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25. MÄRZ 2024
Angesichts des kontinuierlichen Anstiegs der Nachfrage nach Siliziumkarbid (SiC)-Substraten in den letzten Jahren wird der Ruf nach Kostensenkung bei SiC immer lauter, da der endgültige Produktpreis nach wie vor der entscheidende Faktor für Verbraucher bleibt, so das Marktforschungsunternehmen TrendForce.
Die Kosten für SiC-Substrate haben mit etwa 50 % den größten Anteil an der gesamten Kostenstruktur. Kostenreduzierung und Auslastungsverbesserung im Substratbereich sind daher besonders wichtig. Aufgrund ihrer Kostenvorteile werden großformatige Substrate daher nach und nach mit hohen Erwartungen eingeführt.
Der chinesische SiC-Substrathersteller TankeBlue Semiconductor hat berechnet, dass ein Upgrade von 4 Zoll auf 6 Zoll die Kosten pro Einheit um 50 % senken kann, und ein Upgrade von 6 Zoll auf 8 Zoll kann die Kosten um weitere 35 % senken.
Mittlerweile können 8-Zoll-Substrate mehr Chips liefern, was zu einem geringeren Kantenverlust führt. Vereinfacht ausgedrückt bieten 8-Zoll-Substrate eine höhere Auslastung, was der Hauptgrund dafür ist, dass große Hersteller sie aktiv weiterentwickeln.
Derzeit dominieren noch 6-Zoll-SiC-Substrate, aber 8-Zoll-Substrate beginnen, den Markt zu durchdringen. Beispielsweise gab Wolfspeed im Juli 2023 bekannt, dass seine 8-Zoll-Fabrik mit der Auslieferung von SiC-MOSFETs an chinesische Kunden begonnen hat, was auf die Massenlieferung von 8-Zoll-SiC-Substraten hinweist. TankeBlue hat außerdem mit Lieferungen von 8-Zoll-Substraten in kleinem Umfang begonnen und plant, bis 2024 Lieferungen in mittlerem Umfang zu erreichen.
Beschleunigte Weiterentwicklung der 8-Zoll-SiC-Substratreihe
Seit Wolfspeed im Jahr 2015 erstmals Muster vorstellte, hat das 8-Zoll-SiC-Substrat eine Entwicklungsgeschichte von sieben bis acht Jahren hinter sich, mit einer deutlichen Beschleunigung der Technologie- und Produktentwicklung in den letzten zwei Jahren.
Abgesehen von Wolfspeed, das die Massenproduktion erreicht hat, gibt es sieben Unternehmen, von denen erwartet wird, dass sie in diesem Jahr oder in den nächsten ein bis zwei Jahren die Massenproduktion von 8-Zoll-SiC-Substraten erreichen.
Was die Investitionen betrifft, baut Wolfspeed weiterhin das John Palmour Silicon Carbide Manufacturing Center (SiC-Substratanlage) in North Carolina, USA. Diese Anlage wird den Ausbau der Substratproduktionskapazität weiter vorantreiben, um der steigenden Nachfrage nach 8-Zoll-Wafern gerecht zu werden.
Coherent kündigte im vergangenen Jahr außerdem Pläne zur Ausweitung seiner Produktion von 8-Zoll-Substraten und Epitaxie-Wafern mit großen Expansionsprojekten in den USA und Schweden an. Im Hinblick auf die Produktexportkanäle hat Coherent von Mitsubishi Electric und Denso eine Investition in Höhe von 1 Milliarde US-Dollar erhalten, um beide Unternehmen langfristig mit 6/8-Zoll-SiC-Substraten und Epitaxiewafern zu versorgen.
Das in Europa ansässige Unternehmen STMicroelectronics investierte im vergangenen Jahr ebenfalls in den 8-Zoll-Bereich, indem es eine Partnerschaft mit Hunan Sanan Semiconductor einging, um in China eine 8-Zoll-SiC-Wafer-Fabrik zu errichten. Letzterer wird begleitend eine 8-Zoll-SiC-Substratanlage errichten und so eine stabile Materialversorgung des Joint Ventures sicherstellen. Gleichzeitig entwickelt ST seine eigenen Substrate und arbeitete zuvor mit dem französischen Unternehmen Soitec zusammen, um die Massenproduktion von 8-Zoll-SiC-Substraten zu erreichen.
Von den chinesischen Herstellern sind derzeit über 10 Unternehmen in die Bemusterungs- und Kleinserienproduktionsphase für 8-Zoll-SiC-Substrate eingetreten. Dazu gehören Unternehmen wie Semisic Crystal Co, Jingsheng Mechanical & Electrical Co, SICC Co, Summit Crystal Semiconductor Co, Synlight Semiconductor Co, TanKeBlue Semiconductor Co, Harbin KY Semiconductor, IV Semitec, Sanan Semiconductor, Hypersics und Yuehaijin Semiconductor Materials Co.
Darüber hinaus forschen derzeit viele andere chinesische Hersteller an 8-Zoll-Substraten, darunter GlobalWafers, Dongni Electronics, Hesheng Silicon Industry und Tiancheng Semiconductor.
Derzeit hat sich die Kluft zwischen chinesischen Substratherstellern und den internationalen Giganten deutlich verringert. Unternehmen wie Infineon haben langfristige Partnerschaften mit chinesischen Herstellern wie SICC Co und TanKeBlue aufgebaut. Aus technologischer Sicht spiegelt dieser kleiner werdende Abstand die allgemeine Verbesserung der Substrattechnologie weltweit wider. Für die Zukunft wird erwartet, dass konzertierte Anstrengungen verschiedener Hersteller die Entwicklung der 8-Zoll-Substrattechnologie vorantreiben werden.
Insgesamt gibt es eine wachsende Dynamik in der Gesamtentwicklung von 8-Zoll-SiC-Substraten, mit bedeutenden Durchbrüchen sowohl in Quantität als auch in Qualität.
Globale 8-Zoll-SiC-Fabriken beschleunigen die Expansion
Da Substratmaterialien weiterhin technologische Grenzen durchbrechen, erreichte der weltweite Anstieg der Zahl neuer 8-Zoll-SiC-Fabriken im Jahr 2023 neue Höhen.
Laut TrendForce wurden im Jahr 12 etwa 8 Erweiterungsprojekte im Zusammenhang mit 2023-Zoll-Wafern umgesetzt. Acht davon wurden von globalen Herstellern wie Wolfspeed, Onsemi, STMicroelectronics, Infineon, Rohm und anderen geleitet. STMicroelectronics arbeitete bei einem Projekt auch mit Sanan Semiconductor zusammen. Darüber hinaus wurden drei Projekte von chinesischen Herstellern wie Global Power Technology, United Nova Technology Co und J2 Semiconductor geleitet.
Aus regionaler Sicht werden erhebliche Investitionen in neue 8-Zoll-SiC-Fabriken in Schlüsselregionen wie Europa, Amerika, Japan, Südkorea, China und Südostasien erwartet. Derzeit sind weltweit etwa 11 8-Zoll-Fabriken entweder im Bau oder in Planung.
Dazu gehören zwei Anlagen von Wolfspeed (in Mohawk, NY, USA und im Saarland, Deutschland), eine von Bosch (in Roseville, USA), eine selbst gebaute von STMicroelectronics (in Catania, Italien), ein Joint Venture mit Sanan (in Chongqing, China), eines von Infineon (in Kulim, Malaysia), eines von Mitsubishi Electric (in Kumamoto, Japan), zwei von Rohm (in Chikugo und Kunitomi, Japan), eines von ON Semiconductor (in Bucheon, Südkorea), und eines von Fuji Electric (in Matsumoto, Japan).
Was die Expansionsrichtung der Hersteller betrifft, so zielen die Investitionen von Bosch und ON Semiconductor im Jahr 2023 direkt auf den Automotive-SiC-Markt ab. Auch die geplante 8-Zoll-SiC-Chipfabrik von STMicroelectronics in Italien zielt auf den Markt für Elektrofahrzeuge ab. Während andere Hersteller die angestrebten Anwendungen für künftige Produktionskapazitäten nicht explizit angegeben haben, sind Elektrofahrzeuge derzeit und in Zukunft der wichtigste Wachstumsmotor für SiC, was es zu einem Schwerpunkt für die Expansion bei großen Herstellern macht.
Im Elektrofahrzeugbereich hat sich die 800-V-Hochvoltplattform als klarer Entwicklungstrend herauskristallisiert. Die 800-V-Plattform erfordert Leistungshalbleiterkomponenten mit höherer Spannung, was Hersteller dazu veranlasst, mit der Entwicklung von 1200-V-SiC-Leistungsgeräten zu beginnen.
Obwohl 6-Zoll-Wafer derzeit kurzfristig zum Mainstream gehören, ist aus Kostengründen der Trend zu größeren Größen wie 8 Zoll aus Gründen der Kostensenkung und Effizienzsteigerung unvermeidlich. Es wird daher erwartet, dass der Elektrofahrzeugmarkt in Zukunft die Nachfrage nach 8-Zoll-Wafern kontinuierlich steigern wird.
Aus Sicht der Lieferkette stellt die Umstellung auf 8-Zoll-Wafer einen Durchbruch für SiC-Hersteller dar. Brancheneinblicken zufolge ist der Markt für 6-Zoll-SiC-Geräte in eine Phase intensiven Wettbewerbs eingetreten, insbesondere im Bereich der SiC-Junction-Barriere-Diode (JBD). Für kleinere und weniger wettbewerbsfähige Unternehmen werden die Gewinnmargen zunehmend gekürzt, was auf eine bevorstehende Runde der Konsolidierung und Umstrukturierung in der Zukunft hindeutet.
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- Quelle: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2024/mar/trendforce-250324.shtml
