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日前，美国总统拜登视察以制造碳化硅功率半导体闻名于世的厂商Wolfspeed总部，开启了“投资美国”之行的首站。最近一段时间，美国碳化硅半导体公司动作频繁，日本也是遥相呼应。看来，由特斯拉引发的碳化硅“减量”的躁动之声早已烟消云散。
去年，安森美投资3亿美元扩大了其位于捷克共和国罗兹诺夫工厂的产能，工厂落成后两年内产能将逐步提高16倍。最近该公司表示，未来5-10年碳化硅不会过剩，将持续扩产。
同年，英飞凌也宣布在马来西亚居林工厂投资逾20亿欧元建造第三个厂区，扩大碳化硅和氮化镓等宽禁带半导体产能，新工厂计划于2024年投产。英飞凌最近表示，正在加紧布局和扩大产能，预计到2027年碳化硅产能将增加10倍，销售额将增至约30亿欧元。
进入2023年，主要功率电子制造商都公布了提高碳化硅产能的计划。有几家公司备受关注，我们来看看他们都是怎么做的。
全球碳化硅产业美国主导
Yole预测，截至2027年，全球碳化硅器件产能将增至三倍，增量主要来自五大巨头：意法半导体、英飞凌、Wolfspeed、安森美和罗姆。分析师预测，碳化硅器件市场在未来五年规模可达60亿美元，至2030年代初期可达100亿美元。2022年，器件和晶圆级碳化硅领先企业如下图所示。
2022年SIC玩家市场份额
8因此晶圆生产的主导者仍然是Wolfspeed，它是世界上唯一一家能量产8因此碳化硅晶圆的公司，未来两到三年无人能及。有可能与其匹敌的是2022年10月意法半导体宣布将兴建的一座整合式碳化硅衬底制造厂。新厂预计2024-2025年投产，以实现碳化硅衬底对内供应及行业供货的平衡。
因此，美国在碳化硅晶圆方面仍处于领先地位，除了Wolfspeed，还有Coherent（高意集团）、安森美，以及韩国SK Siltron的美国子公司SK Siltron CSS，后者正在密歇根州扩建其碳化硅晶圆生产厂。另一方面，欧洲在碳化硅器件方面拥有强势地位。
政策加持，重奖之下必有勇夫
2023年2月，美国Microchip Technology宣布计划投资8.8亿美元，其中包括科罗拉多州斯普林斯市和埃尔帕索县给予了约4700万美元的扩张奖励。未来几年内，Microchip将扩大科罗拉多州科罗拉多斯普林斯制造工厂的碳化硅和硅产能，以应对不断增长的需求。
科罗拉多设施的扩建得到了州和地方激励措施的支持，包括《芯片和科学法案》。Microchip是国家安全的宝贵资产——尽管它不是美国唯一的碳化硅芯片制造商，但它在向美国航空航天和国防市场供应方面有着良好的记录。
Microchip投资8.8亿美元投建一条8英寸生产线，用于生产碳化硅二极管、MOSFET和模块。
扩建的一个重要阶段是开发和升级其占地50英亩、58万平方英尺的科罗拉多校区，以增加碳化硅制造，用于电动汽车、电网基础设施、绿色能源、航空航天和国防应用。
该园区目前有850多名员工，生产6英寸晶圆产品。Microchip正在安装的制造设备将在8英寸晶圆上运行，将显著增加该地点生产的芯片数量。预计该设施将新增400个工作岗位，包括从生产专家到设备采购和管理、过程控制和测试工程方面的技术角色。
Microchip模拟业务高级副总裁Rich Simoncic表示：“Microchip在碳化硅方面的投资超过20年，产品组合旨在为我们的客户提供创新的电源解决方案。该园区是生产我们的碳化硅技术的一个组成部分，以确保我们的客户在过渡到碳化硅解决方案时有确定性的供应。”
Microchip总裁兼首席执行官Ganesh Moorthy表示：“Microchip与该市和州有着悠久的合作历史，我们赞赏他们继续支持我们在美国推进半导体产业的努力。《芯片和科学法案》通过投资税收抵免对我们的业务产生了积极影响，我们正在为几家半导体工厂寻求产能扩张补助，包括我们的科罗拉多工厂。我们认为，良好的合作伙伴关系、州和地方的激励措施以及强大的当地人才队伍，将使该地区将有一个光明的未来。”
Microchip拥有多样化产品组合，包括碳化硅二极管、MOSFET和模块，其技术来自于2018年收购的Microsemi，此前的2003年Microsemi收购了Advanced Power Technology碳化硅产品业务。
在美国，Microchip的双晶圆厂战略是利用内部和外部晶圆厂生产碳化硅，将碳化硅外延片加工成各种器件。Microchip碳化硅事业部副总裁Clayton Pillion表示：“从我们的角度来看，我们会继续扩大规模。外部产能的增加有助于提高这一能力。”
发力8英寸碳化硅晶圆
投资建厂热潮中，大家不谋而合，都把重点放在了8英寸碳化硅晶圆厂的投建上。2023年3月中旬，为应对电动汽车和其他低能量损耗应用对碳化硅功率半导体的快速增长需求，三菱电机宣布将建立一个新的晶圆工厂，以增加碳化硅功率半导体的产量。
三菱电机新的8英寸碳化硅晶圆厂
这意味着该公司将在截至2026年3月的五年内投资约20亿美元（2600亿日元），是之前宣布的投资计划的两倍。其中7.56亿美元（1000亿日元）将用于建设一个新的8英寸碳化硅晶圆厂并加强相关生产设施。
新工厂将纳入熊本县紫水区的一家工厂，生产大直径8英寸碳化硅晶圆，引进具有最先进能源效率和高水平自动化生产效率的洁净室。此外，该公司还将加强其6英寸碳化硅晶圆的生产设施，以满足该领域不断增长的需求。
三菱还将投资约7500万美元（100亿日元）建设一个新工厂，该工厂将整合目前分散在福冈地区的现有业务，用于功率半导体的组装和检测。
上下游一个都不少
2023年2月，全球最大的碳化硅衬底制造商Wolfspeed宣布，计划在德国萨尔州建造一座高度自动化、采用前沿技术的8英寸碳化硅晶圆制造工厂，它是Wolfspeed 65亿美元产能扩张计划的重要组成部分，预计投资30亿美元，工厂建设预计于2023年上半年启动。
Wolfspeed的65亿美元产能扩张计划还包括2022年4月开业的8英寸莫霍克谷器件工厂，以及正在建设的北卡罗来纳州占地445英亩（180公顷）的碳化硅材料工厂，即以Wolfspeed联合创始人兼首席技术官、美国国家工程院院士John Palmour博士命名的John Palmour碳化硅制造中心）。
John Palmour碳化硅制造中心效果图
同月，Wolfspeed透露，将与德国汽车零部件巨头采埃孚（ZF）在德国建造一座价值30亿美元的碳化硅晶圆厂，用于制造电动汽车和其他应用的芯片，预计四年后在德国西南部萨尔州开始生产。对此Wolfspeed首席执行官Gregg Lowe去年就曾表示：正在考虑在德国建设一家半导体工厂，投资决定将取决于其获得的补贴。
早在2019年，这家世界500强企业、销售额为334亿美元的汽车零部件制造商就和Wolfspeed建立了持续的战略合作伙伴关系，旨在创建电动传动系统。2020年，双方开始采用碳化硅技术提升电机逆变器的工作效率，从而提高电动汽车电池寿命，或在相同电池寿命下使用更小的电池容量，以节省成本。ZF在中国沈阳、上海、南京、杭州等地也有工厂。
对于供应链上游，Wolfspeed也没有放过。就在2023年3月29日，德国特种石墨和复合材料供应商SGL Carbon根据与Wolfspeed已建立的业务关系签订了供应协议，将扩大产能支持Wolfspeed在碳化硅高性能应用领域的增长。
Wolfspeed全球采购与规划高级副总裁Jeff Ferraro表示：“我们将SGL Carbon视为石墨解决方案的强大合作伙伴，这些解决方案是不断扩大的碳化硅半导体需求所必需的。”
据介绍，在碳化硅半导体生产过程中，石墨是必不可少的成分。从碳化硅粉末的合成到成品晶圆，SGL Carbon可以提供由等静压石墨和碳复合材料以及绝缘材料制成的定制解决方案。
据悉，SGL Carbon将为Wolfspeed最近正式启用的世界上第一个也是目前最大的8英寸碳化硅晶圆厂——莫霍克山谷晶圆厂提供材料，也包括正在建设中的John Palmour碳化硅制造中心。
产学研合作模式助力研发
美国公司也非常重视产学研合作，2023年3月30日，在Wolfspeed总部与拜登总统举行的一次活动上，Wolfspeed宣布和北卡罗来纳州农业技术州立大学（NC A&T）建立产学研合作伙伴关系，通过建立研发设施——上面提到的John Palmour碳化硅制造中心，促进碳化硅技术的进步。
合作双方打算申请《芯片和科学法案》资金，在北NC A&T校园内建造一个新的研发设施，专注于碳化硅技术。双方将在今年秋天发布研发设施资助机会通知，将该项目作为《芯片和科学法案》的一部分提交给联邦投资。
Wolfspeed总裁兼首席执行官Gregg Lowe表示：“Wolfspeed一直在与北卡罗来纳州A&T合作，以发展未来的员工队伍，开发未来的技术。研发设施将使下一代创新者能够探索新的工艺、应用和突破性进展，以支持全球从硅技术向碳化硅技术的转型，并在各种行业实现新的可持续性和能源效率水平。”
John Palmour碳化硅制造中心是世界上最大的碳化硅晶体生长设施。其第一阶段建设预计将于2024年完成，全面建成后加上该公司目前正在达勒姆总部进行的材料扩建，Wolfspeed的材料产量将增加10倍以上，并创造1800个新的就业机会。该工厂将向Wolfspeed去年在纽约开业的莫霍克山谷晶圆厂供应8英寸碳化硅晶圆。
A&T是美国领先的工程机构之一，Wolfspeed将其视为公司人才发展战略的关键组成部分。2020年，Wolfspeed承诺在五年内向哈佛商学院捐赠400万美元，这是当时该大学历史上最大的一笔捐款，用于创建Wolfspeed捐赠学者计划。2022年9月，两家实体宣布建立合作伙伴关系，制定全面的教育和培训课程，包括碳化硅半导体制造的本科生和研究生证书，以及现有半导体制造工人的培训和职业发展计划。
为进一步支持Wolfspeed日益增长的人才需求，该公司正在与北卡罗来纳州社区大学系统内的几所学校合作，以发展其先进制造业需求所需的技能，包括学徒和学徒前的机会、定制的培训课程、高中生的职业和大学承诺途径，以及基于工作的学习计划。
追赶不能放弃
未来5-10年，碳化硅产能不会过剩，相反，政策支持加成本下降将使其应用范围不断扩大。目前，海外厂商在碳化硅领域占有先发优势，而国内企业仍在起步阶段，技术上在不断追赶，产能尚在爬坡。
近年来，我国也陆续出台政策鼓励碳化硅行业的发展与创新，并向大尺寸碳化硅衬底演进，以有效提升材料使用率。随着国内企业产品验证进程的加速，下游厂商认可程度将不断提升，海外企业与国内企业的差距也将会缩小，国产替代具有广阔的市场空间。
