在過(guò)去的幾年，半導體市場(chǎng)無(wú)疑經(jīng)歷了巨大的波折。

從缺芯潮緩解轉向下游市場(chǎng)需求疲軟，芯片行業(yè)步入下行周期。無(wú)論是終端市場(chǎng)的低迷，還是各類(lèi)技術(shù)無(wú)法突破瓶頸的現狀，以及供需關(guān)系的惡化，都掣肘了行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

在半導體賽道的周期性“寒冬”之下，各家企業(yè)相繼采取措施，減產(chǎn)、縮減投資等逐漸成為行業(yè)廠(chǎng)商度過(guò)危機的主要方式之一。

(相關(guān)資料圖)

在此背景下，碳化硅(SiC)市場(chǎng)的建廠(chǎng)擴產(chǎn)熱潮卻愈演愈烈。

碳化硅作為目前半導體行業(yè)的熱門(mén)投資領(lǐng)域之一，無(wú)數成名已久的IDM大廠(chǎng)，Fabless新銳以及初創(chuàng )企業(yè)紛至沓來(lái)，試圖從碳化硅價(jià)值鏈的各方面切入這個(gè)前景看好的半導體細分領(lǐng)域。

碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈提速

作為第三代半導體材料，碳化硅相較于硅材料，具有大禁帶寬度、高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子漂移速度、高熱導率、高抗輻射等特點(diǎn)，適合制造高溫、高壓、高頻、大功率的器件。

當前從光伏到新能源汽車(chē)，碳化硅下游市場(chǎng)需求旺盛，特別是隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)和新能源需求的持續增長(cháng)，對SiC材料的需求呈現出井噴式增長(cháng)的態(tài)勢。國產(chǎn)碳化硅正在從產(chǎn)業(yè)化向商業(yè)化加速邁進(jìn)。

從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，SiC產(chǎn)業(yè)鏈條較長(cháng)，涉及襯底、外延、器件設計、器件制造和封測等一系列環(huán)節，各個(gè)環(huán)節的專(zhuān)業(yè)性要求較強，同時(shí)對技術(shù)和資本投入的要求也很高。

其中，碳化硅襯底和外延片的價(jià)值量占比超過(guò)一半，襯底成本最大，占比達47%;其次是外延成本占比為23%，成為決定碳化硅器件品質(zhì)的關(guān)鍵。

襯底即通過(guò)沿特定的結晶方向將晶體切割、研磨、拋光，得到具有特定晶面和適當電學(xué)、光學(xué)和機械特性的潔凈單晶圓薄片，用于生長(cháng)外延層，可分為半絕緣型及導電型。

SiC襯底市場(chǎng)高度集中，全球襯底前三名是Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、Rohm。國外廠(chǎng)商在兩類(lèi)襯底市場(chǎng)中均占有主要份額。從半絕緣型SiC襯底市場(chǎng)份額來(lái)看，Wolfspeed、II-VI和山東天岳三家公司平分秋色，各占據約30%的市場(chǎng)份額。從導電型SiC襯底的市場(chǎng)份額來(lái)看，Wolfspeed占據超60%的市場(chǎng)份額，在SiC單晶市場(chǎng)價(jià)格和質(zhì)量標準上有極大話(huà)語(yǔ)權，天科合達和山東天岳占比僅為1.7%和0.5%。

外延環(huán)節主要是在碳化硅襯底上，經(jīng)過(guò)外延工藝生長(cháng)出的特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱(chēng)外延片。

在半絕緣型碳化硅襯底上生長(cháng)氮化鎵外延層制得碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)外延片，可制成微波射頻器件，應用于5G通信等領(lǐng)域;在導電型碳化硅襯底上生長(cháng)碳化硅外延層(SiC-on-SiC)制得碳化硅外延片，可制成功率器件，應用于電動(dòng)汽車(chē)、新能源、儲能、軌道交通等領(lǐng)域。

SiC外延片屬于行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中間環(huán)節，其中，Wolfspeed、ShowaDenko呈現雙寡頭壟斷市場(chǎng)，合計約占SiC導電型外延片95%的市場(chǎng)份額。目前國內相關(guān)外延廠(chǎng)商東莞天域和廈門(mén)瀚天天成等均已實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，可供應4-6英寸外延片。中電科13所、55所、?？瓢雽w等也能供應外延片，整體產(chǎn)能仍有較大提升空間。

SiC器件環(huán)節主要負責芯片的制造，整體涉及的流程較長(cháng)，以集合芯片設計、芯片制造、芯片封測等多個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節于一體的IDM模式最為常見(jiàn)。

在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過(guò)程的加工和硅不同，采用了高溫工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。

在SiC器件市場(chǎng)，歐美廠(chǎng)商占據主要份額，90%以上份額被國外公司占據。根據Yole 2022年數據，ST占據了全球37%的市場(chǎng)份額，成為市場(chǎng)的領(lǐng)導者;其次是英飛凌占據19%的份額，緊隨其后的是Wolfspeed，占據了16%的份額。后面依次是安森美、羅姆和三菱電機等，這些廠(chǎng)商共同占據了全球80%以上的SiC市場(chǎng)份額，與各大車(chē)企及Tier1廠(chǎng)商互動(dòng)密切。

國內廠(chǎng)商在SiC功率器件領(lǐng)域入局相對較晚，相關(guān)企業(yè)華潤微、士蘭微、斯達半導、時(shí)代電氣、泰科天潤、安徽長(cháng)飛先進(jìn)、派恩杰、上海瞻芯、中電科55所及13所等正積極布局碳化硅器件。

當前國內廠(chǎng)商仍處于發(fā)展初期，與國際巨頭存在一定差距。目前SBD國內已經(jīng)量產(chǎn)，但至少相差一代;OBC方面，國內通過(guò)車(chē)企測試的只有一兩家;MOSFET方面，目前ST、英飛凌、Rohm等600-1700V SiC MOS已實(shí)現量產(chǎn)并達成簽單出貨，而國內目前SiC MOS設計已基本完成，多家設計廠(chǎng)商正與晶圓廠(chǎng)流片階段，后期客戶(hù)驗證仍需部分時(shí)間，在電流密度、減薄工藝、可靠性都亟需提升，因此距離大規模商業(yè)化仍需要時(shí)間。

高景氣行情下，國產(chǎn)碳化硅市場(chǎng)亟待突圍

整體來(lái)看，目前碳化硅材料和功率器件主要由海外企業(yè)主導，國內企業(yè)仍處于發(fā)展初期，與國際巨頭存在一定差距，正在加速追趕。

據方正證券測算，預計2026年全球SiC襯底有效產(chǎn)能為330萬(wàn)片，距同年629萬(wàn)片的襯底需求量仍有較大差距。在業(yè)內形成穩定且較高的良率規?；鲐浨?，整個(gè)行業(yè)都將持續陷于供不應求。

SiC晶圓方面，盡管今年全球經(jīng)濟和其他半導體材料市場(chǎng)普遍出現放緩，但SiC晶圓將持續強勁增長(cháng)。據TECHCET發(fā)布了最新的碳化硅晶圓材料報告預計，SiC晶圓市場(chǎng)將在2023年進(jìn)一步增長(cháng)，達到107.2萬(wàn)片晶圓，同比增長(cháng)約22%。2022-2027年的整體復合年增長(cháng)率估計約為17%。

在當前全球碳化硅功率市場(chǎng)高景氣行情下，SiC處在爆發(fā)式增長(cháng)的前期，擴產(chǎn)放量是行業(yè)關(guān)注重點(diǎn)。國際大廠(chǎng)產(chǎn)能加速擴張，都在積極布局SiC市場(chǎng)，爭先恐后加碼擴產(chǎn)。

英飛凌正著(zhù)力提升碳化硅產(chǎn)能，以實(shí)現在2030年之前占據全球30%市場(chǎng)份額的目標;ST計劃在2022年前將SiC器件產(chǎn)能擴大2.5倍，2023年實(shí)現8英寸SiC晶圓商業(yè)化生產(chǎn);安森美總投資約40億元，計劃將SiC晶圓產(chǎn)能擴大4倍;羅姆投資計劃2025年前碳化硅功率半導體營(yíng)收超1000億日元/年，產(chǎn)能增加至2021年時(shí)的6倍;按照Wolfspeed規劃，2026年其導電型襯底的產(chǎn)能可能達到百萬(wàn)片以上...

不僅國際巨頭“跑馬圈地”，國內企業(yè)也不甘落后，紛紛布局碳化硅，擴張產(chǎn)能，試圖以國產(chǎn)替代爭奪市場(chǎng)份額，提升產(chǎn)品的價(jià)值量或出貨量。據《2022碳化硅(SiC)產(chǎn)業(yè)調研白皮書(shū)》統計，國內在建、已投產(chǎn)或簽約的SiC晶圓線(xiàn)項目超過(guò)28個(gè)。

雖然市場(chǎng)產(chǎn)銷(xiāo)兩旺，但我國碳化硅功率器件仍處于早期階段，如何降低成本、穩定質(zhì)量、提升良率，是國產(chǎn)碳化硅功率半導體大規模應用的關(guān)鍵。

與此同時(shí)，國內外產(chǎn)業(yè)模式的差異，技術(shù)差距、設備挑戰以及國內碳化硅器件中低端“互卷”等問(wèn)題，都一一成為擺在我國碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展面前的難題。

碳化硅“狂飆”：追趕、內卷、替代

Fabless還是IDM?

上文提到，從產(chǎn)業(yè)鏈層面初步劃分，整個(gè)SiC產(chǎn)業(yè)鏈主要分為襯底、外延、設計、器件和封裝模塊等。

從產(chǎn)業(yè)模式看，與國外產(chǎn)業(yè)鏈主要以縱向多環(huán)節整合為主不同，國內產(chǎn)業(yè)鏈相對較為分散，除三安光電以及中電科下屬研究所采用產(chǎn)業(yè)鏈全覆蓋模式之外，更多廠(chǎng)商選擇專(zhuān)注于產(chǎn)業(yè)鏈中某個(gè)特定環(huán)節，IDM企業(yè)數量相對較少。

眾所周知，IDM、Fabless和Foundry分別代表著(zhù)半導體芯片行業(yè)的三種運營(yíng)模式，是依據其生產(chǎn)設計及制造能力不同而劃分的。通常涉及芯片設計、制造、封測等若干環(huán)節，半導體芯片企業(yè)負責的環(huán)節不同，也就產(chǎn)生了不同的運營(yíng)模式。

在碳化硅芯片領(lǐng)域，目前全球的頭部企業(yè)都是以IDM為主，而國內IDM廠(chǎng)商相對較少。

對此，士蘭微器件成品產(chǎn)品線(xiàn)市場(chǎng)總監伏友文表示，SiC產(chǎn)業(yè)選擇IDM模式能更好的保障業(yè)務(wù)長(cháng)期穩定的發(fā)展，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢。IDM模式可有效進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈內部整合，設計研發(fā)和工藝制造平臺開(kāi)發(fā)同時(shí)開(kāi)展，兩者協(xié)同優(yōu)化可快速識別和解決產(chǎn)品研發(fā)中遇到的問(wèn)題，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，對研發(fā)效率、成本管控、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能供應的穩定性等方面十分有利，幫助企業(yè)構筑核心競爭力。

基于IDM模式的優(yōu)勢，IDM企業(yè)華潤微的碳化硅產(chǎn)品進(jìn)展順利，去年碳化硅器件整體銷(xiāo)售規模同比增長(cháng)約2.3倍，待交訂單超過(guò)1000萬(wàn)元，投片量逐月穩步增加。

士蘭微也是采用IDM模式，旗下士蘭明鎵在去年已實(shí)施“碳化硅功率器件芯片生產(chǎn)線(xiàn)”項目的建設，去年10月，士蘭微籌劃非公開(kāi)發(fā)行募資65億元，募投項目之一便是用于“年產(chǎn)14.4萬(wàn)片碳化硅功率器件生產(chǎn)線(xiàn)建設項目”，并在今年4月26日定增獲上交所審核通過(guò)。

士蘭微董事長(cháng)陳向東曾在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，通過(guò)發(fā)揮IDM一體化優(yōu)勢，士蘭微碳化硅功率器件芯片量產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)展順利，已具備月產(chǎn)2000片6英寸SiC芯片的生產(chǎn)能力，預計到今年年底SiC芯片生產(chǎn)能力將提升至6000片/月;士蘭SiC MOS芯片性能指標已達到國際先進(jìn)水平;士蘭微用于汽車(chē)主驅的碳化硅功率模塊已向國內客戶(hù)送樣，爭取在今年年底前上車(chē)，同時(shí)士蘭微碳化硅產(chǎn)品在光伏、儲能、充電樁、OBC等領(lǐng)域也已展開(kāi)全面推廣。

更多的廠(chǎng)商嗅到了SiC代工的商機。2023年5月22日，安徽長(cháng)飛先進(jìn)宣布其位于武漢的SiC晶圓廠(chǎng)正式啟動(dòng)，據悉該項目規模達年產(chǎn)36萬(wàn)片SiC MOSFET晶圓，包括外延、器件設計、晶圓制造、封裝等，預計2025年建設完成。

瞻芯電子也于2020年初啟動(dòng)了碳化硅芯片晶圓廠(chǎng)項目籌備，該工廠(chǎng)于2022年7月正式投片生產(chǎn)，標志著(zhù)瞻芯電子由Fabless邁向IDM的戰略轉型。

國內SiC功率器件的廠(chǎng)商大多有向IDM模式演進(jìn)的趨勢。

但IDM模式也并非適用于任何企業(yè)。有業(yè)內人士指出，目前國內很多碳化硅廠(chǎng)商體量并不大，尚未實(shí)現盈利，若是大規模建廠(chǎng)的話(huà)，運營(yíng)成本太高，對現金流的考驗非常大，工藝開(kāi)發(fā)的難度和客戶(hù)認可度也是問(wèn)題。

因此，仍有一部分碳化硅廠(chǎng)商堅持采用Fabless的經(jīng)營(yíng)模式發(fā)展。實(shí)際上，如果能得到代工廠(chǎng)的支持，Fabless廠(chǎng)商在設計方面確實(shí)更具靈活性，在碳化硅MOS方面的研發(fā)進(jìn)程也較快。同時(shí)，代工廠(chǎng)的資質(zhì)也可以為其供應鏈可靠性背書(shū)。

以芯粵能為例，其商業(yè)模式就是打造開(kāi)放式Foundry平臺，面向整個(gè)的市場(chǎng)提供代工服務(wù)，與整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。芯粵能的碳化硅芯片制造項目總投資額為75億元，建成年產(chǎn)24萬(wàn)片6英寸和24萬(wàn)片8英寸碳化硅晶圓芯片的生產(chǎn)能力，計劃在2023年5月份交出首批車(chē)規級樣品。

芯粵能總裁徐偉表示，“在過(guò)往的兩年里，硅基平臺產(chǎn)能不足凸顯，尤其是市場(chǎng)需求巨大的功率器件，因此需要碳化硅快速布局并加快擴產(chǎn)。這就需要對國內碳化硅芯片加工平臺這樣一個(gè)相對短板來(lái)進(jìn)行補足，芯粵能目前正好踩在市場(chǎng)發(fā)展的節奏上。

代工廠(chǎng)的出現讓國內一眾SiC參與者有了堅固的后盾和彎道超車(chē)的可能性。

另一方面，考慮到新能源汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展周期，碳化硅的需求爆發(fā)期可能就在近三年內，若是建廠(chǎng)首先得考慮建廠(chǎng)周期和設備交期，其次是從產(chǎn)線(xiàn)建好投產(chǎn)到穩定運行也需要花費至少3年時(shí)間，還要通過(guò)車(chē)規級認證等，耗時(shí)太久，公司就有可能錯過(guò)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的關(guān)鍵窗口期。這也是很多公司短期內堅持以fabless模式運營(yíng)的原因所在。

綜合來(lái)看，IDM和fabless各有優(yōu)勢。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，業(yè)內也一直存在著(zhù)IDM和Foundry模式的討論?；仡欉^(guò)去的發(fā)展軌跡，可以看到國內的Foundry+Fabless模式在很多領(lǐng)域也能做得非常好。碳化硅也是這樣，從襯底外延材料制備，到芯片代工，再到模組生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域都不斷有企業(yè)嶄露頭角。

因此，結合當前碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段和時(shí)間窗口等因素來(lái)看，國內IDM和Foundry+Fabless兩種商業(yè)模式將會(huì )長(cháng)期并存，而且各自滿(mǎn)足終端市場(chǎng)不同的應用場(chǎng)景。

8英寸SiC，開(kāi)始沖刺

成本高，一直是碳化硅器件被吐槽的弊病。

因為碳化硅在生產(chǎn)環(huán)節存在單晶生產(chǎn)周期長(cháng)、環(huán)境要求高、良率低等問(wèn)題，碳化硅襯底的生產(chǎn)中的長(cháng)晶環(huán)節需要在高溫、真空環(huán)境中進(jìn)行，對溫場(chǎng)穩定性要求高，并且其生長(cháng)速度比硅材料有數量級的差異。因此，碳化硅襯底生產(chǎn)工藝難度大，良率不高。

這直接導致了碳化硅襯底價(jià)格高、產(chǎn)能低的問(wèn)題。

其中，襯底是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的核心，也是未來(lái)碳化硅產(chǎn)業(yè)降本、大規模產(chǎn)業(yè)化的主要驅動(dòng)力。因此，提高襯底良率和產(chǎn)能是SiC降本的核心。

伏友文指出，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率并降低成本，大尺寸是碳化硅襯底制備技術(shù)的重要發(fā)展方向。

近年來(lái)，碳化硅襯底正不斷向大尺寸方向演進(jìn)，襯底尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數量越多，單位芯片成本就越低。

目前，主流碳化硅襯底尺寸為6英寸，8英寸襯底正在成為行業(yè)重要的技術(shù)演化方向，在降低器件單位成本、增加產(chǎn)能供應方面擁有巨大的潛力。

據Wolfspeed統計，6英寸SiC晶圓中邊緣芯片占比有14%，而到8英寸中占比降低到7%。伴隨著(zhù)尺寸擴張帶來(lái)的規模效應以及自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)帶來(lái)的相關(guān)成本的降低，Wolfspeed預計至2024年，8英寸襯底帶來(lái)的單位芯片成本相較于2022年6英寸襯底的單位芯片成本降低超過(guò)60%，這將持續推進(jìn)碳化硅產(chǎn)品的降價(jià)，從而打開(kāi)應用市場(chǎng)。

從技術(shù)進(jìn)展來(lái)看，國產(chǎn)碳化硅廠(chǎng)商基本以6英寸碳化硅晶圓為主，而Wolfspeed、ROHM、英飛凌、ST等國際碳化硅大廠(chǎng)已經(jīng)紛紛邁入8英寸，并將量產(chǎn)節點(diǎn)提前到今年。前不久，英飛凌與國內廠(chǎng)商天岳先進(jìn)和天科合達簽約，也將助力英飛凌向8英寸碳化硅晶圓過(guò)渡。

國內公司總體處于向6英寸加速實(shí)現量產(chǎn)、8英寸布局研發(fā)的階段，并逐漸退出4英寸市場(chǎng)。根據中國寬禁帶功率半導體及應用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的預測，預計2020-2025年國內4英寸SiC 晶圓市場(chǎng)逐步從10萬(wàn)片減少至5萬(wàn)片，6英寸晶圓將從8萬(wàn)片增長(cháng)至20萬(wàn)片;2025-2030年，4英寸晶圓將逐步退出市場(chǎng)，6 英寸增加至40萬(wàn)片。

海通證券分析師余偉民指出，目前碳化硅襯底市場(chǎng)以海外廠(chǎng)商為主導，國內企業(yè)市場(chǎng)份額較小。國內尺寸迭代較海外廠(chǎng)商略慢一籌，但近年來(lái)發(fā)展提速明顯。截至2022年11月，晶盛機電、天岳先進(jìn)、天科合達、山西爍科分別宣布掌握了8英寸碳化硅襯底制備技術(shù)，但基本都還處于驗證階段，尚未實(shí)現量產(chǎn)或僅小規模量產(chǎn)。

為什么國產(chǎn)廠(chǎng)商在此發(fā)展速度較慢?“8英寸碳化硅晶圓”的實(shí)現還面臨哪些挑戰?

伏友文對此表示，盡管當前8英寸在快速發(fā)展，但實(shí)現量產(chǎn)的企業(yè)還只有Wolfspeed。當前國內主要集中在4英寸至6英寸生產(chǎn)階段，8英寸SiC晶圓量產(chǎn)面臨較多的難點(diǎn)，比如襯底制備中8英寸籽晶的研制、大尺寸帶來(lái)的溫場(chǎng)不均勻、氣相原料分布和輸運效率問(wèn)題、高溫生長(cháng)晶體內部應力加大導致開(kāi)裂等，以及后續外延工藝、相關(guān)的設備發(fā)展等，均需要產(chǎn)業(yè)上下游緊密協(xié)同來(lái)攻克挑戰。

伴隨著(zhù)SiC襯底的成熟，預計成本將進(jìn)一步下降，這對于整個(gè)SiC產(chǎn)業(yè)而言，也是發(fā)展的必然趨勢。

國產(chǎn)碳化硅，上車(chē)難?

降低成本也是碳化硅器件上車(chē)的關(guān)鍵。

早在2018年，特斯拉率先在Model3的主驅逆變器里，使用基于碳化硅材料的碳化硅MOSFET，以替代傳統的硅基IGBT，此舉引發(fā)了行業(yè)震動(dòng)。

碳化硅器件憑借體積小、性能優(yōu)越、節能性強，還順帶緩解了續航問(wèn)題，一舉成為新能源車(chē)的當紅炸子雞，一眾車(chē)企后續紛紛效仿。

在應用場(chǎng)景方面，電動(dòng)汽車(chē)是碳化硅最大的下游應用市場(chǎng)，涉及到功率器件的應用包括電驅、OBC、DC/DC和非車(chē)載充電樁等。其中，碳化硅器件主要應用于電驅中的主逆變器，能夠顯著(zhù)降低電力電子系統的體積、重量和成本，提高功率密度。微型輕量化的SiC器件還可以減少因車(chē)輛本身重量而導致的能耗。

中國一汽研發(fā)總院院長(cháng)趙永強表示，需求驅動(dòng)牽引SiC功率模塊在車(chē)用領(lǐng)域快速推廣應用與進(jìn)一步升級，要求電驅系統進(jìn)行SiC匹配開(kāi)發(fā)?；谛履茉凑?chē)需求，車(chē)規SiC功率模塊封裝技術(shù)向著(zhù)低雜感、高散熱、集成化、高可靠方向發(fā)展，主流SiC功率芯片以Wolfspeed、ST、Rohm、Infineon的溝槽柵結構為代表，批量應用前景廣闊。

近年來(lái)，隨著(zhù)新能源汽車(chē)滲透率穩步抬升的同時(shí)，頭部車(chē)企對于碳化硅功率半導體試水的速度、廣度和深度不斷推進(jìn)，碳化硅上車(chē)的呼聲越來(lái)越高。據TrendForce集邦咨詢(xún)數據統計， 2023年整體SiC功率元件市場(chǎng)規模達22.8億美元，年成長(cháng)41.4%，預計2026年SiC功率元件市場(chǎng)規?？赏_53.3億美元，其中車(chē)用SiC功率元件市場(chǎng)規模將攀升至39.4億美元。

目前大部分的市場(chǎng)份額以國際品牌為主，包括Wolfspeed、ST、ON、Infineon等。同時(shí)，國外車(chē)企已與全球領(lǐng)先的SiC芯片企業(yè)實(shí)現了產(chǎn)能綁定。隨著(zhù)新能源汽車(chē)需求的爆發(fā)，國內車(chē)企或需提前考慮SiC的供給缺口的問(wèn)題。

相較于美日歐企業(yè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，國內碳化硅企業(yè)在技術(shù)和產(chǎn)能上還存在差距。那么，目前國產(chǎn)碳化硅器件上車(chē)進(jìn)展如何?

有不少下游廠(chǎng)商反饋，車(chē)企正在加速導入國產(chǎn)碳化硅襯底、外延片，上下游廠(chǎng)商持續合作以共同改善良率，希望構建本土供應鏈。

士蘭微碳化硅功率器件芯片量產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)展順利，已具備月產(chǎn)2000片6英寸SiC芯片的生產(chǎn)能力，預計到今年年底SiC芯片生產(chǎn)能力將提升至6000片/月;士蘭 SiC MOSFET芯片性能指標已達到國際先進(jìn)水平;士蘭微用于汽車(chē)主驅的碳化硅功率模塊已向國內客戶(hù)送樣，爭取在今年年底前上車(chē);

三安光電目前有7款產(chǎn)品通過(guò)車(chē)規級認證并開(kāi)始逐步出貨;

泰科天潤的SiC二極管已有多年OBC應用積累，累計出貨7kk;

中電科55所SiC MOSFET已搭載到一汽紅旗等多家國內車(chē)企，裝車(chē)量達百萬(wàn)輛。今年4月，中電科55所與一汽聯(lián)合研發(fā)的首款750V SiC功率芯片完成流片;

瞻芯電子規劃了SiC MOSFET、SBD、驅動(dòng)IC三大產(chǎn)品線(xiàn)，并先后研發(fā)量產(chǎn)了一系列按車(chē)用標準設計的產(chǎn)品，其中多款已獲車(chē)規級認證，并批量“上車(chē)”應用;

...

此外，斯達半導、華潤微、基本半導體、清純半導體等國產(chǎn)廠(chǎng)商也披露了車(chē)規級碳化硅產(chǎn)品進(jìn)展情況，國產(chǎn)SiC MOSFET單管在OBC和DC-DC已經(jīng)開(kāi)始驗證測試和小批量生產(chǎn)。

可以看到，在量產(chǎn)上車(chē)方面，國內SiC器件廠(chǎng)商也已經(jīng)開(kāi)始嶄露頭角。多家車(chē)企及芯片企業(yè)表示，經(jīng)歷了多年大投入之后，今年碳化硅功率半導體將正式進(jìn)入“上車(chē)”放量窗口期，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)商業(yè)化落地和規?；M(jìn)程或將提速。

但針對市場(chǎng)規模最大的、投資者更看重的主逆變器領(lǐng)域，由于主逆變器關(guān)系到整車(chē)和人員的安全，對SiC MOSFET的性能、可靠性要求極高，國產(chǎn)SiC MOSFET還處于早期階段，短時(shí)間內難以看到搭載國產(chǎn)SiC MOSFET的電動(dòng)汽車(chē)上路。

因為汽車(chē)對碳化硅材料有非常高的可靠性要求，國內很多材料還在驗證中，能滿(mǎn)足車(chē)規級要求的占比不高。

但實(shí)際上，國產(chǎn)襯底材料近年來(lái)的進(jìn)步十分明顯，比如，今年4月博世與天岳先進(jìn)簽署長(cháng)期協(xié)議;5月初英飛凌與兩家國內碳化硅材料供應商簽訂長(cháng)期供貨協(xié)議，都在說(shuō)明國際大廠(chǎng)對國產(chǎn)材料已經(jīng)表示認同，對國內企業(yè)的成本控制將帶來(lái)幫助。

實(shí)際上，除了天岳先進(jìn)和天科合達外，還有多家中國SiC襯底和外延廠(chǎng)商的產(chǎn)品已經(jīng)被國際器件廠(chǎng)商所采用，未來(lái)將會(huì )有更多的國產(chǎn)SiC產(chǎn)品進(jìn)入汽車(chē)供應鏈，有助于緩解全球SiC供應緊張問(wèn)題。

有業(yè)內人士指出，隨著(zhù)國產(chǎn)SiC襯底材料廠(chǎng)商的發(fā)展，國外SiC廠(chǎng)商感受到了一定的危機，據Digitimes報道，為應對來(lái)自中國競爭對手的日益激烈的競爭，歐洲、美國SiC襯底供應商對亞洲客戶(hù)小幅下調價(jià)格。

這也從側面展示了中國市場(chǎng)的巨大潛力，反映出了國產(chǎn)SiC行業(yè)的迅速崛起。經(jīng)過(guò)多年的積累和發(fā)展，國產(chǎn)SiC在材料和晶圓代工等領(lǐng)域已經(jīng)展現出了巨大的潛力和前景。

SiC仍是電動(dòng)汽車(chē)制造商未來(lái)必須考慮的核心零組件，其當下所面臨的困境無(wú)非是成本高及可靠性低，而一旦SiC達到性?xún)r(jià)比的“奇點(diǎn)時(shí)刻”，行業(yè)將迎來(lái)爆發(fā)性增長(cháng)。

其實(shí)在車(chē)企眼中，碳化硅器件成本高只是一個(gè)局部問(wèn)題，因為在系統層面它反而可以節省成本。

盡管單獨看車(chē)規級碳化硅芯片的成本有所增加，但使用碳化硅器件節省的電池、被動(dòng)元器件、冷卻系統等系統成本，會(huì )超過(guò)增加的成本，同時(shí)使用效率和用戶(hù)體驗也有明顯的提升。這也是未來(lái)車(chē)規級碳化硅芯片會(huì )在需求端持續高速增長(cháng)的關(guān)鍵原因之一。

國產(chǎn)SiC設備，加速崛起

上文提到，降低碳化硅成本一方面通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新，提高效率和良率;另一方面實(shí)現規?；a(chǎn);此外，還需要設備、材料的國產(chǎn)化。

SiC產(chǎn)業(yè)各環(huán)節的技術(shù)水平很大程度上受到關(guān)鍵裝備直接影響，設備也是決定廠(chǎng)商產(chǎn)能上限的決定性因素之一。

在過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間內，國內SiC產(chǎn)業(yè)嚴重依賴(lài)進(jìn)口裝備，國內企業(yè)起步較晚。近年來(lái)，在市場(chǎng)的需求拉動(dòng)下，國產(chǎn)SiC裝備發(fā)展迅速，部分“卡脖子”現象得到明顯緩解，但許多關(guān)鍵瓶頸有待過(guò)關(guān)邁坎。

在這一背景下，碳化硅設備產(chǎn)業(yè)鏈也在加速擁抱資本市場(chǎng)。從產(chǎn)業(yè)角度出發(fā)，如何看待當前國產(chǎn)設備廠(chǎng)商的進(jìn)展和突破?

伏友文表示，SiC器件產(chǎn)業(yè)鏈中主要包括襯底制備、外延生產(chǎn)、芯片制造、芯片封裝等環(huán)節，主要工藝有單晶生長(cháng)、襯底切磨拋、外延生長(cháng)、掩膜沉積、圖形化、刻蝕、注入、熱處理、金屬化等，共涉及幾十種關(guān)鍵半導體裝備。由于SiC材料高熔點(diǎn)、高密度、高硬度的特性，在材料和芯片制造過(guò)程中，存在一些特殊的工藝控制過(guò)程，如物理氣相傳輸法單晶生長(cháng)、襯底切磨拋加工較慢、外延生長(cháng)所需溫度極高且需要具備高良率目標、芯片制造過(guò)程需要高溫高能設備等，這些均需要增加一些專(zhuān)用的設備作為支撐，如襯底材料制備中的碳化硅單晶生長(cháng)爐、金剛線(xiàn)多線(xiàn)切割機設備，外延生長(cháng)爐、芯片制造中的高溫高能離子注入、退火激活、柵氧制備等設備。

長(cháng)晶設備：高質(zhì)量的SiC單晶制備是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈最為重要的一環(huán)，它直接影響了SiC器件的性能、可靠性和制造成本。

根據《2022碳化硅(SiC)產(chǎn)業(yè)調研白皮書(shū)》，經(jīng)過(guò)過(guò)去20多年設備研發(fā)積累, 中電科48所、北方華創(chuàng )、恒普科技、優(yōu)晶光電、納設、晶盛機電和季華實(shí)驗室等國產(chǎn)設備企業(yè)已研制出4-6英寸SiC外延生長(cháng)設備，并且在成膜質(zhì)量、生產(chǎn)率、穩定性、重復性和運行維護性等指標上實(shí)現了突破，縮短了與國外設備之間的差距，有力地支撐了國產(chǎn)碳化硅外延的大規模量產(chǎn)。

從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條來(lái)看，長(cháng)晶設備是目前SiC國產(chǎn)化程度最高的環(huán)節。

碳化硅晶圓制造設備：除了SiC襯底外，晶圓制造難是國產(chǎn)SiC MOSFET尚未應用于主驅的關(guān)鍵所在，未來(lái)國產(chǎn)SiC芯片擴產(chǎn)也會(huì )受到關(guān)鍵設備的牽制。

由于SiC材料硬度高、熔點(diǎn)高等特性，需要一些特殊的生產(chǎn)設備與工藝——包括高溫退火爐、高溫離子注入機、SiC減薄設備、背面金屬沉積設備、背面激光退火設備、SiC襯底和外延片表面缺陷檢測和計量設備等。

高溫離子注入機方面，國外主要廠(chǎng)商包括愛(ài)發(fā)科、應用材料和NISSIN等，目前國內企業(yè)爍科中科信的離子注入機在碳化硅領(lǐng)域實(shí)現了批量應用，設備注入能量、束流大小、注入晶片溫度等技術(shù)指標與國外相差不大。

離子注入后仍需進(jìn)行高溫退火，才可以激活注入離子。高溫退火爐國外主要廠(chǎng)商主要包括昇先創(chuàng )Centrothcrm、日本真空等。目前，中電科48所、北方華創(chuàng )等國內企業(yè)已量產(chǎn)了相關(guān)設備。

制備SiC器件的柵極氧化層需要高溫氧化爐。國外主要設備廠(chǎng)商包括昇先創(chuàng )Centrotherm、東橫化學(xué)等，當前中電科48所、北方華創(chuàng )等國內企業(yè)的設備也能夠用于生產(chǎn)碳化硅器件。

據《2022碳化硅(SiC)產(chǎn)業(yè)調研白皮書(shū)》，除了碳化硅外延、離子注入、高溫氧化/激活等碳化硅專(zhuān)用裝備外，華卓精科等國內企業(yè)在激光退火、激光劃片、PVD等關(guān)鍵設備方面也實(shí)現了批量供貨;盛美上海宣布首次獲得Ultra C SiC碳化硅襯底清洗設備的采購訂單，該設備兼容6英寸和8英寸，每小時(shí)可達70多片晶圓的產(chǎn)能，可避免薄且易碎的碳化硅襯底的碎片，國產(chǎn)設備市場(chǎng)占有率穩步提升。

此外，近些年國內廠(chǎng)商的后道加工已在嘗試使用國產(chǎn)切磨拋設備，通過(guò)導入激光等新的工藝，也有助于導入大尺寸的襯底制造，以降低襯底材料和器件的成本。

整體來(lái)看，SiC器件產(chǎn)線(xiàn)國產(chǎn)設備開(kāi)始連點(diǎn)成線(xiàn)，有助于進(jìn)一步推動(dòng)國產(chǎn)碳化硅芯片的高速發(fā)展?！半S著(zhù)SiC產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和自主化供應需求，國內已逐步形成從設備、材料、器件到應用的全生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，再加上一批積極的政策出臺，有助于進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵設備的自主可控、安全可靠，國產(chǎn)碳化硅設備成長(cháng)空間巨大，而大尺寸、高效能、低損傷是未來(lái)行業(yè)設備發(fā)展的趨勢?！?伏友文回答到。

SiC內卷與國產(chǎn)化謎題

近年來(lái)，在下游新能源汽車(chē)、光儲等需求的驅動(dòng)下，國內涌現出一批碳化硅相應企業(yè)，積極規劃碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈布局。

同時(shí)，資本市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始采取長(cháng)線(xiàn)策略。據不完全統計，2023年以來(lái)，國內碳化硅領(lǐng)域發(fā)生了22起融資案例，合計融資資金已超40億元。設備、襯底、外延、功率器件等，融資幾乎涵蓋了碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈。

無(wú)論是頭部企業(yè)還是初創(chuàng )公司，仍在享受著(zhù)資本注入帶來(lái)的快速發(fā)展紅利。

長(cháng)飛先進(jìn)總裁陳重國指出，除了資本市場(chǎng)的支持外，相比行業(yè)巨頭，國內廠(chǎng)商擁有以下幾大優(yōu)勢：

首先是市場(chǎng)優(yōu)勢，目前碳化硅應用市場(chǎng)主要在新能源汽車(chē)以及光伏行業(yè)，而這兩大行業(yè)的市場(chǎng)一半以上都在中國，這是我們相對海外行業(yè)巨頭的第一大優(yōu)勢。

第二是政策支持，我們國家對半導體行業(yè)的支持有目共睹。近年來(lái)，為了鼓勵國內半導體產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新發(fā)展，打破國外壟斷，實(shí)現技術(shù)自主，國家多部門(mén)出臺了一系列支持和引導半導體行業(yè)發(fā)展的政策法規，這對促進(jìn)國內半導體廠(chǎng)商的發(fā)展也起到了非常大的推動(dòng)作用。

第三是工程師優(yōu)勢，我國每年畢業(yè)的理工科工程師有幾百萬(wàn)，這也是我們相比于歐美等國最大的人才優(yōu)勢，同時(shí)也是我們可以在短時(shí)間內快速發(fā)展壯大的原因。

此外，本土廠(chǎng)商還存在價(jià)格優(yōu)勢。伏友文表示，一方面，隨著(zhù)國內相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟，市場(chǎng)規模不斷增大，產(chǎn)品良率不斷提高，本土廠(chǎng)商在原材料、人工、生產(chǎn)管理上可以控制的更低;另一方面，國產(chǎn)SiC產(chǎn)品可以避免進(jìn)口產(chǎn)品較高的運輸、關(guān)稅和匯率成本。

在諸多優(yōu)勢加持下，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在加速。

據不完全統計，國內“已有+在建”碳化硅產(chǎn)線(xiàn)超過(guò)100條，雖然市場(chǎng)需求在增長(cháng)，但同時(shí)競爭也在日漸激烈。

對于行業(yè)現狀，有觀(guān)點(diǎn)稱(chēng)，碳化硅國產(chǎn)化發(fā)展存在兩大謎題：一方面，如果項目布局規模和投資量過(guò)大，包袱重，運營(yíng)成本高，可能會(huì )導致失血過(guò)快，現金流斷裂;另一方面，如果項目布局規模不夠，導致規模效應不足，單位成本居高，市場(chǎng)競爭力不夠，客戶(hù)認可度不高;從而重復投資耗時(shí)耗錢(qián)，吸引不到新投資，最終被淘汰出局。

對此，陳重國認為，當規模不夠時(shí)，市場(chǎng)競爭力不強是必然的。小規模廠(chǎng)商不僅成本下不去，無(wú)法與大規模廠(chǎng)商競爭，同時(shí)也無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的產(chǎn)能需求，更難吸引資本市場(chǎng)的注意。未來(lái)隨著(zhù)碳化硅市場(chǎng)競爭格局逐漸成型，一些小規模廠(chǎng)商必然會(huì )被淘汰出局。

但整體而言，這并不是投資量與盈虧平衡的問(wèn)題，投資量大并不等于包袱重。投資與產(chǎn)能就好比分母與分子，分母大的話(huà)我們的分子也會(huì )大，這還會(huì )降低每一片晶圓的成本，在市場(chǎng)上更有競爭力，只要產(chǎn)品能賣(mài)出去就不存在包袱重、失血過(guò)快的問(wèn)題。

這里的關(guān)鍵其實(shí)是要慎重地做好市場(chǎng)評估與自我評估，也就是說(shuō)讓我們的實(shí)力與投資量相匹配。這些實(shí)力包括成本控制能力、產(chǎn)品可靠性以及強大的銷(xiāo)售能力等，需要我們基于對自身實(shí)力的了解再去作市場(chǎng)評估，再去作投資，建設相匹配的規模，搶占更大的市場(chǎng)。

還需要注意的是，本土企業(yè)在擴張過(guò)程中要提升自己的差異化優(yōu)勢，而不是去扎堆同質(zhì)化嚴重的產(chǎn)品。

有行業(yè)專(zhuān)家向筆者表示，未雨綢繆地避免產(chǎn)能盲目擴張，也是市場(chǎng)關(guān)注的重要方面。雖然市場(chǎng)都在奔著(zhù)彌補市場(chǎng)缺口而迅速擴產(chǎn)，但國產(chǎn)碳化硅功率半導體真正有效產(chǎn)出、達到高質(zhì)量標準的產(chǎn)品還不多，尤其中低端的碳化硅功率半導體存在產(chǎn)能過(guò)剩風(fēng)險和內卷現象。半導體產(chǎn)業(yè)投資巨大，最終結果很可能導致某些企業(yè)倒下，如果不提早進(jìn)行控制，可能帶來(lái)巨大的資源浪費。

伏友文指出，高速的產(chǎn)能擴張勢必要同實(shí)際的市場(chǎng)需求相結合，產(chǎn)能擴張帶來(lái)的企業(yè)壓力也是巨大的，汽車(chē)芯片技術(shù)和質(zhì)量門(mén)檻高，建議國內同行首先要將提升產(chǎn)品性能和可靠性作為發(fā)展重點(diǎn)，在此基礎上根據市場(chǎng)需求，合理規劃產(chǎn)能擴張，避免盲目投資。

寫(xiě)在最后

整體來(lái)看，目前碳化硅器件的國產(chǎn)化進(jìn)展非常明顯，但這不僅僅是國產(chǎn)替代的趨勢問(wèn)題，整體市場(chǎng)產(chǎn)能不足也是關(guān)鍵所在。

碳化硅行業(yè)是一個(gè)巨大的增量市場(chǎng)，尤其是隨著(zhù)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)變革趨勢下，碳化硅正迎來(lái)全面爆發(fā)期。目前碳化硅市場(chǎng)主要由國外的廠(chǎng)商在供，但國外廠(chǎng)商的產(chǎn)能也遠遠滿(mǎn)足不了整體市場(chǎng)的需求，也就是說(shuō)即使想要進(jìn)口也面臨買(mǎi)不到、很難買(mǎi)的情況，這也是國內企業(yè)可以快速入場(chǎng)的機會(huì )。

如今，無(wú)論是上游材料、晶圓代工廠(chǎng)、器件、封裝，國內在SiC的各個(gè)細分供應鏈環(huán)節都已有玩家在積極參與。但目前海外廠(chǎng)商在碳化硅領(lǐng)域仍占據先發(fā)優(yōu)勢，國內企業(yè)仍在起步階段，技術(shù)不斷追趕同時(shí)產(chǎn)能尚在爬坡。

在此形勢下，面對這個(gè)爆發(fā)性增長(cháng)的市場(chǎng)機遇和產(chǎn)業(yè)差距，國產(chǎn)廠(chǎng)商應該如何謀劃布局?

陳重國認為：

三就是加快第三代半導體人才的培養，以碳化硅為代表的第三代半導體是一個(gè)非常新興的行業(yè)，國內外相關(guān)人才都非常稀缺，必須加快自身人才的培養，這也是行業(yè)可持續發(fā)展的關(guān)鍵。

首先是“產(chǎn)能為王”，一定要加快產(chǎn)能的建設，讓碳化硅器件的產(chǎn)能跟上新能源市場(chǎng)的需求;

二是加快主驅芯片可靠性驗證工作，目前碳化硅最大的應用場(chǎng)景就是新能源汽車(chē)的電驅部分，而電驅對芯片的可靠性要求極高，一般對芯片的驗證周期在一年半以上，因此必須抓住時(shí)間窗口，盡快通過(guò)可靠性驗證工作;

隨著(zhù)SiC技術(shù)的不斷突破和國內產(chǎn)業(yè)鏈的完善，國內SiC產(chǎn)業(yè)有望進(jìn)一步壯大并在全球競爭中占據更有利的地位。而隨著(zhù)市場(chǎng)的起伏，火熱的碳化硅行業(yè)終將逐漸回歸理性，唯有護城河深的企業(yè)才能受到青睞。

碳化硅的潮起潮落只是半導體細分產(chǎn)業(yè)供應鏈上無(wú)窮硝煙的一個(gè)縮影，對這個(gè)市場(chǎng)話(huà)語(yǔ)權與附加值的爭奪和追趕，還遠遠沒(méi)到結束的時(shí)候。

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