Wolfspeed,第三代半導體碳化矽的新星

Wolfspeed

注意:

如果您對第三代半導體不是很暸解,或這不是您的能力圈;建議您先閱讀一下我幾天前發佈的另一篇部落格文章《什麼是第三代半導體》,《第三代半導體氮化鎵》,以及《火熱的第三代半導體碳化矽,到底火在那裡?》;否則會有很多本文所談及的內容和基本知識,您會無法暸解。

公司簡介

公司的由來

碳化矽可以用作發光二極體(LED)照明中的二極體,這種帶有碳化矽的帶電二極體光源後來被設計成一種在實驗室中生長矽晶體的方法,並於1987年成立了公司,生產用於半導體和照明的商業用途的碳化矽。

公司轉型

Wolfspeed(美股代碼:WOLF)之前的公司名稱是科銳(Cree Inc.),科銳之前的主業是LED照明業務。Wolfspeed是科銳於2017年分拆出來,2019年開始完全剝離照明和LED等其他業務,目前已經把非碳化矽的照明產品部門幾乎都已經處理完畢;集中於第三代半導體的業務。2021年10月,公司正式更名為Wolfspeed,並把交易代碼改為WOLF。

主要的業務

里程碑

科銳原本是計劃將射頻​​功率業務(也就是當時的科銳旗下的Wolfspeed主要業務)賣給德國企業英飛凌,但由於美國國防部以國家安全為理由反對。結果竟大反轉。2018年3月,公司以3.45億歐元收購了英飛凌的射頻​​功率業務。

Wolfspeed是費城半導體指數的成份股,也是目前費城半導體指數的成份股中唯一「主業聚焦」在第三代半導體材料的公司。

2022年4月公司投資10億美元在紐約州馬西的世界上最大的200毫米碳化矽晶圓製造工廠在紐約馬西工廠,經兩年的建造後已經完工並開始運作生產。這座8吋的碳化矽晶圓廠,是目前業界最先進的技術,最具競爭力的碳化矽晶圓廠。

Wolfspeed2022年上半年也宣布將在北卡羅來納州查塔姆縣建造新的碳化矽工廠,2030年完工後將成為世界上最大的碳化矽材料工廠,其碳化矽晶圓製造能力增加約13倍。

業務模式

目前,公司採用IDM模式,業務有第三代半導體材料、設備和器件的研發、生產和銷售,很難單獨將半導體材料業務分拆開,但考慮到其主要業務仍然是材料的生產和出售,所以其他業務並非重點。在材料業務中,Wolfspeed主要產品是碳化矽襯底。基本原理是在上面生長出碳化矽、氮化鎵等厚膜。

註: IDM(Integrated device manufacturer)中文譯為垂直整合製造商,這種商業模式把將半導體的設計、生產、封測、銷售都一手包辦。

產品

根據Wolfspeed的網站,公司主要的產品有三大領域:

  • WolfPACK 碳化矽功率模組系列
    • WolfPACK GM3電源模組,主要是提供系統可擴展性和靈活性,提供更高的可用載流量。
  • 先進的X波段雷達設備
    • 四種新型,使用氮化鎵堆疊在矽基板上的技術(GaN on Si)的碳化物MMIC零件,可以讓設計人員能夠改進射頻系統的尺寸、重量,和功率。
  • 650伏特碳化矽MOSFET
    • 650伏特的MOSFET產品系列,非常適合包括高性能工業電源在內的應用用品、服務器/電信電源、電動汽車充電系統、儲能係統、不斷電系統、和電池管理系統。

市場和市佔

潛在市場

據TrendForce預測,2022年全球SiC功率半導體產值約15.89億美元,至2026年可達到53.02億美元,複合成長率達35%。Wolfspeed表示,行業分析師估計,目前SiC類的功率半導體佔整個功率半導體市場的5%,但到2027年將達到20%。

市佔

Wolfspeed是全球最大碳化矽基板廠,在碳化矽基板和結晶方面的專利實力遙遙領先,其於2021年全球碳化矽基板市佔率,據TrendForce估計高達62%。

競爭廠商

地位特殊,競爭商太多

請注意, 前面提過Wolfspeed是IDM為垂直整合製造商,本身包辦了設計、生產、封測、和銷售,因此自己不僅生產第三代半導體晶圓材料,也生產相關的第三代半導體零件,因此幾乎所有第三代半導體業界的公司都可以視為它的競爭對手。

由於Wolfspeed在碳化矽基板上的市佔過半,市面上相關的廠商很多都是亦敵亦友,一方面是競爭廠商,但又需要Wolfspeed在碳化矽基板的原料支援。

零件和模組產品競爭廠商

英飛淩

英⾶凌(Infineon,美股代碼:IFNNY)推出的電動⾞逆變器碳化矽模組已經用於特斯拉(美股代碼:TSLA)Model 3 和 Model S的車型上。特斯拉在2021年售出了508,000輛的Model 3,現在正在使用英⾶凌下一代碳化矽MOSFET功率逆變器。

而且英⾶凌下一代碳化矽MOSFET功率逆變器也將應⽤在現代汽⾞(美股代碼:HYMTF)下一代的電動車。

英⾶凌自己並不生產碳化矽原料, 因此英⾶凌與安森美旗下的GT Advanced Technologies簽署⻑達五年的碳化矽晶棒供貨協議,以因應⽇後布局。

意法半導體

意法半導體(美股代碼:STM),也在 2020 年初與羅姆(美股代碼:ROHCY)旗下的 SiCrystal GmbH 簽下6吋碳化矽晶圓⻑期供貨協議,根據協定,SiCrystal需向意法半導體提供總價超過1.2億美元的150厘米碳化矽晶片,滿⾜市場對碳化矽功率元件⽇益成⻑的需求。

安森美半導體

安森美(美股代碼:ON)在 2020年第一季時,便發布了新款能支援1,200伏特和900伏特的碳化矽MOSFET。

安森美是全球第二大功率(分立和模塊)半導體供應商,安森美大約70%的晶元是自己生產的。安森美聲稱其是唯一一家具有端到端供應能力的SiC 和絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 解決方案的大型供應商,包括SiC 晶錠生長、襯底、外延、器件製造、集成模塊和分立封裝。

羅姆

羅姆在2020年推出了1,200伏特第4代SiC的MOSFET,相當適合⽤於動⼒逆變器等⾞電動⼒總成系統和⼯控裝置電源。

瑞薩

瑞薩(Renesas,美股代碼:RNECY)所生產的矽基傳統的IGBT,和Wolfspeed新一代的的碳化矽MOSFET競爭。

原料晶圓競爭廠商

Coherent

2022年7月,Coherent(美股代碼:COHR)收購了II-VI,合併後的公司名稱為Coherent Corp。 Coherent已經和英飛凌簽署碳化矽晶圓⻑期供貨協議,做為英飛凌的碳化矽晶圓供貨商。2024年會完工的8英寸晶圓廠,可以更強化它的競競爭力和供貨能力。

SiCrystal

位於德國紐倫堡的羅姆子公司,也是羅姆的⽣產廠SiCrystal可以向全球市場供應碳化矽晶圓。吉利計劃透過羅姆的先進SiC功率解決⽅案延⻑電動⾞續航⾥程、降低電池成本並縮短充電時間。

羅姆的子公司SiCrystal,2024年會完工的8英寸晶圓,將會直接和Wolfspeed直接競爭。

納微

納微(美股代碼:NVTS),這是⼀家⼩型但成⻑快速的第三代半導體公司。

Power Integrations

Power Integrations(美股代碼:POWI)也是⼀家⼩型但成⻑快速的第三代半導體公司。

GT Advanced Technologies

先前曾上市,但2014年宣佈破產後下市的一家第三代半導體材料公司 。2021年8月,安森美以4.15億美元收購該公司。

著名的客戶

前三大客戶

它的前三大客戶為意法半導體、住友(Sumitomo ,美股代碼:SMFG)、艾睿電子(Arrow Electronics,美股代碼:ARW)占總營收約41%。

到2022年第二季為止,Wolfspeed已與英飛淩、意法半導體、安森美等廠商簽訂價值超13億美元的原材料長期供應協議。

意法半導體

特斯拉的碳化矽供應商是意法半導體,而站在意法半導體後面的碳化矽原料供應商就是Wolfspeed。從2020年以來,特斯拉就一直就是意法半導體的第一大客戶,而意法半導體也佔據了全球電力電子領域碳化矽市場一半以上的市佔率。

通⽤汽⾞

Wolfspeed已與通⽤汽⾞(美股代碼:GM)簽署了策略供應協議。Wolfspeed將為通⽤汽⾞未來的電動車提供碳化矽功率裝置的解決⽅案。碳化矽將專⾨⽤於GM Ultium電池平台(註:GM與LG Energy Solution Ltd.為2021年問世的旗艦電動⾞合作開發的產品)的整合電源電⼦產品。

Lucid

Lucid汽車(美股代碼:LCID)製造商的高性能純電動汽車中使用了Wolfspeed碳化矽動力裝置解決方案。Wolfspeed碳化矽 MOSFET 功率半導體將會被用在Lucid Air上。

Wolfspeed
credit: Wolfspeed

本人為原文作者,本文精簡版原刊登在Smart智富月刋

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