而在碳化矽的佈局上,GTAT本已是安森美碳化矽晶圓供應商,除GTAT外,安森美的主要供應商是CREE,只是CREE同時也是意法(主要供給特斯拉)、英飛凌的大客戶,而碳化矽晶圓第二大廠SiCrystal除了需供應給母公司Rohm外,也與意法簽訂多年的供貨合約,市場上具有碳化矽晶圓生長能力的廠商供給不足,也讓這些IDM廠爭相併購上游具備長晶能力的碳化矽廠商。
第三:8吋碳化矽晶圓+6吋廠製造設備將成2022~2025的主流
除CREE將在2022開始量產8吋的碳化矽晶圓外,意法半導體在今年7月時,也於瑞典工廠展示自己生產的8吋碳化矽晶圓與其基板,中國的三安光電也從LED切入碳化矽晶圓,並新建從晶圓生長到模組製造的垂直整合產線,預計2024年將開始生產8吋碳化矽晶圓,而II-VI(市場碳化矽晶圓第三大供應商),今年也在中國增產並包含8吋的產線,可預期在2022年起8吋的碳化矽晶圓的供應,加上可應用目前主流6吋廠+8吋的生產設備,成本有望大幅下降。
而6吋廠+8吋設備相對容易解決,瓶頸仍在於是否能取得相對有成本優勢的碳化矽晶圓,來製成基板,所以,安森美在此時併購GTAT,更明確地說,是希望推進其8吋廠碳化矽晶圓生長的產能。
還有哪些IDM廠在進行碳化矽的垂直整併?
觀察碳化矽相關廠商的競爭狀態,可以發現兩個趨勢正在發生,首先是上下游的垂直整併,不只上游的碳化矽基板供應商自行跨入晶圓製造、封裝領域生產終端的模組,IDM廠也向上整併,掌握更穩定的碳化矽基板與磊晶的產能
例如握有大多數碳化矽基板跟磊晶產能的CREE,近期已經將整個LED業務分割出售給Smart Global Holdings,更擴大在北卡的產能,預計2022年全球最大的碳化矽工廠將會量產,Cree除了是意法半導體最主要的碳化矽供應商外,也正發展自主品牌Wolfspeed,將生產碳化矽功率元件,直接跟IDM客戶意法半導體、英飛凌、Rohm、安森美等的功率元件競爭。
而IDM廠當然也沒閒下來,除了本文提到的On-Semi,其他廠商甚至更早,更積極往上游整併。
案例1:代工與模組廠Rohm併購SiCrystal
Rohm是全球二極體的龍頭,除二極體外,產品線包含收購LAPIS取得的低功耗MCU、併購Kionix取得MEM傳感器產品線、廣泛用於車用、工用等領域,車用除行車資訊系統外,在新能源車上對應的產品包含車用變流器、電池管理系統等,車廠客戶包含豐田、本田、福特。除此外,Rohm在2010收購德國的SiCrystal取得碳化矽上游技術後,目前是全球碳化矽基板產能僅次於Cree的大廠,而SiCrystal在德國新工廠也將有碳化矽晶圓新產能,除供應給自家Rohm,也是意法半導體的長期供應商。
Rohm除上游基板外,可以看到Rohm將結合本身車用產品技術推出更多碳化矽產品,在新能源車中取得更多市佔。
Rohm在2015年時即推出第一代的SiC Mosfet,近期法說中提到2022年日本將會有新的模組封裝產能,也將發展新能源車用的SiC Power Module。
案例2:意法半導體(STMicroelectronics)併購Norstel AB
意法半導體在IDM廠中的強項是IC設計,在碳化矽晶圓上游的技術主要來自過去併購的瑞典公司Norstel AB,綜觀意法半導體的佈局,即使2019年併購Norstel,掌握了長晶技術,但其主要碳化矽晶圓的來源仍是CREE與Rohm,市場2020年時甚至質疑收購Norstel卻無碳化矽晶圓的進展,但很明顯意法賦予的任務是8吋碳化矽晶圓的研發,一直到2021年7月在瑞典發表了200mm(8吋)的碳化矽晶圓,繼CREE、英飛凌、Rohm後加入8吋碳化矽晶圓量產的公司,並規劃在2024年時自行生產40%碳化矽晶圓。
目前意法半導體有兩條6吋碳化矽晶圓產線(義大利與新加坡),並分別在摩洛哥跟中國封裝測試。
案例3:英飛凌(Infineon)原本希望收購Wolfspeed
儘管目前應用上,意法半導體因特斯拉的採用領先英飛凌,但在中國新能源車市場的市佔率最高,2020年底英飛凌發表的CoolSiC CIPOS Maxi,是市場上首款的1200V的SiC IPM,集成6個SiC Mosfet,IPM模組是將驅動IC、功率開關元件(如MosfetIGBT)以及電壓保護元件,這是一款可用於工控與HVAC的碳化矽IPM,後不久三菱、意法、Rohm都推出碳化矽IPM。
英飛凌在2016年希望收購Wolfspeed,這是Cree下發展碳化矽的部門,其SiC Mosfet的技術領先當時的英飛凌,不過該筆交易2017時為美國政府拒絕,後英飛凌與CREE達成長期的供貨協議,除此外,英飛凌碳化矽晶圓的供應商還包含Rohm的SiCrystal、GTAT與Showa Denko。
或許是其與CREE的長期供貨協議,但目前看起來英飛凌並沒有自己生產炭化矽晶圓的計畫,而是更專注在如何使碳化矽的製造成本下降,2018英飛凌收購Siltectra,這家新創公司具有切割SiC晶圓的技術,英飛凌認為這將是能使其SiC晶圓成本快速下降的原因。
大量投產後預估碳化矽晶圓供給瓶頸將會紓緩
其中值得留意的是中國廠商的爭相投入,主要是其新能源車需求、中國再生能源政策催生許多電力再造的工程、以及白色家電政策都為碳化矽塑造廣大的潛在市場。
比亞迪半導體目前已成除英飛凌外,中國第二大的IGBT供應商,亦由晶圓生產到模組封裝垂直整合的佈局,其碳化矽產品應用於2020年推出EV車「漢」,並供應給中國國內許多的新能源車廠。
中國另一IGBT廠中車時代2017年便以成功生產6吋碳化矽晶圓,
三安光電原來就已有供應碳化矽二極體,SiC Mosfet亦在認證中,而今年三安在湖南開了第一條碳化矽的產線,從晶圓生長到模組封裝垂直整合,並研發8吋晶圓規劃2024年投產。
碳化矽產業趨勢:第三方代工模式的探索
除上下游垂直整併外,許多廠商也試著切入提供第三方代工服務,過往晶圓代工模式在以矽製程中成為主流,只是在車用市場,或是整個第三代半導體產業,不像矽製程由IC Design House跟代工廠主導,而是大多由IDM廠包辦,僅自有產能不足供應時才會將訂單發包給代工廠。
但新能源車,尤其中國的造車新勢力的興起、原在手機的品牌商如小米、APPLE磨刀霍霍,希望進軍電動車,都讓車用器件除IDM廠外,多了第三方代工的可能性,其中,鴻海動作積極,更取得旺宏的6吋晶圓廠,預期將會改為製造汽車模組的製造廠,而更上游,環球晶也透過併購,取得碳化矽基板的生產能力,但要留意,目前環球晶尚未有碳化矽晶圓生長的製程能力,其碳化矽晶球也是向GTAT取得,後由環球晶據以生產基板,供應給中游製造商,不過,基板生成能力的關鍵設備相較之下較碳化矽晶圓生長,也比較不屬於瓶頸所在,而環球晶在碳化矽基板的佈局,主要可能還是為了子公司如朋程、茂矽、以及其他IDM外包廠的生意,或是未來第三方代工廠商的需求,在這些IDM廠上游佈局完整的情況下,不太容易將基板直接供應給IDM廠。
而綜觀台灣這些由資通產業轉型發展車用的,大致上有兩種,除了原本就是IDM廠外包的代工廠,如順德、朋程等外,其他如鴻海都是在探索第三方代工模式,也就是說,在既有汽車供應鏈上,IDM廠應仍會是主流,在既有車場開始供應新能源車的情況下,IDM廠更能快速整合上游,包含此次安森美併購GTAT都是這樣的案例。
相較之下,第三方代工模式各自發展,雖現有鴻海希望集其大成,但仍缺領頭羊如Apple等投入,上游碳化矽晶圓的供應在幾年內都還會是問題,或許只能向IDM廠外購取得。
By B-Go情報團隊-如需引用轉載請來信