Wolfspeed,第三代半导体碳化矽的新星

Wolfspeed

注意:

如果您对第三代半导体不是很暸解,或这不是您的能力圈;建议您先阅读一下我几天前发布的另一篇部落格文章《什么是第三代半导体》,《第三代半导体氮化镓》,以及《火热的第三代半导体碳化矽,到底火在那里?》;否则会有很多本文所谈及的内容和基本知识,您会无法暸解。

公司简介

公司的由来

碳化矽可以用作发光二极体(LED)照明中的二极管,这种带有碳化矽的带电二极管光源后来被设计成一种在实验室中生长矽晶体的方法,并于1987年成立了公司,生产用于半导体和照明的商业用途的碳化矽。

公司转型

Wolfspeed(美股代码:WOLF)之前的公司名称是科锐(Cree Inc.),科锐之前的主业是LED照明业务。Wolfspeed是科锐于2017年分拆出来,2019年开始完全剥离照明和LED等其他业务,目前已经把非碳化矽的照明产品部门几乎都已经处理完毕;集中于第三代半导体的业务。2021年10月,公司正式更名为Wolfspeed,并把交易代码改为WOLF。

主要的业务

里程碑

科锐原本是计划将射频​​功率业务(也就是当时的科锐旗下的Wolfspeed主要业务)卖给德国企业英飞凌,但由于美国国防部以国家安全为理由反对。结果竟大反转。2018年3月,公司以3.45亿欧元收购了英飞凌的射频​​功率业务。

Wolfspeed是费城半导体指数的成份股,也是目前费城半导体指数的成份股中唯一「主业聚焦」在第三代半导体材料的公司。

2022年4月公司投资10亿美元在纽约州马西的世界上最大的200毫米碳化矽晶圆制造工厂在纽约马西工厂,经两年的建造后已经完工并开始运作生产。这座8吋的碳化矽晶圆厂,是目前业界最先进的技术,最具竞争力的碳化矽晶圆厂。

Wolfspeed2022年上半年也宣布将在北卡罗来纳州查塔姆县建造新的碳化矽工厂,2030年完工后将成为世界上最大的碳化矽材料工厂,其碳化矽晶圆制造能力增加约13倍。

业务模式

目前,公司采用IDM模式,业务有第三代半导体材料、设备和器件的研发、生产和销售,很难单独将半导体材料业务分拆开,但考虑到其主要业务仍然是材料的生产和出售,所以其他业务并非重点。在材料业务中,Wolfspeed主要产品是碳化矽衬底。基本原理是在上面生长出碳化矽、氮化镓等厚膜。

注: IDM(Integrated device manufacturer)中文译为垂直整合制造商,这种商业模式把将半导体的设计、生产、封测、销售都一手包办。

产品

根据Wolfspeed的网站,公司主要的产品有三大领域:

  • WolfPACK 碳化矽功率模组系列
    • WolfPACK GM3电源模组,主要是提供系统可扩展性和灵活性,提供更高的可用载流量。
  • 先进的X波段雷达设备
    • 四种新型,使用氮化镓堆叠在矽基板上的技术(GaN on Si)的碳化物MMIC零件,可以让设计人员能够改进射频系统的尺寸、重量,和功率。
  • 650伏特碳化矽MOSFET
    • 650伏特的MOSFET产品系列,非常适合包括高性能工业电源在内的应用用品、服务器/电信电源、电动汽车充电系统、储能系统、不断电系统、和电池管理系统。

市场和市占

潜在市场

据TrendForce预测,2022年全球SiC功率半导体产值约15.89亿美元,至2026年可达到53.02亿美元,复合成长率达35%。Wolfspeed表示,行业分析师估计,目前SiC类的功率半导体占整个功率半导体市场的5%,但到2027年将达到20%。

市占

Wolfspeed是全球最大碳化矽基板厂,在碳化矽基板和结晶方面的专利实力遥遥领先,其于2021年全球碳化矽基板市占率,据TrendForce估计高达62%。

竞争厂商

地位特殊,竞争商太多

请注意, 前面提过Wolfspeed是IDM为垂直整合制造商,本身包办了设计、生产、封测、和销售,因此自己不仅生产第三代半导体晶圆材料,也生产相关的第三代半导体零件,因此几乎所有第三代半导体业界的公司都可以视为它的竞争对手。

由于Wolfspeed在碳化矽基板上的市占过半,市面上相关的厂商很多都是亦敌亦友,一方面是竞争厂商,但又需要Wolfspeed在碳化矽基板的原料支援。

零件和模组产品竞争厂商

英飞凌

英⾶凌(Infineon,美股代码:IFNNY)推出的电动⾞逆变器碳化矽模组已经用于特斯拉(美股代码:TSLA)Model 3 和 Model S的车型上。特斯拉在2021年售出了508,000辆的Model 3,现在正在使用英⾶凌下一代碳化矽MOSFET功率逆变器。

而且英⾶凌下一代碳化矽MOSFET功率逆变器也将应⽤在现代汽⾞(美股代码:HYMTF)下一代的电动车。

英⾶凌自己并不生产碳化矽原料, 因此英⾶凌与安森美旗下的GT Advanced Technologies签署⻑达五年的碳化矽晶棒供货协议,以因应⽇后布局。

意法半导体

意法半导体(美股代码:STM),也在 2020 年初与罗姆(美股代码:ROHCY)旗下的 SiCrystal GmbH 签下6吋碳化矽晶圆⻑期供货协议,根据协定,SiCrystal需向意法半导体提供总价超过1.2亿美元的150厘米碳化矽晶片,满⾜市场对碳化矽功率元件⽇益成⻑的需求。

安森美半导体

安森美(美股代码:ON)在 2020年第一季时,便发布了新款能支援1,200伏特和900伏特的碳化矽MOSFET。

安森美是全球第二大功率(分立和模块)半导体供应商,安森美大约70%的芯片是自己生产的。安森美声称其是唯一一家具有端到端供应能力的SiC 和绝缘栅双极晶体管(IGBT) 解决方案的大型供应商,包括SiC 晶锭生长、衬底、外延、器件制造、集成模块和分立封装。

罗姆

罗姆在2020年推出了1,200伏特第4代SiC的MOSFET,相当适合⽤于动⼒逆变器等⾞电动⼒总成系统和⼯控装置电源。

瑞萨

瑞萨(Renesas,美股代码:RNECY)所生产的矽基传统的IGBT,和Wolfspeed新一代的的碳化矽MOSFET竞争。

原料晶圆竞争厂商

Coherent

2022年7月,Coherent(美股代码:COHR)收购了II-VI,合并后的公司名称为Coherent Corp。 Coherent已经和英飞凌签署碳化矽晶圆⻑期供货协议,做为英飞凌的碳化矽晶圆供货商。2024年会完工的8英寸晶圆厂,可以更强化它的竞竞争力和供货能力。

SiCrystal

位于德国纽伦堡的罗姆子公司,也是罗姆的⽣产厂SiCrystal可以向全球市场供应碳化矽晶圆。吉利计划透过罗姆的先进SiC功率解决⽅案延⻑电动⾞续航⾥程、降低电池成本并缩短充电时间。

罗姆的子公司SiCrystal,2024年会完工的8英寸晶圆,将会直接和Wolfspeed直接竞争。

纳微

纳微(美股代码:NVTS),这是⼀家⼩型但成⻑快速的第三代半导体公司。

Power Integrations

Power Integrations(美股代码:POWI)也是⼀家⼩型但成⻑快速的第三代半导体公司。

GT Advanced Technologies

先前曾上市,但2014年宣布破产后下市的一家第三代半导体材料公司 。2021年8月,安森美以4.15亿美元收购该公司。

著名的客户

前三大客户

它的前三大客户为意法半导体、住友(Sumitomo ,美股代码:SMFG)、艾睿电子(Arrow Electronics,美股代码:ARW)占总营收约41%。

到2022年第二季为止,Wolfspeed已与英飞凌、意法半导体、安森美等厂商签订价值超13亿美元的原材料长期供应协议。

意法半导体

特斯拉的碳化矽供应商是意法半导体,而站在意法半导体后面的碳化矽原料供应商就是Wolfspeed。从2020年以来,特斯拉就一直就是意法半导体的第一大客户,而意法半导体也占据了全球电力电子领域碳化矽市场一半以上的市占率。

通⽤汽⾞

Wolfspeed已与通⽤汽⾞(美股代码:GM)签署了策略供应协议。Wolfspeed将为通⽤汽⾞未来的电动车提供碳化矽功率装置的解决⽅案。碳化矽将专⾨⽤于GM Ultium电池平台(注:GM与LG Energy Solution Ltd.为2021年问世的旗舰电动⾞合作开发的产品)的整合电源电⼦产品。

Lucid

Lucid汽车(美股代码:LCID)制造商的高性能纯电动汽车中使用了Wolfspeed碳化矽动力装置解决方案。Wolfspeed碳化矽 MOSFET 功率半导体将会被用在Lucid Air上。

Wolfspeed
credit: Wolfspeed

本人为原文作者,本文精简版原刊登在Smart智富月刋

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