一哥的位置。

英飞凌碳化硅产品能够定位高质高价，其缘故原由在于起采取的沟槽碳化硅MOSFET技能的前辈和成熟。
虽然平面构造碳化硅MOSFET生产工艺较为大略，栅极氧化物可靠性更高，但是在与性能干系的单位面积导通电阻和寄生电容，以及成本相关的单位电流芯片尺寸上不能比肩沟栅设计。

而英飞凌的半包沟槽构造是业界不多的几个能够量产上车的碳化硅沟槽构造设计（其他还包括罗姆的双沟槽和住友的接地双掩埋构造等）——按照公众年夜众号“碳化硅芯片学习条记”作者的说法，“沟槽MOS成套工艺及构造IP，是未来十年碳化硅竞争的入场券！
”

平面碳化硅MOSFET的品质成分FOM逊于沟槽栅设计

（来源：SystemPlus Consulting）

英飞凌的沟槽构造碳化硅以CoolSiC作为商品名，目前已推出了两代产品。
第一代以1200V为主，目前处于量产阶段。
而第二代产品包括1200V和750V两个电压规格，相较上一代增加了25-30%的载电流能力。

在针对电动汽车开拓的碳化硅模块产品上，英飞凌着重扩充HybridPACK Drive系列产品，推出了尺寸和管脚兼容的的HybridPACK Drive CoolSiC。
目的是充分利用前期HybridPACK Drive建立的业内有名度和客户资源，减少市场推广本钱，降落客户切入的壁垒。

不过为了得到更好的性能和更紧凑的方案尺寸，第二代CoolSiC也采取了业内逐渐盛行的双面水冷封装HybridPACK DSC，推出了全新的碳化硅塑封模块。

英飞凌CoolSiC技能的迭代，以及对应的电压规格和功率模块封装

（来源：英飞凌）

与同处欧洲的竞争对手意法半导体类似，英飞凌的碳化硅营收也受制于产能。
因此，公司一方面从技能要产能，通过开拓冷裂（Cold Split）技能减少晶锭（boule）切割过程中的材料丢失，从相同的晶锭中得到多一倍的碳化硅衬底。
目前这一技能处于小批量试产中，估量2024年完备成熟。

另一方面，公司也在年初宣告斥资逾20亿欧元在马来西亚培植第三期Kulim晶圆厂，专门用于宽禁带半导体包括碳化硅的前道生产。
新厂区操持在今年6月开始施工，2024年夏季进行设备安装，首批晶圆于2024年下半年开始出货。

英飞凌的冷裂技能可使碳化硅衬底产能翻倍

（来源：英飞凌）

Wolfspeed

Wolfspeed这个季度（2022财年第3季度）最大的新闻便是其位于纽约州莫霍克谷（MVF）的8寸碳化硅晶圆厂正式开始运营，估量在2023年上半年贡献显著营收。
这座晶圆厂占地6.3万平方米，耗资10亿美元，是目前天下上最大的碳化硅生产线。

根据公司在2021年投资者大会上公布的信息，每片8寸晶圆上的碳化硅芯片数量将比现有的6寸晶圆增加了近90%，并且得益于前辈的自动化生产设备，良率也比Wolfspeed的6寸产线提高20%-30%。

按照粗略的打算，MVF的8寸晶圆生产总本钱（包括衬底和前道工艺）只要不超过Wolfspeed Durham晶圆厂6寸晶圆本钱的2.5倍，MVF晶圆厂生产的碳化硅芯片本钱就可以低于目前水平。
而管理层对MVF晶圆厂带来的本钱优化的预期更为乐不雅观，认为2024财年Wolfspeed单颗碳化硅芯片本钱将仅为当前的37%。

Wolfspeed对MVF建成后碳化硅芯片本钱变革的预期，个中28%的降本来自良率提高，25%来自规模效应，另有10%来自立动化减少的人工和生产周期

（来源：Wolfspeed）

MVF晶圆厂的运营也给Wolfspeed的产能带来飞跃。
根据投资者日上间接透露的信息打算，2022财年和2024财年的公司碳化硅衬底总产能（以8寸晶圆计）分别为每周2千3百片和3千3百片。
假设这些衬底全部内部消化且只用光降盆功率器件，Wolfspeed碳化硅模块的产能理论上可以知足2022年170万台和2024年240万台电动汽车的需求。

本季度除了营收同比和环比连续保持增长外，Wolfspeed的Design-in项目金额也与上季度一样保持高位，达到16亿美元。
这使得本财年迄今为止的Design-in总金额增加到38亿美元，较去年同期增加一倍。

这些新增的Design-in项目中，有大约70%来自电动汽车行业，包括明星电动车企Lucid的旗舰车型Lucid Air。
在意法的碳化硅模块之外，这款高端电动汽车也将引入Wolfspeed的XM3碳化硅功率模块。
估量2023年MVF 8寸线能够稳定量产后，Lucid也将利用内含MVF碳化硅芯片的XM3模块用于Lucid Air及后续车型。
因此，Lucid首席工程师、产品资深副总Eric Bach在MVF晶圆厂开业仪式时作为客户代表致辞，也是为了能够尽快拿到MVF晶圆厂的量产芯片。

Lucid Air的逆变器中用到了3块Wolfspeed XM3碳化硅模块

（来源：Lucid，Wolfspeed）

如果将韶光拉长到过去三年，Wolfspeed累积的Design-in金额在87亿美元这个惊人的水平，个中包括大众集团“未来汽车供应路线（FAST）”操持和通用汽车奥腾能平台项目。
其余，市场也传言戴姆勒集团和奥迪的下一代E-tron车型也选择了Wolfspeed的产品。

本季度管理层表示已经有45%的Design-in即40亿美元转化为Design-win，这意味着Design-win对应的客户已经开始实际批量采购Wolfspeed的碳化硅芯片，且至少占预期第一年数量的20%。

按照公司预估的2024财年15亿美元营收目标，这也须要差不多3年韶光才能知足已有的客户需求，因此产能不敷造成的订单积压仍旧是一大寻衅。
考虑到这个情形，管理层把扩充碳化硅衬底和器件制造产能依旧作为公司的紧张事情。

举措之一便是在本季度财报电话会议中，Wolfspeed宣告公司已经开始动手第二座8寸碳化硅晶圆厂的预备事情，比之前的方案大大提前。
CEO Gregg Lowe透露新晶圆厂较MVF规模更大，并且美国联邦和州政府依然将供应大力支持，更多信息会在今年底释出。
其余，第三座衬底工厂的培植也在考虑中，以知足内部和外部衬底客户的需求。

Wolfspeed的碳化硅MOSFET采取平面设计，目前处于第3代（Gen 3），涵盖650V到1200V之间的多个电压规格。
与之前两代产品比较，Gen 3 平面MOSFET采取六边形晶胞微不雅观设计，650V Gen 3和1200V Gen 3+的单位面积导通电阻分别为2.3 mΩ·cm2和2.7 mΩ·cm2，较上一代Strip Cell减少了16%。

（一个有趣的比拟是，另一家碳化硅MOSFET大厂安森美的技能升级路线与Wolfspeed恰好相反，其第一代平面产品M1采取Hex Cell设计，但是在后面的M3中改为Strip Cell，性能提高的幅度也是16%，有待考证为何双方抵牾的技能升级却得到了相同的结果）

Wolfspeed Gen 3碳化硅MOSFET采取Hex Cell的平面技能

（来源：Wolfspeed）

一份较早的资料中Wolfspeed提到其Gen 3碳化硅MOSFET已经到达了平面设计的实际性能极限，下一代产品将是沟槽栅设计。
目前Wolfspeed的Gen 4 沟槽栅仍在开拓中，详细量产韶光还没有透露。

不过，作为一家在碳化硅行业中浸淫了超过30年的企业，Wolfspeed及其前身Cree在1991年就推出了第一片量产碳化硅衬底。
深厚的履历积累和历史沉淀让Wolfspeed的碳化硅衬底性能和质量独占鳌头，就连意法、英飞凌和安森美等同行业竞争对手不得不用费上亿美元向其采购。
因此，Wolfspeed的碳化硅产品得到了至关主要的先发上风，成为了全体碳化硅行业的风向标。

Wolfspeed 8英寸碳化硅衬底的构造质量和化学机器抛光（CMP）工艺后的表面质量都表现出色

（来源：wolfspeed）

罗姆 Rohm

罗姆作为一家在东京证卷交易所上市的科技企业，其投资者关系网站上供应的英文资料有限。
但是从能够找到的资料中，可以看到公司对其碳化硅业余也是极具信心——管理层预测2025财年碳化硅产品营收将超过1000亿日元（7.7亿美元），而目前已挖掘出来的市场机会则超过8400亿日元（65亿美元）。

这些财务和业务目标来自罗姆积极的家当布局。
公司已经与国际多家客户建立了紧密的联系，互助项目带来的预期营收就占到总营收目标的20%-30%。

仅在中国，罗姆就与正海集团成立主营碳化硅功率模块设计和制造业务的合伙企业海姆希科。
同时，与整车厂吉利汽车，以及海内汽车行业有名一级供应商联合电子UAES分别成为计策伙伴关系或首选供应商。
其余，也与联合电子和专注新能源汽车动力办理方案的初创企业臻驱Leadrive成立联合实验室或者联合研发中央。

罗姆碳化硅营收增长目标（23-26财年，对应日历年2022年到2025年），以及目前已经公布的家当互助

（来源：Rohm）

当然，野望须要有匹配的实力才能实现。
罗姆已经方案在2021年至2025年的5年间，投入1200亿至1700亿日元（10亿-13亿美元）的资金，将碳化硅产能扩充至少6倍。
这些投资现在已看到部分成果，包括在今年初完成了日本筑后市 Apollo 工厂新大楼的培植，从而提高了 SiC 芯片产能。

大量投资也涌入了罗姆2010年收购的SiCrystal。
这家碳化硅衬底供应商的中期目标是每年生产数十万片碳化硅衬底，实现上亿美元的营收。
同时，SiCrystal也在探索8英寸衬底生产的可能性，目前已经开始验证事情，估量2023年批量生产。

在碳化硅器件技能方面罗姆也处于领先地位。
2010 年公司就开始量产首款碳化硅MOSFET，与之后推出的第2代产品都采取平面栅极设计。
2015年罗姆又领先竞争对手，率先量产双沟槽构造的第3代产品。

罗姆的碳化硅MOSFET技能路线图，以及第4代产品的发卖占比变革

（来源：Rohm）

2020 年更进一步，推出了针对电动汽车优化的第 4 代 1200V碳化硅MOSFET，在不降落短路耐受韶光的情形下，通过改进双沟槽构造设计，比第3代产品降落了40%的导通电阻。
同时，通过降落栅泄电容（Cgd），使得开关损耗减少了至多50%。
综合来看，第4代产品得到了更好的FOM（品质因数，Figure of Merit）。
罗姆预测第4代碳化硅MOSFET从今年起在其发卖构成中的占比逐渐增加，直至2024-2025年景为发卖主力。

与其他尚在寻衅首款量产沟槽栅产品的竞争对手比较，罗姆已领先数个身位，第5代产品正在开拓中，估量比上一代产品减低30%的单位面积导通电阻，操持于2025年量产。
不止于此，第6代碳化硅MOSFET也涌如今技能路线图的远景方案中，将于2028年量产。

安森美 onsemi

安森美在2022年第1季度连续保持强劲增长，毛利润率也达到了近50%的历史新高，处于公司成立以来的高光期间。
碳化硅产品的古迹贡献虽然占比还比较小，但是增长动量十足——安森美与客户签订的未来三年长期供应协议（LTSA）总金额已达到26亿美元，个中有超过20亿美元来自电动汽车动力总成对碳化硅模块的需求，包括蔚来汽车和特斯拉。

蔚来汽车ET7将采取安森美900V碳化硅功率模块驱动

（来源：onsemi，蔚来汽车）

CEO Hassan El-Khoury表示这些承诺订单将从2022年下半年起开始批量如约，推动碳化硅产品线在2022年的营收较上一年增加超过一倍，并在2023年为安森美贡献10亿美元的发卖额。

不过与英飞凌不同的是，管理层透露2022年下半年至2023年上半年期间碳化硅产品的利润率将低于公司均匀水平。
这归结于之前安森美尚未规模供应碳化硅模块产品，今年下半年起的产能爬坡所需的启动本钱降落了毛利润率。

虽然安森美在五巨子中排名末席，但是其综合实力不可小觑，尤其是2021年第3季度通过收购衬底供应商GTAT，搭建了从碳化硅晶锭、衬底、器件生产到模块封装的垂直整合模式。
虽然个中一些项目的技能实力与各领域领先企业还有所差距，但是整体实力却更为均衡——与衬底龙头Wolfspeed比较，安森美的模块封测和量产履历略胜一筹；与器件设计实力轶群的英飞凌比较，安森美又有来自GTAT碳化硅材料的加成。

安森美在碳化硅业务上的布局

（来源：onsemi）

安森美也看到了自身在碳化硅方面的综合实力，把碳化硅确立为公司两大资产投资方向之一，方案在2022年将碳化硅衬底产能增加四倍，意图在未来能够自产所需的全部碳化硅衬底和外延片。

在碳化硅晶圆制造上，安森美已经在6寸晶圆上实现量产，目前推出的绝大部分产品如碳化硅MOSFET单管，光伏碳化硅模块等均来自韩国Bucheon晶圆厂6寸线。
与此同时，安森美也跟随Wolfspeed等行业领先者的步伐，在材料方面和晶圆制造上均开始考试测验8寸碳化硅的生产。

得益于仙童半导体在碳化硅技能上的积累，安森美在收购仙童后也得到了开拓各种碳化硅产品的坚实根本。

安森美的第1代碳化硅MOSFET技能（M1）采取平面设计，耐压等级为1200V。
之后从中衍生出900V和750V耐压的规格，微不雅观构造也改为Hex Cell设计，这两个改动相叠加使得碳化硅MOSFET的导通电阻降落了35%旁边。
目前安森美推出的大部分碳化硅产品均基于M1与其衍生出的M2平台。

目前最新的一代碳化硅技能（M3）仍旧采取平面技能，但是改为Strip Cell设计，导通性能较上一代衍生版本再提高了16%。
这一代产品将逐渐成为公司的主力车规碳化硅平台，在电压规格上覆盖电动汽车主流的400V和800V平台。

而安森美的下一代技能平台M4则会从平面构造升级为沟槽构造，目前已积累了大约20份干系专利。
与初代碳化硅技能比较，在相同载电流的哀求下可以减少相称的芯片面积。
这意味着以前210kW输出功率须要4片碳化硅芯片并联才能实现，而M4平台估量只须要其一半面积的芯片即可。
如果再加上M4平台可能采取8寸晶圆生产，预期M4的本钱较之前将显著降落。

安森美的碳化硅技能持续进步，功率密度、散热能力和本钱不断优化

（来源：onsemi）

根据研究机构Yole Développement最近的一份研报，碳化硅器件的紧张运用处所为电动汽车，占到总营收的近80%。
而碳化硅功率模块又是碳化硅芯片的主流封装模式。
因此，高性能大功率模块封装是碳化硅运用，特殊是车规运用的关键研发领域之一。

通过IGBT模块上的多年积累，安森美在大功率车规模块上早有布局，其技能涵盖了市场上主流的两种大功率模块类型，一是有凝胶灌封的框架式模块，二是整体覆盖环氧树脂材料的塑封式模块。
前者即是被运用于蔚来汽车ET7的功率模块，而后者更是安森美的研发重点。

相较框架式模块，塑封模块可以实现更高的功率密度。
同时，形状设计具有灵巧性，可以根据客户的哀求进行半定制或者完备定制。
正是由于这些特点，再加上公司在模块设计和量产上的成功履历，终极让安森美从特斯拉初得到了TPAK模块新增供应商的门票。

小结

碳化硅功率器件五巨子都对未来市场发展和各自公司碳化硅产品营收增长表达了乐不雅观的意见，因此投入重金积极扩充碳化硅衬底和晶圆制造产能。
与此同时，这些公司也积极进行技能升级，包括向8英寸制造演进，以及开拓沟槽构造MOSFET，以期得到性能提升的同时，得到更多的单位产出和更低的本钱。

不止于此，五巨子在各自善于的领域建立了准入壁垒，包括意法的运用履历和封装，Wolfspeed的8寸制造能力，英飞凌和罗姆的沟槽栅设计，以及安森美的垂直整合，意图在未来仍旧坚持起行业领导者的地位。

来源：

1.Investors.st.com

2.www.infineon.com/cms/en/about-infineon/investor

3.investor.wolfspeed.com/overview/default.aspx