Jeśli chodzi o SiC doprowadzony do skrajności, jakie są opcje i perspektywy na przyszłość?

Uwagę niewątpliwie przyciąga niezwykły wzrost światowego rynku węglika krzemu (SiC). Już w 2017 r. przejście z krzemu na SiC w zastosowaniach półprzewodników mocy rozpoczęło się wraz z instalacją SiC w Modelu 3 Tesli. W 2019 r. producent chipów Wolfspeed wybrał zakład Nanocenter w pobliżu Utica w stanie Nowy Jork do budowy pierwszej na świecie fabryki SiC 200 mm w Stanach Zjednoczonych. Fabryka została ukończona w kwietniu 2022 roku.

Od tego czasu gorączka złota SiC w Stanach Zjednoczonych przekształciła się w globalne szaleństwo inwestycyjne, napędzane głównie rosnącym popytem na pojazdy elektryczne. Chociaż węglik krzemu jest bez wątpienia kluczową technologią dla przyszłości półprzewodników, gdy wkracza na główny rynek energoelektroniki, czy istnieje ryzyko szybkiego utowarowienia?

W tym artykule Stephen Rothrock, założyciel i dyrektor generalny ATREG, Jean-Christophe Eloy, prezes i założyciel Yole Group oraz Poshun Chiu, starszy analityk ds. technologii i rynku w Yole Intelligence, przedstawiają światowy rynek SiC oraz jego prognozy na przyszłość przyszłość tej rewolucyjnej technologii.

Rekordowy wzrost rynku

Według najnowszej edycji raportu Power SiC opublikowanego przez Yole Intelligence przewiduje się, że światowy rynek urządzeń zasilających SiC wzrośnie do prawie 9 miliardów dolarów do 2028 r., co stanowi wzrost o 31% w porównaniu z rokiem 2022. Na rynku SiC dominują zastosowania motoryzacyjne, co stanowi 70% udziału w rynku. Oczekuje się, że do 2022 r. rynek elektroenergetycznych SiC będzie się dalej rozwijać i obejmować różne zastosowania przemysłowe, w tym transport, energię i telekomunikację.

Stephen Rothrock stwierdził, że w ciągu 25 lat, gdy firma ATREG śledziła globalny rynek aktywów do produkcji półprzewodników, nigdy nie widziała nowej technologii rozwijającej się tak szybko jak SiC. Pomimo obecnego pogorszenia koniunktury w branży, obserwuje się silny wzrost SiC. Główni producenci IDM na całym świecie dostrzegają możliwości rozwoju przy pomocy urządzeń zasilających SiC.

Według Yole Intelligence firma STMicroelectronics utrzymała w ostatnich latach wiodącą pozycję pod względem przychodów z urządzeń SiC. W 700 r. firma osiągnęła przychody w wysokości około 2022 mln USD, a według prognoz w 1.2 r. osiągną one 2023 mld USD. Podążając za światowym liderem w dziedzinie energoelektroniki, firmą Infineon Technologies, firma wykazała znaczny wzrost przychodów w ciągu ostatnich dwóch lat.

„Wolfspeed, Onsemi, ROHM i Bosch są uważani za czołowych graczy w osiąganiu wzrostu przychodów” – dodał Jean-Christophe Eloy. „Wiodące firmy wdrożyły model biznesowy IDM, aby skrócić czas wprowadzania na rynek tego szybko rozwijającego się i dochodowego biznesu urządzeń SiC”.

Badania Yole Intelligence wskazują również, że wafle SiC o średnicy 150 mm są obecnie główną platformą do produkcji urządzeń, a na rynek publiczny nie ma jeszcze hurtowych dostaw 8-calowych płytek. W przypadku istniejących lub planowanych fabryk płytek SiC o grubości 200 mm główni IDM przyjmują różne strategie zakupów w zależności od ich pozycji w ekosystemie półprzewodników. Wolfspeed jest obecnie jedyną firmą, która zwiększa swoją zdolność produkcyjną SiC o grubości 200 mm w swoim zakładzie w Mohawk Valley w Nowym Jorku. Inni producenci rozszerzają swoją wewnętrzną pojemność płytek 150 mm, jednocześnie opracowując płytki 200 mm.

„W przypadku firm, które nie zamierzają przechodzić na płytki 8-calowe, najczęstszym podejściem jest wielokrotne zamawianie płytek SiC o średnicy 150 mm” – zauważył Chiu. „W 2021 r. firma Onsemi przejęła firmę GT Advanced Technologies (GTAT) produkującą płytki SiC, natomiast ROHM przejęła SiCrystal w 2009 r. Rozumiemy jednak, że firmy te zaopatrują się również w dużą liczbę płytek SiC o średnicy 150 mm od zewnętrznych dostawców płytek”. on dodał.

W 2019 roku firma STMicroelectronics przejęła Norstel, firmę zajmującą się płytkami SiC, aby rozwinąć wewnętrzną zdolność produkcyjną płytek. W tym samym czasie firma współpracowała z firmą Soitec przy opracowywaniu substratów technicznych oraz nawiązała współpracę z Sanan Optoelectronics, tworząc spółkę joint venture o wartości 3.2 miliarda dolarów mającą na celu dostarczanie 8-calowych płytek SiC. Infineon Technologies i Mitsubishi Electric skupiły się na przetwarzaniu urządzeń na platformie SiC 200 mm i korzystały z zewnętrznych dostawców płytek 200 mm.

31 sierpnia Bosch ogłosił zakończenie przejęcia fabryki płytek 200 mm TSI Semiconductors w Roseville w Kalifornii, przy wsparciu firmy ATREG. Po fazie restrukturyzacji rozpoczynającej się w 2026 r. zakład rozpocznie produkcję pierwszej partii chipów SiC na płytkach o średnicy 200 mm. Przyciągnięcie do Stanów Zjednoczonych jednego z największych europejskich producentów (który wcześniej produkował wyłącznie chipy front-end w Niemczech) jest znaczącym zwycięstwem amerykańskiego przemysłu półprzewodników, ponieważ Bosch planuje zainwestować 1.5 miliarda dolarów w zakładzie w Roseville w ciągu najbliższych kilku lat.

Pomimo stosunkowo późnej obecności na rynku urządzeń SiC mocy, wyniki Onsemi w pierwszym kwartale 2023 r. sugerują, że firma jest gotowa osiągnąć ambitne przychody w wysokości 1 miliarda dolarów w 2023 r. Jako preferowany dostawca urządzeń SiC dla Tesli i innych producentów oryginalnego wyposażenia samochodowego, firma Przychody firmy w dużej mierze wynikają z głębokiego zaangażowania w dostawy pojazdów elektrycznych. W ramach ogłoszonej w 1 r. inwestycji o wartości 2021 miliarda dolarów na następną dekadę w dziedzinie SiC firma Coherent przyspieszyła plany ekspansji produkcji substratów SiC i epitaksji w Szwecji i Stanach Zjednoczonych. Oczekuje się, że zdolność produkcyjna płytek w zakładzie w Easton w Pensylwanii osiągnie do 1 r. 2027 milion płytek, co odpowiada substratom o grubości 150 mm, przy czym 200 mm jest już produkowane masowo.

W Europie Wolfspeed współpracuje z ZF przy budowie zaawansowanej fabryki SiC 200 mm w niemieckim Endorf, inwestując 3 miliardy dolarów na wsparcie masowej transformacji niemieckiego przemysłu motoryzacyjnego. Continental podpisał wieloletnią umowę na dostawy urządzeń z węglika krzemu ze spółką STMicroelectronics, natomiast firma STMicroelectronics otrzymała od Komisji Europejskiej dofinansowanie w wysokości 292.5 mln euro na budowę fabryki płytek w Katanii na Sycylii.

W Azji firma Infineon ogłosiła niedawno plany budowy największej na świecie elektrowni SiC 200 mm w Kulim w Malezji, która do końca tej dekady osiągnie potencjalne przychody w wysokości 7 miliardów euro. Ponadto Renesas Electronics nawiązał współpracę z Wolfspeed w celu zawarcia umowy na dostawę płytek półprzewodnikowych, wpłacając depozyt o wartości 2 miliardów dolarów w celu zabezpieczenia 10-letniego zobowiązania firmy Wolfspeed na płytki SiC i podłoża epitaksjalne.

Ciąg dalszy nastąpi...