据全球半导体观察不完全统计,6月共有近50个半导体相关项目传来签约、开工、封顶、竣工/投产等新动态。
根据图表,项目主要涵盖第三代半导体碳化硅、氮化镓,先进封装、半导体材料、半导体设备、MEMS传感器、IGBT等细分领域,其中不乏有很多明星企业的身影,如日月光、英飞凌、天岳先进、容大感光、沪硅产业、晶盛机电、士兰微、长飞先进、芯联集成等。
从已披露的项目投资金额上看,百亿元项目共计6个,分别是70亿欧元(约544.24亿元人民币)的英飞凌马来西亚居林的8英寸碳化硅(SiC)晶圆厂、预计超过200亿元的长飞先进武汉基地、20亿欧元(约155.97亿元人民币)的世创电子新加坡12英寸硅晶圆厂、132亿元的沪硅产业集成电路用300mm硅片产能升级项目、120亿元的士兰微8英寸SiC功率器件芯片制造生产线、约100亿元的奕斯伟半导体材料产业基地项目。
图表来源:全球半导体观察制表
大厂竞争激烈,碳化硅蒸蒸日上
碳化硅是第三代半导体功率器件代表之一,适用于新能源汽车、工业、光储充、轨道交通等领域。从特性上看,与硅基器件相比,SiC功率器件高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等性能,能更好地满足高压快充需求,有利于新能源汽车延长续航里程、缩短充电时长、提高电池容量、实现车身轻量化,也因此成为新能源汽车的首选解决方案。据悉,目前,特斯拉、比亚迪、理想、蔚来、小米等全球多家车企的热门车型均已搭载使用SiC器件。
此外,近期据业界消息,碳化硅将拓展一个新应用领域,提高热电池转换效率。美国密西根大学开发的热光伏电池,使用碳化硅(SiC)做为蓄热材料,材料被铟、镓和砷制成的半导体材料包围。当团队将材料加热到1,435°C 时,开始辐射各种能隙的热光子,其中半导体材料能捕获20%到30%能量。研究作者Stephen Forrest 表示:“我们还没有达到这项技术的效率极限,相信在不久的将来,设备效率将超过44%,达到50%。”
整体来看,碳化硅市场正处于飞速增长期,据TrendForce集邦咨询研究表示,尽管纯电动汽车(BEV)销量增速的明显放缓已经开始影响到SiC供应链,但作为未来电力电子技术的重要发展方向,SiC在汽车、可再生能源等功率密度和效率极其重要的应用市场中仍然呈现加速渗透之势,未来几年整体市场需求将维持增长态势,预估至2028年,全球SiC功率器件市场规模有望上升至91.7亿美元。
从上述项目范围来看,涉及碳化硅项目的居多,相比其他项目,资金投入最多的英飞凌和长飞先进,以及士兰微、奕斯伟半导体、天岳先进等备受市场关注。
从产能建设上看,英飞凌计划于今年8月正式启用居林Module 3厂区,并于2024年底开始生产SiC;长飞先进武汉基地项目投产后,可年产36万片碳化硅晶圆及外延、6100万个功率器件模块,广泛应用于新能源汽车、光伏、储能、充电桩等领域;天岳先进上海碳化硅基地全部达产后,SiC衬底的产能约为30万片/年;士兰微8英寸SiC功率器件芯片制造生产线分两期建设,两期建成后将形成8英寸SiC功率器件芯片年产72万片的生产能力。
半导体制造商Nexperia(安世半导体)刚于6月27日宣布,计划投资2亿美元(约合人民币14.5亿元)开发碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等下一代宽带隙半导体(WBG),并在德国汉堡工厂建立生产基础设施。据悉,从2024年6月开始,安世半导体三种工艺(SiC、GaN和Si)器件都将在德国开发和生产,首批高压GaN d-mode晶体管和SiC二极管生产线已于本月投产。
而Wolfspeed的Building 10 Materials工厂已实现其8英寸晶圆的生产目标,预计到2024年底,其莫霍克谷SiC晶圆厂可借此将晶圆开工利用率提升至约25%。
下游强烈需求驱动厂商们急需预先稳定供应链,上述大厂们争先恐后的扩产行为正体现出碳化硅产业目前正处于风口浪尖上。而业界认为,过去几年中,衬底材料的供应紧缺问题是限制SiC市场发展的主要因素,除了表中的天岳先进、南沙晶圆旗下中晶芯源之外,天科合达、山西烁科晶体、三安光电、乾晶半导体等正加速布局,确保材料的供应。
不过,TrendForce集邦咨询认为,疯狂的产能扩张背后亦蕴藏着价格和产能过剩风险,生产商们必须加以重视并积极调整应对。在此情况下,Infineon等IDM大厂在确保稳定的材料供应后,已将更多注意力转移到元件、封装和应用技术上,这是未来关键竞争力之所在。但总的来说,SiC正处于一个快速成长和高度竞争的市场,规模经济比任何其他因素更为重要。领先的IDM厂商纷纷一改过去保守、沉稳的战略姿态,转而激进投资SiC扩张计划,期望建立领导地位。可以预见,未来随着市场规模不断扩大,SiC领域的竞争将愈发激烈。
先进封装升温,CoWoS送上热榜
从表中看到,封装项目包括日月光半导体K28工厂建设项目、中科智芯晶圆级先进封装项目、全芯微DFN QFN封装项目、旺荣IGBT封装和模组生产基地项目、立芯科技年产30亿件射频芯片封装项目、紫光集电高可靠性芯片封装测试项目、道铭微电子集成电路及功率器件系统集成封装新建一期厂项目、兴航科技高可靠高密度封装项目等。
其中,日月光半导体K28工厂建设项目备受关注。该公司预计K28厂将于2026年第四季度完工,重点布局先进封装终端测试以及人工智能(AI)芯片高性能计算。兴建完成后,由日月光半导体或子公司取得宏璟建设所属产权的优先承购权。
颀中科技合肥研发中心启用,该中心引进国内首批全自动金电镀机机台、国产顶尖SEM分析设备等,具备从材料到设备全链条国产化的基础条件。该公司专注于集成电路高端先进封装测试服务,2024年1月,颀中先进封装测试生产基地项目正式投产,当前预计产能为凸块及晶圆测试每月1万片,薄膜覆晶封装每月约3000万颗。
中科智芯晶圆级先进封装项目投资额17.5亿元,计划用地40亩。项目位于杭绍临空示范区,主要建设晶圆级先进封装,包括超薄芯片制备、凸点、芯片规模封装、扇出型封装、系统集成封装、三维堆叠封装等。
另外从先进封装上看,目前,先进封装主要朝两个方向发展,第一是向上游晶圆制程领域发展(晶圆级封装),直接在晶圆上实施封装工艺,主要技术有Bumping、TSV、Fan-out、Fan-in 等;第二是向下游模组领域发展(系统级封装),将处理器、存储等芯片以及电容、电阻等集成为一颗芯片,压缩模块体积,提升芯片系统整体功能性和灵活性,主要技术包括采用了倒装技术(FC)的系统级封装产品。
先进封装产能紧缺驱使着多家大厂快马加鞭布局,除了上述提到企业,此前美光、三星、台积电等纷纷对外宣布先进封装扩产计划。随着AI需求的提升,业界表示,AI加速器不采最前瞻先进制程,但却需依靠先进封装技术,国际半导体厂谁能从台积掌握更多先进封装产能,就决定市场渗透率与掌握度。
据业界信息显示,主流的一些先进封装技术包括晶圆级封装(WLP,Wafer level packaging)、晶圆级扇入扇出型(Fan-out/Fan in)封装、2.5D以及3D IC集成,以及高带宽存储器 (HBM)以及CoWos先进封装、3D 叠动态随机存取存储器 (DRAM) (3DS)、嵌入式硅桥(embedded Si bridges)、TSV硅通孔(Through Silicon Via)、批量回流模制底部填充(MR-MUF:Mass Reflow-Molded Underfill)先进封装等。
目前,拥有CoWoS先进封装技术的台积电具备绝对的竞争优势,目前CoWoS先进封装产能供不应求。据悉,台积电增添CoWoS相关设备预估第三季到位,并要求设备厂增派工程师全面进驻龙潭AP3、竹南AP6、中科AP5 等厂,除竹南厂AP6C,中科厂原只进行后段oS,也将陆续转成CoW 制程,嘉义则在整地阶段,进度将超前铜锣。
TrendForce集邦咨询表示,属Blackwell平台的B100等,其裸晶尺寸(die size)是既有H100翻倍,估计台积电(TSMC)2024年CoWos总产能年增来到150%,随着2025年成为主流后,CoWos产能年增率将达7成,其中NVIDIA需求占比近半。
结语
此前业界认为,2024年半导体产业将进入新的转折阶段。其实从今年开始,可以很明显地看到产业的变化,大多厂商对市场前景都保持积极的态度,与此同时,随着第三代半导体、先进封装、半导体材料、AI相关芯片等增长领域的带动,企业布局举动渐渐频繁,这都将有利于半导体产业发展,加速产业复苏的步伐。