西線無戰(zhàn)事，碳化硅五巨頭的硝煙
西線無戰(zhàn)事，碳化硅五巨頭的硝煙
毋庸置疑，碳化硅已經(jīng)成為了半導(dǎo)體行業(yè)，特別是功率半導(dǎo)體細(xì)分市場(chǎng)的那個(gè)“遠(yuǎn)方”。行業(yè)老對(duì)手和新玩家紛紛涌入，加倍下注（double down）這個(gè)新興市場(chǎng)。其中不但有射頻大廠Qorvo跨界收購UnitedSiC，還有三安、露笑等投資百億試圖趕超。如火如荼的場(chǎng)景不禁讓人聯(lián)想到百年前列強(qiáng)簽訂《五國關(guān)于限制海軍軍備條約》前的場(chǎng)景。
前有美英法意日五大強(qiáng)國的海軍博弈，今有意（法半導(dǎo)體 STMicroelectronics）、英（飛凌科技 Infineon）、美（國Wolfspeed）、日（本羅姆 Rohm）和安（森美 onsemi）在碳化硅市場(chǎng)爭(zhēng)奪戰(zhàn)中完成歷史的輪回——這五家供應(yīng)商占據(jù)了2021年碳化硅功率器件市場(chǎng)份額的88%。
然而五巨頭對(duì)現(xiàn)狀依然充滿敬畏，在這個(gè)逆水行舟的市場(chǎng)中，分別祭出了各自的“Z計(jì)劃”和“八八艦隊(duì)規(guī)劃”，嘗試在已有項(xiàng)目、客戶資源、產(chǎn)品技術(shù)和制造產(chǎn)能等多方面超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，下面就讓我們盤點(diǎn)這五巨頭的籌碼和底牌。
2021年碳化硅功率器件市場(chǎng)市占率分布情況（來源：Yole，01芯聞?wù)恚?/p>
意法半導(dǎo)體 STMicroelectronics
根據(jù)意法半導(dǎo)體在近期財(cái)報(bào)中透露的最新數(shù)據(jù)，截止2022財(cái)年第1季度，公司碳化硅產(chǎn)品已經(jīng)在75個(gè)客戶的98個(gè)項(xiàng)目中送樣測(cè)試，其中工業(yè)應(yīng)用和電動(dòng)汽車應(yīng)用各占一半。同時(shí)意法宣布在這個(gè)季度獲得了多個(gè)Design-win, 包括與德國模塊大廠賽米控（Semikron）簽署了一項(xiàng)為期4年的技術(shù)合作，由意法提供碳化硅芯片，賽米控提供封裝技術(shù)，共同開發(fā)針對(duì)電動(dòng)汽車的eMPACK功率模塊。該模塊已被一家德國整車廠選用，預(yù)計(jì)2025年開始大規(guī)模采購，合同金額在10億歐元左右。
賽米控eMPACK功率模塊由三塊半橋通用構(gòu)建塊組成，已與意法達(dá)成協(xié)議采用其碳化硅MOSFET芯片 （來源：Semikron）
根據(jù)當(dāng)前的項(xiàng)目和訂單儲(chǔ)備，意法預(yù)計(jì)2022年來自碳化硅產(chǎn)品的營收在7億美元左右，而這一數(shù)字在2024年將達(dá)到10億美元。目前采用意法碳化硅產(chǎn)品的整車廠客戶首推特斯拉，自Model 3車型以來就開始采用意法提供的TPAK碳化硅模塊，這也成為碳化硅上車并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；\(yùn)用的標(biāo)志性事件。另外，去年底開始交付的豪華電動(dòng)車Lucid Air也是采用意法的碳化硅模塊。
考慮到意法在碳化硅市場(chǎng)的地位，筆者認(rèn)為意法對(duì)未來業(yè)務(wù)增長的預(yù)期略顯保守，與其他幾個(gè)碳化硅主要供應(yīng)商相比增幅并不大。猜測(cè)主要原因是意法現(xiàn)有碳化硅產(chǎn)能已經(jīng)綁定了頭號(hào)客戶特斯拉，因此在新產(chǎn)能上線前，意法能做的事并不多。
針對(duì)這一狀況，意法計(jì)劃在2022財(cái)年投入21億美元的資本金，主要目的之一便是增加碳化硅產(chǎn)能——一方面繼續(xù)擴(kuò)容意大利西西里島卡塔尼亞的6寸碳化硅晶圓廠，另一方面投入到2022年開始運(yùn)營的，位于新加坡的第二座6寸碳化硅晶圓廠。
公司另將9億美元戰(zhàn)略投資中的一部分投入到碳化硅襯底的生產(chǎn)上，用于產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合，在2025年實(shí)現(xiàn)40%的襯底需求內(nèi)部供應(yīng)。
同時(shí)，公司也在碳化硅研發(fā)上繼續(xù)投入相當(dāng)資源。在生產(chǎn)技術(shù)上，意法于2021年年中宣布其挪威分部STMicroelectronics Silicon Carbide A.B. （前身為2019年收購的Norstel A.B.）開始進(jìn)行8寸碳化硅材料的實(shí)驗(yàn)室制造，預(yù)計(jì)相應(yīng)技術(shù)將在2025年前后成熟，并應(yīng)用到規(guī)劃中的新加坡8寸碳化硅生產(chǎn)線中。
在芯片設(shè)計(jì)上意法繼續(xù)深挖平面設(shè)計(jì)碳化硅MOSFET的技術(shù)潛力，推出了第4代平面柵碳化硅，預(yù)計(jì)在今年第二季度量產(chǎn)。而之前規(guī)劃的溝槽柵設(shè)計(jì)產(chǎn)品則順延成為意法的第5代碳化硅MOSFET，目前應(yīng)該在工程樣品測(cè)試階段，量產(chǎn)時(shí)間待定。
意法碳化硅MOSFET的產(chǎn)品路線圖新舊版本略有區(qū)別（來源：STMicroelectronics）
相比上一代產(chǎn)品，第4代平面柵碳化硅的性能有所進(jìn)步，包括導(dǎo)通電阻減少15%，工作頻率增加一倍至1MHz。碳化硅芯片技術(shù)的進(jìn)展再搭配意法開發(fā)的先進(jìn)封裝，例如STPAK，ACEPACK SMIT/DRIVE等，為意法保持其碳化硅產(chǎn)品核心供應(yīng)商的地位提供了重要支柱。
再加上意法碳化硅TPAK在特斯拉電動(dòng)車中近5年的大規(guī)模應(yīng)用積累下來的海量數(shù)據(jù)，讓意法的產(chǎn)品在多個(gè)維度都領(lǐng)先眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手——Yole Developpment的數(shù)據(jù)顯示意法2021年的市占率為37%，即便未來群雄割據(jù)，管理層也表示有信心占有30%的碳化硅功率器件市場(chǎng)份額。
英飛凌 Infineon
這個(gè)季度英飛凌宣布碳化硅產(chǎn)品線再獲Design-win, 分別為中國整車廠的電動(dòng)汽車逆變器和車載充電機(jī)應(yīng)用提供產(chǎn)品，合同總金額達(dá)到上億歐元。即使這兩個(gè)項(xiàng)目不能在今年貢獻(xiàn)顯著的營收，目前已有的碳化硅訂單也使得2022財(cái)年來自碳化硅產(chǎn)品的收入超過去年近一倍，沖擊3億歐元。
綜合現(xiàn)有Design-in和Design-win項(xiàng)目，公司管理層預(yù)測(cè)到2025年前后碳化硅功率器件產(chǎn)品線可以為公司帶來10億美元左右的營收。目前已經(jīng)開始英飛凌貢獻(xiàn)碳化硅產(chǎn)品營收的客戶包括現(xiàn)代集團(tuán)，其Ioniq 5電動(dòng)緊湊型休旅車采用緯湃科技Vitesco提供的800V逆變器，內(nèi)部使用的碳化硅模塊即來自英飛凌。
與此同時(shí)，英飛凌還是小鵬汽車的碳化硅模塊的主要提供商，用于旗艦SUV車型G9中，預(yù)計(jì)今年第3季度起正式交付。
英飛凌對(duì)碳化硅功率器件業(yè)務(wù)的財(cái)務(wù)預(yù)期 （來源：Infineon）
雖然英飛凌的碳化硅營收增長迅猛，但是英飛凌并非通過薄利多銷的方式來擴(kuò)大其碳化硅市場(chǎng)份額。CEO Jochen Hanebeck表示碳化硅帶來的毛利潤率反而高于車規(guī)產(chǎn)品事業(yè)部和工業(yè)產(chǎn)品事業(yè)部的平均值。這一點(diǎn)對(duì)英飛凌尤為重要：與德州儀器和NXP等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，目前英飛凌在模擬和功率半導(dǎo)體公司中運(yùn)營利潤率處于墊底的位置，急需改變所銷售的產(chǎn)品構(gòu)成來提供利潤率，鞏固其功率細(xì)分市場(chǎng)一哥的位置。
英飛凌碳化硅產(chǎn)品能夠定位高質(zhì)高價(jià)，其原因在于起采用的溝槽碳化硅MOSFET技術(shù)的先進(jìn)和成熟。雖然平面結(jié)構(gòu)碳化硅MOSFET生產(chǎn)工藝較為簡(jiǎn)單，柵極氧化物可靠性更高，但是在與性能相關(guān)的單位面積導(dǎo)通電阻和寄生電容，以及成本相關(guān)的單位電流芯片尺寸上不能比肩溝柵設(shè)計(jì)。
而英飛凌的半包溝槽結(jié)構(gòu)是業(yè)界不多的幾個(gè)能夠量產(chǎn)上車的碳化硅溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（其他還包括羅姆的雙溝槽和住友的接地雙掩埋結(jié)構(gòu)等）——按照公眾號(hào)“碳化硅芯片學(xué)習(xí)筆記”作者的說法，“溝槽MOS成套工藝及結(jié)構(gòu)IP，是未來十年碳化硅競(jìng)爭(zhēng)的入場(chǎng)券！”
平面碳化硅MOSFET的品質(zhì)因素FOM遜于溝槽柵設(shè)計(jì)（來源：SystemPlus Consulting）
英飛凌的溝槽結(jié)構(gòu)碳化硅以CoolSiC作為商品名，目前已推出了兩代產(chǎn)品。第一代以1200V為主，目前處于量產(chǎn)階段。而第二代產(chǎn)品包括1200V和750V兩個(gè)電壓規(guī)格，相較上一代增加了25-30%的載電流能力。
在針對(duì)電動(dòng)汽車開發(fā)的碳化硅模塊產(chǎn)品上，英飛凌著重?cái)U(kuò)充HybridPACK Drive系列產(chǎn)品，推出了尺寸和管腳兼容的的HybridPACK Drive CoolSiC。目的是充分利用前期HybridPACK Drive建立的業(yè)內(nèi)知名度和客戶資源，減少市場(chǎng)推廣成本，降低客戶切入的壁壘。
不過為了獲得更好的性能和更緊湊的方案尺寸，第二代CoolSiC也采用了業(yè)內(nèi)逐漸流行的雙面水冷封裝HybridPACK DSC，推出了全新的碳化硅塑封模塊。
英飛凌CoolSiC技術(shù)的迭代，以及對(duì)應(yīng)的電壓規(guī)格和功率模塊封裝 （來源：英飛凌）
與同處歐洲的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手意法半導(dǎo)體類似，英飛凌的碳化硅營收也受制于產(chǎn)能。因此，公司一方面從技術(shù)要產(chǎn)能，通過開發(fā)冷裂（Cold Split）技術(shù)減少晶錠（boule）切割過程中的材料損失，從相同的晶錠中獲得多一倍的碳化硅襯底。目前這一技術(shù)處于小批量試產(chǎn)中，預(yù)計(jì)2024年完全成熟。
另一方面，公司也在年初宣布斥資逾20億歐元在馬來西亞建設(shè)第三期Kulim晶圓廠，專門用于寬禁帶半導(dǎo)體包括碳化硅的前道生產(chǎn)。新廠區(qū)計(jì)劃在今年6月開始施工，2024年夏季進(jìn)行設(shè)備安裝，首批晶圓于2024年下半年開始出貨。
英飛凌的冷裂技術(shù)可使碳化硅襯底產(chǎn)能翻倍 （來源：英飛凌）
Wolfspeed
Wolfspeed這個(gè)季度（2022財(cái)年第3季度）最大的新聞就是其位于紐約州莫霍克谷（MVF）的8寸碳化硅晶圓廠正式開始運(yùn)營，預(yù)計(jì)在2023年上半年貢獻(xiàn)顯著營收。這座晶圓廠占地6.3萬平方米，耗資10億美元，是目前世界上最大的碳化硅生產(chǎn)線。
根據(jù)公司在2021年投資者大會(huì)上公布的信息，每片8寸晶圓上的碳化硅芯片數(shù)量將比現(xiàn)有的6寸晶圓增加了近90%，并且得益于先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，良率也比Wolfspeed的6寸產(chǎn)線提高20%-30%。
按照粗略的計(jì)算，MVF的8寸晶圓生產(chǎn)總成本（包括襯底和前道工藝）只要不超過Wolfspeed Durham晶圓廠6寸晶圓成本的2.5倍，MVF晶圓廠生產(chǎn)的碳化硅芯片成本就可以低于目前水平。而管理層對(duì)MVF晶圓廠帶來的成本優(yōu)化的預(yù)期更為樂觀，認(rèn)為2024財(cái)年Wolfspeed單顆碳化硅芯片成本將僅為當(dāng)前的37%。
Wolfspeed對(duì)MVF建成后碳化硅芯片成本變化的預(yù)期，其中28%的降本來自良率提高，25%來自規(guī)模效應(yīng)，另有10%來自自動(dòng)化減少的人工和生產(chǎn)周期（來源：Wolfspeed）
MVF晶圓廠的運(yùn)營也給Wolfspeed的產(chǎn)能帶來飛躍。根據(jù)投資者日上間接透露的信息計(jì)算，2022財(cái)年和2024財(cái)年的公司碳化硅襯底總產(chǎn)能（以8寸晶圓計(jì)）分別為每周2千3百片和3千3百片。假設(shè)這些襯底全部內(nèi)部消化且只用來生產(chǎn)功率器件，Wolfspeed碳化硅模塊的產(chǎn)能理論上可以滿足2022年170萬臺(tái)和2024年240萬臺(tái)電動(dòng)汽車的需求。
本季度除了營收同比和環(huán)比繼續(xù)保持增長外，Wolfspeed的Design-in項(xiàng)目金額也與上季度一樣保持高位，達(dá)到16億美元。這使得本財(cái)年迄今為止的Design-in總金額增加到38億美元，較去年同期增加一倍。
這些新增的Design-in項(xiàng)目中，有大約70%來自電動(dòng)汽車行業(yè)，包括明星電動(dòng)車企Lucid的旗艦車型Lucid Air。在意法的碳化硅模塊之外，這款高端電動(dòng)汽車也將引入Wolfspeed的XM3碳化硅功率模塊。預(yù)計(jì)2023年MVF 8寸線能夠穩(wěn)定量產(chǎn)后，Lucid也將使用內(nèi)含MVF碳化硅芯片的XM3模塊用于Lucid Air及后續(xù)車型。因此，Lucid首席工程師、產(chǎn)品資深副總Eric Bach在MVF晶圓廠開業(yè)典禮時(shí)作為客戶代表致辭，也是為了能夠盡快拿到MVF晶圓廠的量產(chǎn)芯片。
Lucid Air的逆變器中用到了3塊Wolfspeed XM3碳化硅模塊 （來源：Lucid，Wolfspeed）
如果將時(shí)間拉長到過去三年，Wolfspeed累積的Design-in金額在87億美元這個(gè)驚人的水平，其中包括大眾集團(tuán)“未來汽車供應(yīng)路線（FAST）”計(jì)劃和通用汽車奧騰能平臺(tái)項(xiàng)目。另外，市場(chǎng)也傳言戴姆勒集團(tuán)和奧迪的下一代E-tron車型也選擇了Wolfspeed的產(chǎn)品。
本季度管理層表示已經(jīng)有45%的Design-in即40億美元轉(zhuǎn)化為Design-win，這意味著Design-win對(duì)應(yīng)的客戶已經(jīng)開始實(shí)際批量采購Wolfspeed的碳化硅芯片，且至少占預(yù)期第一年數(shù)量的20%。
按照公司預(yù)估的2024財(cái)年15億美元營收目標(biāo)，這也需要差不多3年時(shí)間才能滿足已有的客戶需求，因此產(chǎn)能不足造成的訂單積壓仍然是一大挑戰(zhàn)?？紤]到這個(gè)情況，管理層把擴(kuò)充碳化硅襯底和器件制造產(chǎn)能依舊作為公司的首要工作。
舉措之一就是在本季度財(cái)報(bào)電話會(huì)議中，Wolfspeed宣布公司已經(jīng)開始著手第二座8寸碳化硅晶圓廠的籌備工作，比之前的規(guī)劃大大提前。CEO Gregg Lowe透露新晶圓廠較MVF規(guī)模更大，并且美國聯(lián)邦和州政府依然將提供大力支持，更多信息會(huì)在今年底釋出。另外，第三座襯底工廠的建設(shè)也在考慮中，以滿足內(nèi)部和外部襯底客戶的需求。
Wolfspeed的碳化硅MOSFET采用平面設(shè)計(jì)，目前處于第3代（Gen 3），涵蓋650V到1200V之間的多個(gè)電壓規(guī)格。與之前兩代產(chǎn)品相比，Gen 3 平面MOSFET采用六邊形晶胞微觀設(shè)計(jì)，650V Gen 3和1200V Gen 3+的單位面積導(dǎo)通電阻分別為2.3 m?·cm2和2.7 m?·cm2，較上一代Strip Cell減少了16%。
（一個(gè)有趣的對(duì)比是，另一家碳化硅MOSFET大廠安森美的技術(shù)升級(jí)路線與Wolfspeed正好相反，其第一代平面產(chǎn)品M1采用Hex Cell設(shè)計(jì)，但是在后面的M3中改為Strip Cell，性能提高的幅度也是16%，有待考證為何雙方矛盾的技術(shù)升級(jí)卻得到了相同的結(jié)果）
Wolfspeed Gen 3碳化硅MOSFET采用Hex Cell的平面技術(shù)（來源：Wolfspeed）
一份較早的資料中Wolfspeed提到其Gen 3碳化硅MOSFET已經(jīng)到達(dá)了平面設(shè)計(jì)的實(shí)際性能極限，下一代產(chǎn)品將是溝槽柵設(shè)計(jì)。目前Wolfspeed的Gen 4 溝槽柵仍在開發(fā)中，具體量產(chǎn)時(shí)間還沒有透露。
不過，作為一家在碳化硅行業(yè)中浸淫了超過30年的企業(yè)，Wolfspeed及其前身Cree在1991年就推出了第一片量產(chǎn)碳化硅襯底。深厚的經(jīng)驗(yàn)積累和歷史沉淀讓W(xué)olfspeed的碳化硅襯底性能和質(zhì)量獨(dú)占鰲頭，就連意法、英飛凌和安森美等同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不得不花費(fèi)上億美元向其采購。因此，Wolfspeed的碳化硅產(chǎn)品獲得了至關(guān)重要的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，成為了整個(gè)碳化硅行業(yè)的風(fēng)向標(biāo)。
Wolfspeed 8英寸碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）工藝后的表面質(zhì)量都表現(xiàn)出色 （來源：wolfspeed）
羅姆 Rohm
羅姆作為一家在東京證卷交易所上市的科技企業(yè)，其投資者關(guān)系網(wǎng)站上提供的英文資料有限。但是從能夠找到的資料中，可以看到公司對(duì)其碳化硅業(yè)余也是極具信心——管理層預(yù)測(cè)2025財(cái)年碳化硅產(chǎn)品營收將超過1000億日元（7.7億美元），而目前已挖掘出來的市場(chǎng)機(jī)會(huì)則超過8400億日元（65億美元）。
這些財(cái)務(wù)和業(yè)務(wù)目標(biāo)來自羅姆積極的產(chǎn)業(yè)布局。公司已經(jīng)與國際多家客戶建立了緊密的聯(lián)系，合作項(xiàng)目帶來的預(yù)期營收就占到總營收目標(biāo)的20%-30%。
僅在中國，羅姆就與正海集團(tuán)成立主營碳化硅功率模塊設(shè)計(jì)和制造業(yè)務(wù)的合資企業(yè)海姆?？?。同時(shí)，與整車廠吉利汽車，以及國內(nèi)汽車行業(yè)知名一級(jí)供應(yīng)商聯(lián)合電子UAES分別成為戰(zhàn)略伙伴關(guān)系或首選供應(yīng)商。另外，也與聯(lián)合電子和專注新能源汽車動(dòng)力解決方案的初創(chuàng)企業(yè)臻驅(qū)Leadrive成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室或者聯(lián)合研發(fā)中心。
羅姆碳化硅營收增長目標(biāo)（23-26財(cái)年，對(duì)應(yīng)日歷年2022年到2025年），以及目前已經(jīng)公布的產(chǎn)業(yè)合作 （來源：Rohm）
當(dāng)然，野望需要有匹配的實(shí)力才能實(shí)現(xiàn)。羅姆已經(jīng)規(guī)劃在2021年至2025年的5年間，投入1200億至1700億日元（10億-13億美元）的資金，將碳化硅產(chǎn)能擴(kuò)充至少6倍。這些投資現(xiàn)在已看到部分成果，包括在今年初完成了日本筑后市 Apollo 工廠新大樓的建設(shè)，從而提高了 SiC 芯片產(chǎn)能。
大量投資也涌入了羅姆2010年收購的SiCrystal。這家碳化硅襯底供應(yīng)商的中期目標(biāo)是每年生產(chǎn)數(shù)十萬片碳化硅襯底，實(shí)現(xiàn)上億美元的營收。同時(shí)，SiCrystal也在探索8英寸襯底生產(chǎn)的可能性，目前已經(jīng)開始驗(yàn)證工作，預(yù)計(jì)2023年批量生產(chǎn)。
在碳化硅器件技術(shù)方面羅姆也處于領(lǐng)先地位。2010 年公司就開始量產(chǎn)首款碳化硅MOSFET，與之后推出的第2代產(chǎn)品都采用平面柵極設(shè)計(jì)。2015年羅姆又領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，率先量產(chǎn)雙溝槽結(jié)構(gòu)的第3代產(chǎn)品。
羅姆的碳化硅MOSFET技術(shù)路線圖，以及第4代產(chǎn)品的銷售占比變化 （來源：Rohm）
2020 年更進(jìn)一步，推出了針對(duì)電動(dòng)汽車優(yōu)化的第 4 代 1200V碳化硅MOSFET，在不降低短路耐受時(shí)間的情況下，通過改進(jìn)雙溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比第3代產(chǎn)品降低了40%的導(dǎo)通電阻。同時(shí)，通過降低柵漏電容（Cgd），使得開關(guān)損耗減少了至多50%。綜合來看，第4代產(chǎn)品獲得了更好的FOM（品質(zhì)因數(shù)，F(xiàn)igure of Merit）。羅姆預(yù)測(cè)第4代碳化硅MOSFET從今年起在其銷售構(gòu)成中的占比逐漸增加，直至2024-2025年成為銷售主力。
與其他尚在挑戰(zhàn)首款量產(chǎn)溝槽柵產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，羅姆已領(lǐng)先數(shù)個(gè)身位，第5代產(chǎn)品正在開發(fā)中，預(yù)計(jì)比上一代產(chǎn)品減低30%的單位面積導(dǎo)通電阻，計(jì)劃于2025年量產(chǎn)。不止于此，第6代碳化硅MOSFET也出現(xiàn)在技術(shù)路線圖的遠(yuǎn)景規(guī)劃中，將于2028年量產(chǎn)。
安森美 onsemi
安森美在2022年第1季度繼續(xù)保持強(qiáng)勁增長，毛利潤率也達(dá)到了近50%的歷史新高，處于公司成立以來的高光時(shí)期。碳化硅產(chǎn)品的業(yè)績貢獻(xiàn)雖然占比還比較小，但是增長動(dòng)量十足——安森美與客戶簽訂的未來三年長期供應(yīng)協(xié)議（LTSA）總金額已達(dá)到26億美元，其中有超過20億美元來自電動(dòng)汽車動(dòng)力總成對(duì)碳化硅模塊的需求，包括蔚來汽車和特斯拉。
蔚來汽車ET7將采用安森美900V碳化硅功率模塊驅(qū)動(dòng) （來源：onsemi，蔚來汽車）
CEO Hassan El-Khoury表示這些承諾訂單將從2022年下半年起開始批量履約，推動(dòng)碳化硅產(chǎn)品線在2022年的營收較上一年增加超過一倍，并在2023年為安森美貢獻(xiàn)10億美元的銷售額。
不過與英飛凌不同的是，管理層透露2022年下半年至2023年上半年期間碳化硅產(chǎn)品的利潤率將低于公司平均水平。這歸結(jié)于之前安森美尚未規(guī)模供應(yīng)碳化硅模塊產(chǎn)品，今年下半年起的產(chǎn)能爬坡所需的啟動(dòng)成本降低了毛利潤率。
雖然安森美在五巨頭中排名末席，但是其綜合實(shí)力不可小覷，尤其是2021年第3季度通過收購襯底供應(yīng)商GTAT，搭建了從碳化硅晶錠、襯底、器件生產(chǎn)到模塊封裝的垂直整合模式。雖然其中一些項(xiàng)目的技術(shù)實(shí)力與各領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè)還有所差距，但是整體實(shí)力卻更為均衡——與襯底龍頭Wolfspeed相比，安森美的模塊封測(cè)和量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)略勝一籌；與器件設(shè)計(jì)實(shí)力超群的英飛凌相比，安森美又有來自GTAT碳化硅材料的加成。
安森美在碳化硅業(yè)務(wù)上的布局 （來源：onsemi）
安森美也看到了自身在碳化硅方面的綜合實(shí)力，把碳化硅確立為公司兩大資產(chǎn)投資方向之一，規(guī)劃在2022年將碳化硅襯底產(chǎn)能增加四倍，意圖在未來能夠自產(chǎn)所需的全部碳化硅襯底和外延片。
在碳化硅晶圓制造上，安森美已經(jīng)在6寸晶圓上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前推出的絕大部分產(chǎn)品如碳化硅MOSFET單管，光伏碳化硅模塊等均來自韓國Bucheon晶圓廠6寸線。與此同時(shí)，安森美也跟隨Wolfspeed等行業(yè)領(lǐng)先者的步伐，在材料方面和晶圓制造上均開始嘗試8寸碳化硅的生產(chǎn)。
得益于仙童半導(dǎo)體在碳化硅技術(shù)上的積累，安森美在收購仙童后也獲得了開發(fā)各類碳化硅產(chǎn)品的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
安森美的第1代碳化硅MOSFET技術(shù)（M1）采用平面設(shè)計(jì)，耐壓等級(jí)為1200V。之后從中衍生出900V和750V耐壓的規(guī)格，微觀結(jié)構(gòu)也改為Hex Cell設(shè)計(jì)，這兩個(gè)改動(dòng)相疊加使得碳化硅MOSFET的導(dǎo)通電阻降低了35%左右。目前安森美推出的大部分碳化硅產(chǎn)品均基于M1與其衍生出的M2平臺(tái)。
目前最新的一代碳化硅技術(shù)（M3）仍然采用平面技術(shù)，但是改為Strip Cell設(shè)計(jì)，導(dǎo)通性能較上一代衍生版本再提高了16%。這一代產(chǎn)品將逐漸成為公司的主力車規(guī)碳化硅平臺(tái)，在電壓規(guī)格上覆蓋電動(dòng)汽車主流的400V和800V平臺(tái)。
而安森美的下一代技術(shù)平臺(tái)M4則會(huì)從平面結(jié)構(gòu)升級(jí)為溝槽結(jié)構(gòu)，目前已積累了大約20份相關(guān)專利。與初代碳化硅技術(shù)相比，在相同載電流的要求下可以減少相當(dāng)?shù)男酒娣e。這意味著以前210kW輸出功率需要4片碳化硅芯片并聯(lián)才能實(shí)現(xiàn)，而M4平臺(tái)預(yù)計(jì)只需要其一半面積的芯片即可。如果再加上M4平臺(tái)可能采用8寸晶圓生產(chǎn)，預(yù)期M4的成本較之前將顯著降低。
安森美的碳化硅技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，功率密度、散熱能力和成本不斷優(yōu)化（來源：onsemi）
根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Yole Développement最近的一份研報(bào)，碳化硅器件的主要應(yīng)用場(chǎng)合為電動(dòng)汽車，占到總營收的近80%。而碳化硅功率模塊又是碳化硅芯片的主流封裝模式。因此，高性能大功率模塊封裝是碳化硅應(yīng)用，特別是車規(guī)應(yīng)用的關(guān)鍵研發(fā)領(lǐng)域之一。
通過IGBT模塊上的多年積累，安森美在大功率車規(guī)模塊上早有布局，其技術(shù)涵蓋了市場(chǎng)上主流的兩種大功率模塊類型，一是有凝膠灌封的框架式模塊，二是整體覆蓋環(huán)氧樹脂材料的塑封式模塊。前者即是被應(yīng)用于蔚來汽車ET7的功率模塊，而后者更是安森美的研發(fā)重點(diǎn)。
相較框架式模塊，塑封模塊可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。同時(shí)，外形設(shè)計(jì)具有靈活性，可以根據(jù)客戶的要求進(jìn)行半定制或者完全定制。正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，再加上公司在模塊設(shè)計(jì)和量產(chǎn)上的成功經(jīng)驗(yàn)，最終讓安森美從特斯拉初獲得了TPAK模塊新增供應(yīng)商的門票。
碳化硅功率器件五巨頭都對(duì)未來市場(chǎng)發(fā)展和各自公司碳化硅產(chǎn)品營收增長表達(dá)了樂觀的看法，因此投入重金積極擴(kuò)充碳化硅襯底和晶圓制造產(chǎn)能。與此同時(shí)，這些公司也積極進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，包括向8英寸制造演進(jìn)，以及開發(fā)溝槽結(jié)構(gòu)MOSFET，以期獲得性能提升的同時(shí)，獲得更多的單位產(chǎn)出和更低的成本。
不止于此，五巨頭在各自擅長的領(lǐng)域建立了準(zhǔn)入壁壘，包括意法的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和封裝，Wolfspeed的8寸制造能力，英飛凌和羅姆的溝槽柵設(shè)計(jì)，以及安森美的垂直整合，意圖在未來仍然維持起行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的地位。
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