盡管全球半導體步入周期“寒冬”，但功率半導體細分賽道仍穩(wěn)步增長，不僅英飛凌等國際功率半導體龍頭最新財季業(yè)績向好并上調(diào)對2023財年業(yè)績展望，并且在前沿碳化硅領(lǐng)域拓展中國供應(yīng)鏈“朋友圈”，為經(jīng)歷特斯拉“減碳”風波的碳化硅產(chǎn)業(yè)注入強心劑。
證券時報記者·e公司記者從業(yè)內(nèi)人士了解到，當前從光伏到新能源汽車，碳化硅下游市場需求依舊旺盛，特別是車用級碳化硅襯底產(chǎn)能仍偏緊，國產(chǎn)碳化硅正在從產(chǎn)業(yè)化向商業(yè)化加速邁進。與此同時，今年國內(nèi)碳化硅成本將加速下降，中低端產(chǎn)品競爭激烈，尚需加速縮小與國際巨頭的技術(shù)差距。
產(chǎn)業(yè)需求趨勢不變
自2021年特斯拉開始將碳化硅器件使用到主驅(qū)動逆變器上，憑借更高的系統(tǒng)效率，碳化硅開啟 “上車”進程。然而，今年3月份投資者日活動上，特斯拉方面卻表示下一代汽車平臺的動力總成中將減少75%的碳化硅使用，給整個產(chǎn)業(yè)“潑了一盆涼水”。盡管如此，碳化硅產(chǎn)業(yè)并未止步。
近期國際功率半導體巨頭英飛凌拓展碳化硅材料供應(yīng)商體系，簽約國產(chǎn)碳化硅襯底頭部產(chǎn)商天岳新進、天科合達。在業(yè)內(nèi)人士看來，其重要性被業(yè)內(nèi)認為堪比消費單子廠商納入“蘋果產(chǎn)業(yè)鏈”。
“能供貨英飛凌證明國產(chǎn)碳化硅襯底在技術(shù)和產(chǎn)能上的進步。”集邦咨詢化合物半導體分析師龔瑞驕向記者表示，無論市場需求情況還是國際巨頭擴產(chǎn)趨勢，碳化硅特別是車用類高端碳化硅產(chǎn)品仍處于高度景氣。
有國產(chǎn)頭部碳化硅廠商向記者表示：“我們目前是沒有多余碳化硅產(chǎn)能再外供了，雖然特斯拉喊出‘減碳’，但碳化硅的使用量在逐年增加并沒有減少，市場需求強勁?！睋?jù)介紹，公司產(chǎn)品已經(jīng)供給海外頭部功率器件廠商。
在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中，碳化硅襯底和外延片的價值量占比超過一半，并且成為決定碳化硅器件品質(zhì)的關(guān)鍵，市場上由美國Wolfspeed（科銳公司）、Coherent（原貳陸公司）和日本羅姆等廠商壟斷。碳化硅襯底單晶材料可分為導電型襯底和半絕緣型襯底。其中，導電型襯底主要應(yīng)用于電動汽車、新能源、儲能等碳化硅電力電子器件領(lǐng)域。
本次簽約英飛凌的天岳先進，在從半絕緣型向?qū)щ娦鸵r底轉(zhuǎn)型布局，去年新建上海工廠已經(jīng)完成第一階段的機電安裝，預計今年上半年實現(xiàn)量產(chǎn)交付。去年公司與國內(nèi)外多家汽車電子、電力電子器件等領(lǐng)域的知名客戶簽署長期協(xié)議。
從產(chǎn)業(yè)鏈來看，今年國際碳化硅巨頭擴張熱情高漲。另外，汽車整車廠商并未放棄碳化硅的合作和方案創(chuàng)新。
今年來，寶馬、極氪等與安森美達成碳化硅長期供貨協(xié)議，Wolfspeed與梅賽德斯也達成碳化硅器件供應(yīng)合作； 4月份小鵬正式推出了新一代技術(shù)平臺SEPA 2.0扶搖全域智能進化架構(gòu)，采取全域800V高壓碳化硅平臺，綜合效率達92%；哪吒GT搭載800V碳化硅電驅(qū)；東風汽車發(fā)布馬赫E品牌，將搭載自主開發(fā)的碳化硅控制器，還將于年底量產(chǎn)碳化硅模塊。華為也發(fā)布了“DriveONE新一代超融合黃金動力平臺”，搭載了高效碳化硅技術(shù)。
“碳化硅屬于先進技術(shù)，除了特斯拉，當前大部分車企使用的比較少，未來也將繼續(xù)增加碳化硅的使用量，而不會減少?！秉S河科技學院客座教授張翔向記者表示，碳化硅具有耐高溫、耐高壓的特性，非常適用于高壓場景，而且在主逆變器中，碳化硅模塊和IGBT模塊相比，能夠提高約5%的系統(tǒng)效率。
有碳化硅廠商介紹，據(jù)了解特斯拉減碳75%的計劃主要針對下一代生產(chǎn)低端車型的產(chǎn)線，而傳統(tǒng)產(chǎn)線并不會減少用量，因此整體碳化硅的使用凈增量有望提升25%。
集邦咨詢今年一季度統(tǒng)計，國內(nèi)如比亞迪漢EV、蔚來ET7、小鵬G9、吉利Smart精靈#1等量產(chǎn)車型均有搭載碳化硅器件，國產(chǎn)供應(yīng)商包括比亞迪、斯達半導和芯聚能，加速了碳化硅功率模塊在國內(nèi)市場的發(fā)展。另外，國內(nèi)外的主流車企都已經(jīng)在布局800V平臺，集微咨詢預測到2025年800V碳化硅的方案滲透率超過15%。
IDM商業(yè)化進展迅速
在當下功率半導體市場，硅基IGBT和碳化硅兩種路徑相互分流，因成本差異分別服務(wù)中低端與高端新能源市場；在特斯拉“減碳”風向下，兩種路徑也有望互相交織。
國產(chǎn)IGBT巨頭時代電氣高管近期在接受機構(gòu)調(diào)研時表示：“公司急迫需要IGBT新產(chǎn)能，來緩解行過于旺盛的市場需求。”據(jù)介紹，最近特斯拉發(fā)布新的方案，確定大幅減少碳化硅的方向，很多汽車廠商也和公司一起研發(fā)新方案，可能加大硅基IGBT的應(yīng)用。
盡管有硅基IGBT的潛在分流，碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢難“開倒車”。
“碳化硅對硅基IGBT逐步的替代是不可逆轉(zhuǎn)的，”芯聚能總裁周曉陽近期功率及化合物半導體論壇活動時指出，但一段時期內(nèi)碳化硅在汽車主驅(qū)上的供不應(yīng)求是沒有辦法解決的，因此需要考慮使用部分硅基IGBT來替代碳化硅，或者采取混合模塊，或者提升碳化硅芯片的功率密度，或者進行封裝創(chuàng)新、電驅(qū)系統(tǒng)改進等方案。
回首來看，2022年堪稱國產(chǎn)碳化硅從產(chǎn)業(yè)化邁入商業(yè)化的關(guān)鍵年份，上市公司頻頻斬獲訂單，并且以IDM（設(shè)計制造一體化）廠商進展尤為突出。
作為LED芯片巨頭，三安光電去年業(yè)績下挫，但以碳化硅二極管、MOSFET及硅基氮化鎵產(chǎn)品為代表的電力電子業(yè)務(wù)進展迅速，旗下碳化硅垂直產(chǎn)業(yè)鏈制造平臺湖南三安實現(xiàn)銷售收入6.39億元，同比增長9倍，已簽署的碳化硅MOSFET長期采購協(xié)議總金額超70億元，目前湖南三安碳化硅產(chǎn)能已達1.2萬片/月，湖南三安二期工程將在今年貫通，達產(chǎn)后配套年產(chǎn)能將達到36萬片。
從出貨來看，湖南三安的碳化硅二極管累計出貨量超1億顆領(lǐng)跑行業(yè)，已推出第四代高性能產(chǎn)品，且七款通過車規(guī)認證并開始逐步出貨。另外，湖南三安半導體銷售副總經(jīng)理張真榕此前介紹，新能源汽車功率半導體步入放量期，三安用于主驅(qū)的碳化硅功率半導體有望在今年四季度正式上車。
另一家IDM企業(yè)華潤微的碳化硅產(chǎn)品進展順利，去年碳化硅器件整體銷售規(guī)模同比增長約2.3倍，待交訂單超過1000萬元，投片量逐月穩(wěn)步增加。車規(guī)級碳化硅MOS和碳化硅模塊研發(fā)工作進展順利，已完成多款碳化硅MOS模塊產(chǎn)品出樣。華潤微給今年寬禁帶半導體的目標是整體銷售上億元。
士蘭微也是采用IDM模式，旗下士蘭明鎵在去年已實施“碳化硅功率器件芯片生產(chǎn)線”項目的建設(shè)，并預計今年底形成月產(chǎn)6000片6英寸碳化硅芯片的生產(chǎn)能力。去年10月，士蘭微籌劃非公開發(fā)行募資65億元，募投項目之一便是用于“年產(chǎn)14.4萬片碳化硅功率器件生產(chǎn)線建設(shè)項目”，并在今年4月26日定增獲上交所審核通過。
在今年稍早前接受證券時報記者專訪時，士蘭微董事長陳向東介紹，通過發(fā)揮IDM一體化優(yōu)勢，士蘭微碳化硅MOSFET/SBD功率器件芯片中試線進展順利，芯片性能指標達到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平；士蘭微正在加快建設(shè)碳化硅芯片量產(chǎn)線，用于汽車主驅(qū)的碳化硅功率模塊已向部分客戶送樣。
在近期接受機構(gòu)調(diào)研時，時代電氣高管表示，碳化硅是公司半導體業(yè)務(wù)的一個重要投入方向，公司在既有產(chǎn)線上提高產(chǎn)能，希望產(chǎn)品研發(fā)商能夠復制IGBT以前的發(fā)展路線，從應(yīng)用方向提升器件的水平，預計今年會在一些領(lǐng)域做一些批量應(yīng)用。
加速綁定晶圓產(chǎn)能
“碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合更適合新能源汽車行業(yè)，”三安集成副總經(jīng)理陳東坡在4月出席功率及化合物論壇時指出，車規(guī)芯片對設(shè)計和制造都要求要求高可靠、高穩(wěn)定、高安全性，產(chǎn)品聲明周期比較長，而IDM模式可以更好控制品質(zhì)，并可以通過系統(tǒng)優(yōu)化降低成本、提升產(chǎn)能，為車企做到“交鑰匙”工程。
當前以IDM模式為代表上市公司在碳化硅業(yè)務(wù)上進展迅速，但訂單兌現(xiàn)尚需時日，現(xiàn)階段在上市公司貢獻有限，難以對抗周期波動風險；相比之下，部分功率半導體的設(shè)計類企業(yè)或者分立器件、模組類企業(yè)業(yè)績比較穩(wěn)定，并發(fā)揮自身優(yōu)勢，通過自建產(chǎn)能或者綁定晶圓產(chǎn)能，形成“類IDM”模式，拓展碳化硅賽道。
作為A股IGBT龍頭，斯達半導連續(xù)兩年保持翻倍增長，去年公司實現(xiàn)凈利潤約8億元，今年一季度凈利潤實現(xiàn)約2億元，同比增長約36%，并且公司持續(xù)布局碳化硅賽道：2020年公司投資約2億元建設(shè)全碳化硅功率模組產(chǎn)業(yè)化項目，投資建設(shè)年產(chǎn)8萬顆車規(guī)級全碳化硅功率模組生產(chǎn)線和研發(fā)測試中心；2022年公司完成定增募資35億元，用于投資IGBT和碳化硅芯片項目等。最新進展顯示，公司車規(guī)級SiC模塊開始在海外市場小批量供貨，另外，使用公司自主芯片的車規(guī)級SiC MOSFET模塊預計2023年開始在主電機控制器客戶批量供貨。
有接近斯達半導方面人士向記者介紹，從功率模組封裝工藝上來說，碳化硅模塊的封裝工藝要求比IGBT模塊要求更高，斯達半導模塊封裝技術(shù)面臨新的考驗。
宏微科技則表示已經(jīng)掌握了碳化硅器件封裝的關(guān)鍵技術(shù)。據(jù)介紹，傳統(tǒng)的釬焊加引線鍵合技術(shù)的工藝框架難以滿足某些特殊使用要求；銀燒結(jié)技術(shù)作為釬焊技術(shù)的替代方案，可以更好的發(fā)揮碳化硅器件的性能，提高其功率循環(huán)壽命，更適應(yīng)于高溫的工作環(huán)境。公司已掌握了相關(guān)技術(shù)，并在相關(guān)的模塊封裝產(chǎn)品中得以批量生產(chǎn)應(yīng)用。
宏微科技業(yè)績也迎來大爆發(fā)，今年一季度凈利潤同比增長1.53倍。據(jù)介紹，公司訂單飽滿， 碳化硅二極管研發(fā)成功并實現(xiàn)小批量供貨。公司高管在接受機構(gòu)調(diào)研中介紹，2022~2023年公司推出了第一代平面碳化硅MOS，預計2024~2025年開發(fā)出溝槽產(chǎn)品；應(yīng)用場景來看，碳化硅MOS產(chǎn)品主要應(yīng)用于電動汽車，碳化硅二極管產(chǎn)品應(yīng)用于光伏領(lǐng)域。
另外，揚杰科技采取IDM與Fabless（無晶圓廠模式）并行，多渠道加速碳化硅產(chǎn)能建設(shè)。
4月20日，揚杰科技公告計劃投資10億元在江蘇揚州建設(shè)6英寸碳化硅晶圓產(chǎn)線，規(guī)劃產(chǎn)能5000片/月，后續(xù)擬進一步布局6~8英寸碳化硅芯片生產(chǎn)線建設(shè)。目前揚杰科技已經(jīng)向市場推出碳化硅模塊及650V 碳化硅 SBD、1200V系列碳化硅SBD全系列產(chǎn)品，碳化硅MOSFET已取得關(guān)鍵性進展。
揚杰科技還通過投資控股湖南楚微半導體，進一步完善了公司在晶圓制造上的核心能力，形成了比較完備的晶圓產(chǎn)品制造能力。根據(jù)規(guī)劃，楚微半導體二期建設(shè)規(guī)劃為新增3萬片/月的8英寸硅基芯片生產(chǎn)線項目和5000片/月的6英寸碳化硅基芯片生產(chǎn)線項目。
近年來，碳化硅產(chǎn)業(yè)加速了證券化。次新股公司中，東微半導去年凈利潤接近翻倍達到2.84億元，今年一季度凈利潤同比增長近五成。其中，公司在碳化硅器件首次實現(xiàn)營業(yè)收入；燕東微披6英寸碳化硅SBD（肖特基二極管）產(chǎn)品處于小批量量產(chǎn)，1200V碳化硅MOSFET首款樣品在性能評測中。
競爭加劇與產(chǎn)品升級
在國內(nèi)新能源汽車、光伏、工控、射頻通信等領(lǐng)域下游應(yīng)用需求的高速增長背景下，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)水平及市場規(guī)模逐步壯大。據(jù)中金公司、華泰證券等研究報告，國內(nèi)碳化硅襯底現(xiàn)有產(chǎn)能約為25.8萬片/年~40萬片/年，未來2~5年，國內(nèi)碳化硅襯底產(chǎn)能有望達到400萬片/年~420萬片/年，預計較現(xiàn)有產(chǎn)能可實現(xiàn)約10倍以上的新增產(chǎn)能增長。
不過，相比國際碳化硅玩家，國產(chǎn)碳化硅供應(yīng)鏈還需要面臨技術(shù)差距以及成本加速下降等多重風險和壓力。
集邦咨詢化合物半導體分析師龔瑞驕介紹，以6英寸碳化硅襯底為例，國內(nèi)良率大概有40%，海外大概有60%~70%；另外，碳化硅MOS分為平面類和溝槽類，在同等條件下，溝槽類更具備成本和性能優(yōu)勢，國內(nèi)產(chǎn)品發(fā)力需要面對巨大的專利鴻溝。
“從下游應(yīng)用場景來看，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)品主要以應(yīng)用于工業(yè)市場的二極管和MOS產(chǎn)品為主，主驅(qū)MOS還在驗證，而且面臨激烈競爭?！饼徣痱湵硎?，隨著產(chǎn)能在未來兩三年密集釋放，碳化硅市場供需將會趨于平衡。
國內(nèi)頭部碳化硅廠商向記者表示，從價格來看，碳化硅襯底除了2020年沒變外，一直在下降；并且今年國內(nèi)降幅大約是10%~20%，降幅遠超海外市場。
相比龍頭企業(yè)，碳化硅襯底新秀更容易遭遇“寒冬”。東尼電子1月初宣布獲得6英寸碳化硅大額訂單，其中2023年交付13.5萬片，銷售金額6.75億元，疊加2022年業(yè)績預增消息刺激，公司股價一度沖高，但很快回落。業(yè)內(nèi)人士指出，這個價格相當于大約5000元/片，在業(yè)內(nèi)處于偏低水平。
2021年東尼電子定增募投年產(chǎn)12萬片碳化硅項目，對于募投項目最新進展，東尼電子在年報介紹，2022年公司碳化硅襯底材料已形成階段性成果，開始小批量供貨；但碳化硅募投行項目受技術(shù)要求高、迭代快，受研發(fā)進度、下游驗證周期等多方面因素影響，存在不確定性，項目達產(chǎn)可能延期；目前碳化硅襯底片市場售價已低于預案測算值，且公司工藝路線切換，設(shè)備投入加大，該業(yè)務(wù)經(jīng)濟效益可能不及預期。
從技術(shù)進展來看，國產(chǎn)碳化硅廠商以6英寸碳化硅晶圓為主，而國際碳化硅大廠已經(jīng)紛紛邁入8英寸，并將量產(chǎn)節(jié)點提前到今年。本次簽約英飛凌的天岳先進和天科合達，也將助力英飛凌向200毫米（8英寸）直徑碳化硅晶圓的過渡。與之相應(yīng)，上述廠商也作出準備：天岳先進已經(jīng)完成高品質(zhì)8英寸導電型碳化硅襯底制備；天科合達2020年開展8英寸導電型碳化硅單晶襯底的研發(fā)，計劃在2023年實現(xiàn)8英寸襯底產(chǎn)品的小規(guī)模量產(chǎn)。
有廠商向記者介紹，目前其公司產(chǎn)線是以6英寸為主，也會布局8英寸，這是市場和技術(shù)趨勢，但當前8英寸綜合成本比較高，單8英寸設(shè)備也比6英寸貴好幾倍。
目前國產(chǎn)碳化硅企業(yè)對來自歐洲、日本的碳化硅設(shè)備仍有很大的依賴，國產(chǎn)設(shè)備廠商也在發(fā)力。北方華創(chuàng)作為A股半導體設(shè)備巨頭，公司負責人出席功率及化合物半導體論壇時介紹，公司可以提供碳化硅的全套解決方案；A股半導體清洗巨頭盛美上海并在今年3月份盛美上海宣布首次獲得Ultra C SiC碳化硅襯底清洗設(shè)備的采購訂單，該設(shè)備兼容6英寸和8英寸，每小時可達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。
設(shè)備廠商也親自下場探索8英寸碳化硅晶體。晶盛機電介紹，公司在大尺寸碳化硅晶體研發(fā)上取得的重大突破，通過自有籽晶經(jīng)過多輪擴徑，成功生長出8英寸N型碳化硅晶體，加速大尺寸碳化硅晶體生長和加工技術(shù)自主可控。
