科技巨頭的重大決定，或許能夠左右一個(gè)產(chǎn)業(yè)的興衰。
2018年，在馬斯克宣布在特斯拉Model 3車型上使用碳化硅芯片后，這個(gè)小眾產(chǎn)業(yè)迅速吸引了全球的目光，人們一致認(rèn)為這種化合物半導(dǎo)體材料，才是新能源車的未來。
此后五年的時(shí)間里，科銳、英飛凌、意法等國際大廠上演“神仙打架”，而國內(nèi)相關(guān)廠商在全球產(chǎn)業(yè)鏈中幾乎毫無存在感，似乎中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)又一次錯(cuò)過了一場(chǎng)盛宴。
但就在近日，這個(gè)產(chǎn)業(yè)傳出了一則來自中國的消息。
5月3日，全球半導(dǎo)體巨頭英飛凌宣布，已與中國碳化硅材料供應(yīng)商北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司簽訂一份長(zhǎng)期供貨協(xié)議，以確保獲得更多有競(jìng)爭(zhēng)力的碳化硅來源，維護(hù)整體供應(yīng)鏈穩(wěn)定。
同一天，天科合達(dá)官微對(duì)這次合作做出了補(bǔ)充說明：公司將為英飛凌供應(yīng)用于制造碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)品的高質(zhì)量并且有競(jìng)爭(zhēng)力的150毫米碳化硅晶圓（襯底）和晶錠，其供應(yīng)量預(yù)計(jì)將占到英飛凌長(zhǎng)期需求量的兩位數(shù)份額。
這是中國碳化硅廠商首次與國際大廠簽訂長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議，而且供應(yīng)材料也從晶錠擴(kuò)展至碳化硅產(chǎn)業(yè)的核心環(huán)節(jié)——襯底，這無疑給中國碳化硅行業(yè)注入了一針強(qiáng)心劑。
聯(lián)姻英飛凌，分量有多重？
碳化硅屬于化合物半導(dǎo)體的一種，與最常見的硅基半導(dǎo)體相比，碳化硅更加適應(yīng)高功率、高頻、高溫、高電壓等場(chǎng)景，而這些特征決定了當(dāng)新能源汽車的三電系統(tǒng)（電動(dòng)機(jī)、電池、電控）使用碳化硅器件時(shí)，對(duì)于單晶硅材料就是“降維打擊”。
當(dāng)然，碳化硅材料當(dāng)前也有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)——成本較高，同等性能的器件，碳化硅材料價(jià)格大概是單晶硅材料的5-6倍。占據(jù)成本最高的部分，就是襯底。
關(guān)于成本問題，要從碳化硅的工藝流程說起。通常情況下，高純度的碳粉和硅粉在一定溫度條件下進(jìn)行反應(yīng)，以生長(zhǎng)出不同尺寸的晶錠，這一過程被稱之為“長(zhǎng)晶”，與傳統(tǒng)單晶硅材料相比，碳化硅長(zhǎng)晶速度十分緩慢，通常每7天才能生長(zhǎng)2-3厘米，這是決定碳化硅材料價(jià)格較高的第一個(gè)因素。
在長(zhǎng)晶完成后，還需要通過切（切割）、磨（打磨）、拋（拋光）三個(gè)環(huán)節(jié)將晶錠加工成“襯底”。后續(xù)還要經(jīng)過外延、設(shè)計(jì)、制造、封裝等工藝流程后，才會(huì)產(chǎn)出用于終端的各型器件。
在整個(gè)工藝流程中，僅襯底就占據(jù)了碳化硅47%的成本，而器件研發(fā)和其他后段工業(yè)成本占比僅為11%。也就是說，在碳化硅產(chǎn)業(yè)中，產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量存在嚴(yán)重的“倒掛”現(xiàn)象，這就是襯底被視為碳化硅產(chǎn)業(yè)核心環(huán)節(jié)的原因。
天科合達(dá)并不是第一家向國外廠商供應(yīng)材料的企業(yè)，但大批量向國外供應(yīng)襯底的合作，天科合達(dá)尚屬首次。
一位業(yè)內(nèi)人士向虎嗅介紹，過去外企大多是直接向國內(nèi)碳化硅廠商購買晶錠，再自行加工襯底片，原因在于國內(nèi)企業(yè)晶體加工存在很大的短板。“碳化硅材料硬度高，‘切磨拋’環(huán)節(jié)加工難度很大，而且材料利用率也很難得到有效提升，屬于一項(xiàng)‘卡脖子’環(huán)節(jié)”，這位業(yè)內(nèi)人士表示。
為解決晶錠的加工環(huán)節(jié)，英飛凌曾在2018年不惜斥資1.24億歐元收購冷切割技術(shù)公司Silecrta，只為提升碳化硅襯底片的切割效率。
而此次天科合達(dá)能夠順利打入英飛凌供應(yīng)鏈，意味著這家公司已經(jīng)完全打通了150mm（6英寸）碳化硅襯底的所有環(huán)節(jié)，且實(shí)現(xiàn)了成本可控。
本次合作的另一方英飛凌，前身是西門子半導(dǎo)體事業(yè)部，其產(chǎn)品以高可靠性和卓越質(zhì)量而著稱，在2020年完成對(duì)賽普拉斯半導(dǎo)體收購后，一躍成為全球第一大功率器件和車用半導(dǎo)體廠商。
“成為英飛凌的碳化硅供貨商，其意義不亞于當(dāng)年第一家打入‘果鏈’的中國公司”，一位曾與英飛凌合作過的業(yè)內(nèi)人士向虎嗅介紹，由于英飛凌在功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中絕對(duì)的龍頭位置，打入英飛凌供應(yīng)鏈意味著后續(xù)天科合達(dá)在全球碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中有望“一路綠燈”。
作為一家孵化于中科院物理所的企業(yè)，天科合達(dá)曾吸引包括中科創(chuàng)星、華為哈勃、比亞迪創(chuàng)芯在內(nèi)的多家產(chǎn)業(yè)資本的投資。
“而且英飛凌對(duì)質(zhì)量管理較為嚴(yán)格，通常會(huì)對(duì)供應(yīng)商提供詳盡的指導(dǎo)意見，后續(xù)天科合達(dá)的交付能力也有望進(jìn)一步提升?！?/span>這位業(yè)內(nèi)人士補(bǔ)充道。
國產(chǎn)碳化硅，“危”中有“機(jī)”
盡管此次合作讓天科合達(dá)在碳化硅領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵的一步，但對(duì)于國內(nèi)其他碳化硅而言，當(dāng)下的行業(yè)時(shí)局不能算理想。
就在兩個(gè)月前，曾經(jīng)的碳化硅芯片擁護(hù)者馬斯克，在投資者日上宣布，特斯拉旗下車型將減少75%的碳化硅器件使用量，原因依舊是那個(gè)反復(fù)被提及的成本問題。一石激起千層浪，在馬斯克的這番表態(tài)后，全球碳化硅概念股迅速崩盤，質(zhì)疑聲也開始此起彼伏的出現(xiàn)。
對(duì)于中國碳化硅廠商來說，這樣的聲音顯得更加刺耳。由于國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)起步較晚，長(zhǎng)期因良率問題而無法參與到海外競(jìng)爭(zhēng)之中。一位業(yè)內(nèi)人士就曾向虎嗅表示，Wolfspeed等國際大廠的碳化硅襯底在良率上可以達(dá)到75%以上，而國內(nèi)廠商在理想狀態(tài)下能夠勉強(qiáng)達(dá)到50%的良率。
在這樣的背景下，中國碳化硅產(chǎn)業(yè)似乎有了一絲“出師未捷身先死”的意味。
但碳化硅真的不行了嗎？
碳化硅廠商綠能芯創(chuàng)董事長(zhǎng)廖奇泊曾向虎嗅表示，以新能源汽車為例，現(xiàn)階段碳化硅材料成本的確較高，但由于車輛的水冷系統(tǒng)得到了簡(jiǎn)化，系統(tǒng)成本沒有大幅提高。
更重要的是，在一些特定領(lǐng)域中，比如光伏逆變器、高續(xù)航里程電動(dòng)車中，碳化硅的作用無可替代?！澳壳霸谶@些場(chǎng)景中，沒有比碳化硅更合適的材料?！币晃粯I(yè)內(nèi)人士指出。
根據(jù)CASA(第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟)的預(yù)測(cè)，未來幾年乘用車（包括油車）上的碳化硅MOSFET（金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）滲透率將從當(dāng)前的24%上升為42%，全球碳化硅市場(chǎng)銷售額也有望從當(dāng)前的74.8億元增長(zhǎng)至429.3億元。
| 年份 | 2022 | 2023 | 2024 | 2025 |
|---|---|---|---|---|
| 全球乘用車銷量（萬） | 7364 | 8000 | 8200 | 8405 |
| 碳化硅器件滲透率 | 24% | 30% | 36% | 42% |
| 碳化硅襯底成本占比 | 43% | 40% | 35% | 30% |
| 碳化硅市場(chǎng)空間（億元） | 74.8 | 119.9 | 297.6 | 429.3 |
此外，也有一些業(yè)界巨頭對(duì)碳化硅的前景持樂觀態(tài)度。英飛凌全球高級(jí)副總裁兼中國區(qū)總裁潘大偉就曾表示，“碳化硅能夠顯著提升新能源汽車的續(xù)航里程，或者在相同的續(xù)航里程下，大幅降低電池裝機(jī)量和成本?！?/span>
按照英飛凌的計(jì)劃，到2027年，英飛凌的碳化硅產(chǎn)能將增長(zhǎng)10倍，屆時(shí)其碳化硅業(yè)務(wù)的銷售額將增長(zhǎng)至約30億歐元。
當(dāng)前，中國碳化硅產(chǎn)業(yè)無論是良率還是技術(shù)都無法同國際大廠相媲美，但從各主要廠商的規(guī)劃來看，未來幾年中國碳化硅產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入爆發(fā)階段。
| 公司 | 主營(yíng)業(yè)務(wù) | 現(xiàn)有產(chǎn)能 | 規(guī)劃產(chǎn)能 |
|---|---|---|---|
| 天岳先進(jìn) | 襯底 | 6.7萬片/年 | 2026年年產(chǎn)30萬片 |
| 天科合達(dá) | 襯底、外延 | 12-15萬片/年 | 2025年年產(chǎn)50萬片 |
| 三安光電 | 襯底、外延、芯片、封裝 | 5萬片/年 | 2025年年產(chǎn)36萬片 |
| 爍科晶體 | 襯底 | 月產(chǎn)能8000片 | 2025年年產(chǎn)30萬片 |
| 露笑科技 | 襯底、外延 | 月產(chǎn)能5000片 | 2023年年產(chǎn)20萬片 |
| 東尼電子 | 襯底 | 2022年生產(chǎn)6750片 | 2024年年產(chǎn)30萬片 |
國內(nèi)碳化硅廠商產(chǎn)能規(guī)劃情況
值得一提的是，目前全球碳化硅產(chǎn)業(yè)正處于6英寸向8英寸襯底過渡窗口期，按照全球最大碳化硅廠商Wolfspeed的測(cè)算，如果碳化硅器件基于8英寸襯底生產(chǎn)，那么綜合成本有望下降50%，這將對(duì)“碳化硅上車”起到重要的激勵(lì)作用。
而在8英寸碳化硅襯底方面，天科合達(dá)已于去年11月完成了相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)工作，并預(yù)計(jì)在今年小批量生產(chǎn)，這或?qū)⒊蔀閲鴥?nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。