周末時刻,來了解一下SiC碳化矽基板及晶錠公司,盛新材料(6930.TW)。盛新材料,也才公開發行不久。現在因為電動車的崛起,讓第三類化合物半導體受重視。在SiC方面,台灣除了有嘉晶的SiC磊晶以外,還有漢磊的SiC製造,SiC基板,環球晶的SiC基板。
盛新材料為專業碳化矽基板及晶錠製造商,主要從事4~6吋之導電型碳化矽晶圓、晶錠及4~6吋半絕緣碳化矽(SiC)晶圓之生產。碳化矽基板屬於化合物(第三類)半導體產業中的上游產品,碳化矽基板是生產高頻高功率元件、通訊元件(HEMT)、再生能源逆變器、電動車電源時不可或缺的基本材料。
產製過程
盛新材料SiC長晶技術採物理氣相傳輸法(PVT),為碳化矽晶體成長主流技術。盛新以高純碳化矽為原料,在特殊溫場下,採用物理氣相傳輸法(PVT法),透過加熱置於底部的碳化矽原料至高溫(~2,500度)使其分解、昇華至坩堝頂部晶種處凝華,形成碳化矽單晶。生長不同尺寸的碳化矽晶錠 ,經過多道加工工序產出碳化矽基板。
產業現況與發展
半導體係指一種導電率介於金屬與絕緣體之間的材料,可透過運用不同的材料精準調整半導體的導電性,此特性使半導體可參與電訊號調變,並能利用電流傳輸來處理訊號。半導體是電晶體與積體電路的核心,在電子及科技產品上都有相當廣泛的應用。所謂第三類半導體,主要是為了與第一類半導體、第二類半導體區分,並成為化合物半導體領域的佼佼者。第一類半導體材料是「矽」(Si)、「鍺」(Ge),第二類半導體是「砷化鎵」(GaAs)和「磷化銦」(InP),第三類半導體主流材料為「碳化矽」(SiC)和「氮化鎵」(GaN)。事實上,SiC和GaN早在40~50年前就開始發展,直到2000年後才開始投入市場。隨著5G、電動車時代來臨,目前GaAs和Si的溫度、頻率、功率已達極限,當溫度過高時,前兩種材料容易產生故障,加上全球開始重視碳排放問題,因此高能效、低能耗的「碳化矽」(SiC)和「氮化鎵」(GaN)成為新一代商機。故而稱作第三類半導體。
隨著全球進入5G、物聯網、綠能、電動車時代,能徹底展現耐高壓、 高溫、高頻能耐,並滿足當前主流應用對高能源轉換效率要求的寬能隙 (Wide Band Gap,WBG)半導體開始嶄露頭角。氮化鎵(GaN)與碳化矽(SiC) 這兩種寬能隙半導體被稱為化合物半導體材料,比傳統半導體材料矽(Si) 的帶隙要寬的多,能隙是決定半導體的崩潰電場,即能承受的電壓,帶隙越寬的材料越能耐高電壓、高電流。在應用端持續往大電壓及大電流前進之趨勢下,由於矽(Si)有其先天上的極限,故吸引廠商投入氮化鎵(GaN)與 碳化矽(SiC)研發,以搶食半導體新世代元件之商機,而盛新材料鎖定碳化矽 (SiC)的研發與量產。碳化矽(SiC)材料又分為導電型(N-type)及半絕緣型(SItype)兩種主流型式。導電型主要應用於電動車及新能源等能源相關產品, 而半絕緣型主要用於5G或雷達衛星等通訊產品。盛新材料為國內首家同時具備導電型碳化矽及半絕緣型碳化矽量產能力之供應商。
另Yole Developpement預估碳化矽(SiC)功率元件市場規模由2019年5.41億美元增至2025年25.62億美元,年複合成長率達30%,最大的應用在電動車逆變器、轉換器、充電樁,以及太陽能與能源儲存終端應用。
市場供給
依據CASA Research的2019年全球市占率調查,碳化矽第一大廠Cree的供應量約佔全球市場45%,依Cree年產能30萬片基板推估,全球年供應量約可達65萬片,此數字遠遠低於目前市場的需求量,因此各廠無不競相擴廠,Cree並發布業界最積極的擴廠計畫,將於2024年將產能擴充至現在的 30 倍以上,如可順利完成,將有機會將產能提升至900萬片/年, 但盛新材料於本報告稍後的分析可知,即使全球供應商皆以相同積極的方式擴產,將年產能於2025年起提升至1,950萬片以上,市場仍將可能處於供不應求的狀況,因為歐盟將於2035年禁止銷售汽油內燃機的汽車,將帶動電動車需求全面起飛,另外COP26氣候會議的減碳排決議加上日益緊張的地緣政治因素,都將加速帶動再生能源及電動車的需求,進一步提升對盛新材料產品的需求。
市場需求
市場需求近年來隨著5G通訊、電動車市場蓬勃發展,物聯網、人工智慧(AI)、 自動駕駛、電動化等趨勢帶動之下,更高頻、耐高壓的射頻元件與功率元件便成為廠商關注焦點,對於碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等新材料應用於寬能隙半導體領域更成為全球主要國家政府均大力投入資源支持寬能隙化合物半導體研究重點,並吸引晶圓材料廠、晶圓代工廠、IDM及LED大廠透過自主研發或採取併購方式進行佈局,並已陸續開發。
依據中國光大控股針對車用市場所做的分析,導電型碳化矽材料主要用於電動車之馬達驅動器,DC/DC 轉換器,車載充電系統及充電樁等應用, 平均每台電動車需要消耗0.5片6”SiC基板,根據IHS Markit及PwC Global的預估,2022年電動車市場將進一步成長至2,090萬輛,並在2027年達到5,100萬輛的銷售量,屆時電動車銷售量將正式超越傳統燃油汽車,而光是電動車對於碳化矽基板的需求,就將達到2,550萬片/年,而依據Yole機構的預估,電動車占整體碳化矽需求將於2025年接近50%,因此可推估2027年後整體碳化矽基板的需求將有機會達到5,000 萬片/年,依目前市場的供應量來看,是遠遠不足。
盛新材料,是一家SiC碳化矽基板及晶錠公司,公司才公開發行不久,目前是虧損狀態,盛新材料2021年營收為300萬,銷售以內銷佔94%,外銷亞洲佔6%。盛新材料產品屬於客戶急需獲得的利基型產品。
競爭
盛新材料主要從事碳化矽晶體及基板材料生產,國外競爭者主要為美國及中國等製造廠,競爭者皆具備長晶、切片、研磨、拋光、清洗一貫製程,部分甚至已延伸至磊晶、晶圓加工及封裝測試等IDM規模。
盛新材料已研發完成自主大尺寸、高品質長晶關鍵性技術如掌握晶態穩定、缺陷修補及自製晶種、電性調控、晶體缺陷檢測分析等技術,快速回饋製程提升晶錠品質;及開發自有核心專利等,目前製程技術已發展至4-6吋半絕緣碳化矽晶圓及4-6吋導電型碳化矽晶圓,技術層次已躋身國際水準,且獲得國內外通訊磊晶及元件大廠之認證及採用,能在市場上與一線大廠有效競爭。為因應化合物(第三類)半導體電力電子產業發展之需求,使用集團自製長晶爐發展8吋碳化矽長晶製程,除迎頭趕上國際前端技術外,更達到核心長晶機臺自主化、國產化,降低大尺寸碳化矽的研發成本、時間,解決半導體上游關鍵材料的瓶頸,提供顧客高品質的碳化矽基板材料,可提升元件良率,提高生產產量並提升製程穩定性。目前主流是使用4及6吋之基板為其原始材料,但大型IDM廠已開始將功率元件往8吋廠生產的趨勢。
除研發新製程及新產品外,盛新材料亦努力於良率之提升及強化產品之競爭力,目前碳化矽材料生產的重要瓶頸即為良率,能大幅提高良率及能大幅降低成本,提高競爭力。
市場占有率
根據CASA Research的統計資料,全球前三大碳化矽基板製造商占了全球市場將近80%的比例:美商Cree(現已併入Wolfspeed)在全球碳化矽基板產品市場的市佔率高達45%,居全球第一。歐商SiCrystal排名第二,市佔率為20%,而美商II-VI排名第三,市佔率為13%;中國天科合達及山東天岳排名分列第四及第五,市佔率各為3%。台灣除了盛新材料外,環球晶已經出貨SiC基板,目前是台灣SiC碳化矽基板龍頭。
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