据中国台湾工商时报透露,上海合晶已经通过上海证监局辅道,准备在国内上市。报道进一步指出,他们将筹资将用来投入8吋单晶硅的硅晶圆扩产,同时,公司还将跨入6吋碳化硅(SiC)硅晶圆研发等。

报告中指出,上海合晶募集资金之后将投入8吋单晶矽产能扩产计划,预期未来年产能将达到240万片,且更将投入6吋SiC技术研发。

据了解,上海合晶为合晶持股48%的子公司,上海合晶一共有上海松江厂、上海晶盟、郑州厂及扬州厂,且松江新厂也正在规划中,未来上海合晶上市将发行目前总股本10~25%新股,代表未来发行新股后,合晶将对上海合晶综合持股比例达34.52~43.60%左右。

目前意法半导体、英飞凌等国际IDM大厂已相继投入SiC产品研发及量产,衍生出来的功率半导体矽晶圆商机逐步快速成长当中,合晶也已投入相关市场,上海合晶获募资资金后,亦将投入SiC市场研发,对于合晶未来营运有极大效益。

国产碳化硅供应链


在全国“大基金”的带动下,在过去的一年中,全国半导体总投资达到700多亿元,其中SiC材料相关项目涉及65亿。三安光电、中科钢研、天通股份、比亚迪等企业已经开始在SiC衬底片项目进行布局。据业内从业人士透露,近几年,国内的碳化硅市场增速非常快,在节能减排政策的大背景下,越来越多的国内客户开始使用碳化硅器件来替代传统硅器件方案,国内电源领域的标杆企业也都在大规模使用碳化硅器件。

为此,国内SiC产业阵容不断扩大。相比于硅技术,国内碳化硅技术的发展更令人欣慰,毕竟国内外碳化硅技术的起跑线是相对接近的。可以看到无论是前端的衬底和外延,还是后端的器件和模组,国内都涌现了一批优秀的甚至在全球市场都有一席之地的企业,整个产业链已经接近实现全国产替代。

在衬底领域,我国有山东天岳、天科合达、河北同光、世纪金光、中电集团2所等;外延片领域有东莞天域、瀚天天成、世纪金光;在SiC功率器件研发制造方面,国内IDM企业有杨杰电子、基本半导体、苏州能讯高能半导体、株洲中车时代、中电科55所、中电科13所、泰科天润、世纪金光,Fabless有上海瞻芯、瑞能半导体,Foundry有三安光电;在模组方面,有嘉兴斯达、河南森源、常州武进科华、中车时代电气。

进入2020年来,企业和投资者关于SiC的动作不断。3月12日,合肥市人民政府发布指出,世纪金光6英寸碳化硅项目落户合肥,大基金持股10.55%。合肥产投资本管理的语音基金作为领投方参与了世纪金光C轮融资。世纪金光成立于2010年,致力于第三代宽禁带半导体功能材料和功率器件研发与生产。近几年来,世纪金光创新性地解决了高纯碳化硅粉料提纯技术、6英寸碳化硅单晶制备技术、碳化硅SBD、MOSFET材料、结构及工艺设计技术等,已完成从碳化硅材料生产、功率元器件和模块制备到行业应用开发与解决方案提供等关键领域的全面布局,是国内第一家拥有SiC全产业链技术的半导体公司。

今年2月份,全国最大生产规模的碳化硅产业基地在山西正式投产。中国电科(山西)碳化硅材料产业基地一期项目共有300台设备。山西烁科晶体有限公司总经理李斌介绍:“该碳化硅产业基地一期的300台设备,一个月能生产1200块碳化硅单晶,单块的估值在10万元左右,1200块就是一个多亿。”这个1000亩的产业园将串联起山西转型综改示范区上下游十多个产业,带动山西半导体产业集群迅速发展,实现中国碳化硅的完全自主供应。

还有也是在2月,比亚迪公布旗下中大型轿车汉EV首次应用自研“高性能碳化硅MOSFET电机控制模块”,助其0-100km/h加速仅需3.9秒!这个成绩刷新了之前由全新唐DM创造的4.3秒纪录,让汉EV成为比亚迪量产车家族的新加速冠军。其电机控制器首次使用了比亚迪自主研发并制造的高性能碳化硅MOSFET控制模块,碳化硅模块能够降低内阻,增加电控系统的过流能力,让电机将功率与扭矩发挥到极致,大幅提升了电机的性能表现。

再往前时间段,2019年11月26日,露笑科技与中科钢研、国宏中宇在北京签署了《中科钢研节能科技有限公司与国宏中宇科技发展有限公司与露笑科技股份有限公司碳化硅项目战略合作协议》。这次三方进行共同合作,重点依托中科钢研及国宏中宇在碳化硅晶体材料生长工艺技术方面已经取得的与持续产出的研发成果,结合露笑科技的真空晶体生长设备设计技术及丰富的装备制造技术与经验,共同研发适用于中科钢研工艺技术要求的4英寸、6英寸、8英寸乃至更大尺寸级别的碳化硅长晶设备,目前首批2台套升华法碳化硅长晶炉已经完成设备性能验收交付使用,经过优化后的碳化硅长晶炉设备将应用于国宏中宇主导的碳化硅产业化项目中。

2019年8月,华为旗下的哈勃科技投资有限公司投资了国内领先的第三代半导体材料公司山东天岳,持股达10%。山东天岳公司成立于 2011 年 12 月,公司自主开发了全新的高纯半绝缘衬底材料,目前量产产品以 4 英寸为主,此外其 4H 导电型碳化硅衬底材料产品主要有 2 英寸、3 英寸、4 英寸及 6 英寸。山东天岳还独立自主开发了 6 英寸 N 型碳化硅衬底材料。公司已经实现宽禁带半导体碳化硅材料产业化,技术水平达到国际领先。

另外,基本半导体用于电动汽车逆变器、对标特斯拉Model 3所采用器件的车规级全碳化硅MOSFET模块已完成工程样品开发,将联合国内主流车厂开展测试。

国内外SiC产业的优劣势


虽然我国在整个产业链上已有所布局,但不得不直面的事实是,目前全球碳化硅市场基本被国外企业垄断。其中,尤以美国、欧洲、日本为大。美国的科锐Cree居于领导地位,占全球SiC产量的70%-80%;欧洲则拥有完整 SiC衬底、外延、器件以及应用产业链,代表公司为英飞凌、意法半导体等;日本更是设备和模块开发方面的绝对领先者,代表企业为罗姆半导体、三菱电机等。

他们为何能够占据绝大部分市场呢?主要是这些企业大都采用IDM模式,如科锐、罗姆和其他公司都在自己的工厂生产器件,并以自己的品牌销售,基本覆盖了碳化硅衬底、外延片、器件设计与制造全产业链环节,可以更好的加强成本控制与工艺品控的改进。总体来看,IDM模型适用于SiC。

虽然IDMs将继续占据主导地位,但无晶圆厂和代工厂供应商也有发展空间。事实上,一些无晶圆厂的公司已经开始使用代工厂来生产产品。KLA的Raghunathan曾谈到:“无晶圆厂模式允许初创企业和较小的公司在没有重大工艺器件投资的情况下测试他们的产品。相反,传统的晶圆厂保留了成为主要客户选择的战略供应商的优势。这两种模式都在发挥各自的优势,服务于当前工业景观的多样化需求,寻求共存的方式。”

与国外大厂相比,国内的SiC起步相对较晚,目前与美欧日这些公司在部分环节还存在一定的差距。但从整体产业链来看,相比于世界一流技术,我们大约是处于其五年前的水平阶段,而且这个时间差正在逐渐缩小,部分技术环节甚至是齐头并进。

具体来看,在SiC衬底方面,国外主流产品已经完成从4寸向6寸的转化,并且已经成功研发8英寸SiC衬底片;而国内SiC衬底片市场现在以4英寸为主,6英寸目前还在研发过程中,产品的成品率相对较低。SiC器件成本高的一大原因就是衬底贵,目前,衬底成本大约是加工晶片的50%。SiC衬底不止贵,生产工艺还复杂,与硅相比,碳化硅很难处理、研磨和锯切,挑战非常大。所以大多数都是从科锐、罗姆或第三方供应商那里购买衬底。

在外延片方面,我国已经取得了可喜的成果。六英寸的碳化硅外延产品可以实现本土供应,建成或在建一批专用的碳化硅晶圆厂等。比如瑞能的碳化硅二极管产品以及产业链上游的碳化硅外延产品,早已在国外市场和全球顶部厂商直接竞争。

在SiC功率器件方面,目前国内SiC功率器件制造商所采用的衬底片大多数都是进口。国外600-1700V SiC SBD、MOSFET已经实现产业化,主要产品集中于1200V以下。国内600-3300V SiC SBD研发初见成效,目前也向产业化方向实施,同时1200V/50A的SiC MOSFET也研发成功,中车时代、世纪金光、全球能源互联网研究院、中电55所的6英寸SiC功率器件线已经启动。

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