从硅到碳化硅：LED龙头转身成为碳化硅巨头的Wolfspeed，以十倍速前进扩产

电池容量不受影响的情况下，特斯拉 Model S 和 X 充电速度可以提升 50%。相较于使用传统硅基 IGBT 的特斯拉 Model S，采用碳化硅 SiC 的 Model 3，其充电器和逆变器尺寸缩小近 80%，冷却需求也降低。同样是借助 SiC，蔚来的双电机方案续航能力可提升 6%......

作为极具代表性的第三代半导体材料，SiC 结构稳定，适应高功率、高频、高压场景，可应用于功率器件和射频器件。尤其是在电动车这一核心应用上，SiC 既可以降低续航、充电两大焦虑，又有助于缩小器件体积，其价值正在被产业瞩目。

整车厂对于 SiC 的接受度变高，供给端也正在予以回应。举例来说，昔日的 LED 巨头 Cree 陆续剥离其照明和 LED 业务，全力押注 SiC 技术和制造。今年下半年，Cree  更名Wolfspeed 并重新上市，正式加入化合物半导体游戏。Wolfspeed 此前为 Cree 功率与射频部门，专门生产碳化硅芯片。

Wolfspee d致力于推动多个行业实现从硅到碳化硅的转变，不仅签订了超过 13.3 亿美元的长期材料供应协议，SiC 产量更提升至 2017 年的 30 倍。Wolfspeed 的转型，无疑为化合物半导体市场注入信心。而以产能、工艺及商业模式的转换为观察要点，SiC 的未来也变得更为清晰。

SiC应用速度远超预期

“公司内部经常讲，2020 年在中国是 SiC 应用元年。今年我们发现 SiC 的应用比我们预想的要大大加速。”在本月由 TrendForce 集邦咨询举办的化合物半导体会议上，Wolfspeed 华南区销售总监柯鸿彬欣分享道。

今年年底，Wolfspeed 和通用汽车达成了 SiC 战略供应协议。根据协议，通用汽车打算在其基于Ultium Drive的下一代电动汽车中转向更节能的 SiC 产品。2019 年 5 月，Cree曾宣布被大众选为 SiC 供应合作伙伴。不仅如此，公司还与英飞凌、意法半导体等功率器件玩家签署了大规模供应协议。

聚焦国内市场，柯鸿彬分享了 Wolfspeed 重点看好的应用。

首先是电动车，这其中包含主驱、車載充電機 (OBC)、DCDC，还有接下来非常火热的热泵空调。他指出，“我们看到国内一些企业在 SiC 主驱和全车 SiC 的应用上非常快，不会输给欧美企业太多，甚至可以说是更快。”

第二是光伏和储能。碳中和目标下，国内看到光伏功率密度提高的要求，SiC产品变得非常迫切。尤其在集成了储能的场景，SiC 变成不二选择。

第三是和电动车配套的充电桩。现在中国市面上的充电桩多是 100 千瓦上下，整个充电的效率比较低，未来的超级快充需要用到 SiC 器件和方案。

最后是传统的TFC和开关电源，传统的服务器电源、通信电源，甚至是高压的直流输出的方案都会大量使用 SiC 的方案。此外，轨交和变频器也值得关注。

柯鸿彬表示：整体来讲，未来的五年时间里，SiC 年复合增长率大概是30%。“基于今天我们看到的情况，复合增长率很可能会比 30% 更高。”

除了材料特性带来的应用价值，SiC 的加速应用也获得多重助力。柯鸿彬观察到，能效标准迭代背景下，不管是国内还是欧美，都能看到碳化硅二极管、MOS 管、模块，甚至是裸带的需求都大大提高。

当前，产业内尤其关注电动车领域 800V 高压平台的导入。高压平台可以为功率快充技术预留性能空间，并有效提升三电系统的功率密度。

保时捷于 2019 年发布首款800V平台量产车型 Taycan 之后，国内车企纷纷跟进。电压平台升级要求有更高性能的功率器件，SiC材料性有望借此机会普及。

有分析人士认为，从 400V 过渡到 800V，充电里的关键功率器件 70% 以上可能都要换成碳化硅的方案。

集邦咨询的研究显示，随着电动车渗透率不断升高，以及整车架构朝 800V 高压方向迈进，预估 2025 年全球电动车市场对 6 英寸 SiC 晶圆需求可达 169 万片。

衬底是门票 未来需关注投产率

SiC 产业链分为上中下游三个环节：上游包括衬底和外延片的制备；中游包括芯片、器件或模组的设计、制造和封测；下游则是终端应用。其中，衬底材料被视作关键环节。

一方面，SiC 长晶速度慢、良率低，晶圆供应无法满足需求;另一方面，SiC 衬底约占 SiC 功率器件成本一半，且与产品质量息息相关。市场普遍认为，取得 SiC 衬底被视作进入汽车功率器件等市场的门票。

看似有着广阔应用市场和高景气未来的 SiC 应用，实则刚刚起步。这也意味着，其在产业化初期需解决产能和价格两大问题。

SiC 和传统方案的系统成本差距正在缩小，产能缺口被认为没有悬念，或将成为产业发展的最大瓶颈。

SiC 衬底产能不足背景下，扩产能力成为比拼指标。当前 Wolfspeed 在衬底环节占据 60% 市场，并持续推动扩产。Wolfspeed 投资 4.5 亿美元在纽约州 Marcy 建造一座 8 英寸车规级 SiC 晶圆工厂，预计将在 2024 年达产，产能达到 2017 年的 30 倍 。

当前全球 SiC 衬底以 6 英寸为主，Wolfspeed 的工艺进度显然领先，其产量更提升至 2017 年的 30 倍。柯鸿彬表示：“有了产能的加持，Wolfspeed 有比较大的信心在第三代半导体功率市场里保持份额领先。

龙头扩产之外，另一观察要点是化合物半导体领域里出现的垂直整合情况。

一来是制造晶圆的 Wolfspeed 往下做功率器件，进入意法半导体和英飞凌所在领域且占据第三。有分析认为，考虑到封装环节价值不高，Wolfspeed 未来在最多也只会做到器件环节。

二来是意法等功率器件大厂积极向上游衬底发展，不仅在于 SiC 晶圆在短期内出现缺口，也是得益于 SiC 生产设备不算昂贵。有业内专家指出，这样的情况在半导体产业没有前例可援。这也意味着，材料科学会成为化合物半导体产业链的重要增值环节。

国内来看，不断增加的 SiC产线是非常显著的趋势。集邦咨询分析师龚瑞骄认为，国内玩家争入局背景下，未来应关注投产率。

他表示：SiC 项目总体投资门槛较低，许多中小型城市政府急于提升城市形象加以投资，但实际通线达产较低，部分项目签约、开工后，没有后续进展披露，存在搁置、烂尾等情况。

结语

Wolfspeed 转身背后，既有来自电动车时代的拉力，也有 LED 产业的推力。当前 LED 照明市场基本上由蓝宝石衬底占据。有业内资深分析师告诉《问芯Voice》：价格更低的蓝宝石材料已满足品质要求，SiC 应用于 LED 照明是暴殄天物。LED 产业内延续 Cree 此前硅基路线的厂商，只剩国内晶能光电一家。

晶能光电在接受《问芯Voice》采访时表示，擅长垂直结构的硅基衬底在一些领域相比蓝宝石仍有优势。具体来说，垂直结构的硅基产品耐大电流，适合一些大功率应用，且其在剥离衬底后是单面发光，相比五面出光的蓝宝石，光束更加集中，也更适应移动照明、汽车大灯、紫外固化等场景。

在新兴市场，功率器件和高功率通信发射机必须转向碳化硅 SiC 和氮化镓 GaN。

Wolfspeed 首席执行官 Gregg Lowe 在公司更名之际表示：新一代功率半导体将由 SiC 技术驱动，Wolfspeed 如今是纯粹的半导体巨头，在 LED 领域无法施展技能的 SiC 材料，可望在电动车等市场起飞。这也让 Wolfspeed 一进入化合物半导体游戏，就自带三十多年的经验值。