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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步增長，不僅英飛凌等國際功率半導體龍頭最新財季業績向好并上調對2023財年業績展望，并且在前沿碳化硅領域拓展中國供應鏈“朋友圈”，為經歷特斯拉“減碳”風波的碳化硅產業注入強心劑。
記者從業內人士了解到，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能仍偏緊，國產碳化硅正在從產業化向商業化加速邁進。與此同時，今年國內碳化硅成本將加速下降，中低端產品競爭激烈，尚需加速縮小與國際巨頭的技術差距。
產業需求趨勢不變
自2021年特斯拉開始將碳化硅器件使用到主驅動逆變器上，憑借更高的系統效率，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，給整個產業“潑了一盆涼水”。盡管如此，碳化硅產業并未止步。
近期國際功率半導體巨頭英飛凌拓展碳化硅材料供應商體系，簽約國產碳化硅襯底頭部產商天岳新進、天科合達。在業內人士看來，其重要性被業內認為堪比消費單子廠商納入“蘋果產業鏈”。
“能供貨英飛凌證明國產碳化硅襯底在技術和產能上的進步。”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趨勢，碳化硅特別是車用類高端碳化硅產品仍處于高度景氣。
有國產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。”據介紹，公司產品已經供給海外頭部功率器件廠商。
在碳化硅產業鏈中，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的關鍵，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，導電型襯底主要應用于電動汽車、新能源、儲能等碳化硅電力電子器件領域。
本次簽約英飛凌的天岳先進，在從半絕緣型向導電型襯底轉型布局，去年新建上海工廠已經完成第一階段的機電安裝，預計今年上半年實現量產交付。去年公司與國內外多家汽車電子、電力電子器件等領域的知名客戶簽署長期協議。
從產業鏈來看，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新。
今年來，寶馬、極氪等與安森美達成碳化硅長期供貨協議，Wolfspeed與梅賽德斯也達成碳化硅器件供應合作； 4月份小鵬正式推出了新一代技術平臺SEPA 2.0扶搖全域智能進化架構，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；東風汽車發布馬赫E品牌，將搭載自主開發的碳化硅控制器，還將于年底量產碳化硅模塊。華為也發布了“DriveONE新一代超融合黃金動力平臺”，搭載了高效碳化硅技術。
“碳化硅屬于先進技術，除了特斯拉，當前大部分車企使用的比較少，未來也將繼續增加碳化硅的使用量，而不會減少。”黃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%的系統效率。
有碳化硅廠商介紹，據了解特斯拉減碳75%的計劃主要針對下一代生產低端車型的產線，而傳統產線并不會減少用量，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計，國內如比亞迪漢EV、蔚來ET7、小鵬G9、吉利Smart精靈#1等量產車型均有搭載碳化硅器件，國產供應商包括比亞迪、斯達半導和芯聚能，加速了碳化硅功率模塊在國內市場的發展。另外，國內外的主流車企都已經在布局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IGBT巨頭時代電氣高管近期在接受機構調研時表示：“公司急迫需要IGBT新產能，來緩解行過于旺盛的市場需求。”據介紹，最近特斯拉發布新的方案，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新方案，可能加大硅基IGBT的應用。
盡管有硅基IGBT的潛在分流，碳化硅產業發展趨勢難“開倒車”。
“碳化硅對硅基IGBT逐步的替代是不可逆轉的，”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，但一段時期內碳化硅在汽車主驅上的供不應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，或者進行封裝創新、電驅系統改進等方案。
回首來看，2022年堪稱國產碳化硅從產業化邁入商業化的關鍵年份，上市公司頻頻斬獲訂單，并且以IDM（設計制造一體化）廠商進展尤為突出。
作為LED芯片巨頭，三安光電去年業績下挫，但以碳化硅二極管、MOSFET及硅基氮化鎵產品為代表的電力電子業務進展迅速，旗下碳化硅垂直產業鏈制造平臺湖南三安實現銷售收入6.39億元，同比增長9倍，已簽署的碳化硅MOSFET長期采購協議總金額超70億元，目前湖南三安碳化硅產能已達1.2萬片/月，湖南三安二期工程將在今年貫通，達產后配套年產能將達到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1億顆領跑行業，已推出第四代高性能產品，且七款通過車規認證并開始逐步出貨。另外，湖南三安半導體銷售副總經理張真榕此前介紹，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企業華潤微的碳化硅產品進展順利，去年碳化硅器件整體銷售規模同比增長約2.3倍，待交訂單超過1000萬元，投片量逐月穩步增加。車規級碳化硅MOS和碳化硅模塊研發工作進展順利，已完成多款碳化硅MOS模塊產品出樣。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線”項目的建設，并預計今年底形成月產6000片6英寸碳化硅芯片的生產能力。去年10月，士蘭微籌劃非公開發行募資65億元，募投項目之一便是用于“年產14.4萬片碳化硅功率器件生產線建設項目”，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，通過發揮IDM一體化優勢，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內領先水平；士蘭微正在加快建設碳化硅芯片量產線，用于汽車主驅的碳化硅功率模塊已向部分客戶送樣。
在近期接受機構調研時，時代電氣高管表示，碳化硅是公司半導體業務的一個重要投入方向，公司在既有產線上提高產能，希望產品研發商能夠復制IGBT以前的發展路線，從應用方向提升器件的水平，預計今年會在一些領域做一些批量應用。
加速綁定晶圓產能
“碳化硅全產業鏈垂直整合更適合新能源汽車行業，”三安集成副總經理陳東坡在4月出席功率及化合物論壇時指出，車規芯片對設計和制造都要求要求高可靠、高穩定、高安全性，產品聲明周期比較長，而IDM模式可以更好控制品質，并可以通過系統優化降低成本、提升產能，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務上進展迅速，但訂單兌現尚需時日，現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計類企業或者分立器件、模組類企業業績比較穩定，并發揮自身優勢，通過自建產能或者綁定晶圓產能，形成“類IDM”模式，拓展碳化硅賽道。
作為A股IGBT龍頭，斯達半導連續兩年保持翻倍增長，去年公司實現凈利潤約8億元，今年一季度凈利潤實現約2億元，同比增長約36%，并且公司持續布局碳化硅賽道：2020年公司投資約2億元建設全碳化硅功率模組產業化項目，投資建設年產8萬顆車規級全碳化硅功率模組生產線和研發測試中心；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面臨新的考驗。
宏微科技則表示已經掌握了碳化硅器件封裝的關鍵技術。據介紹，傳統的釬焊加引線鍵合技術的工藝框架難以滿足某些特殊使用要求；銀燒結技術作為釬焊技術的替代方案，可以更好的發揮碳化硅器件的性能，提高其功率循環壽命，更適應于高溫的工作環境。公司已掌握了相關技術，并在相關的模塊封裝產品中得以批量生產應用。
宏微科技業績也迎來大爆發，今年一季度凈利潤同比增長1.53倍。據介紹，公司訂單飽滿， 碳化硅二極管研發成功并實現小批量供貨。公司高管在接受機構調研中介紹，2022~2023年公司推出了第一代平面碳化硅MOS，預計2024~2025年開發出溝槽產品；應用場景來看，碳化硅MOS產品主要應用于電動汽車，碳化硅二極管產品應用于光伏領域。
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能建設。
4月20日，揚杰科技公告計劃投資10億元在江蘇揚州建設6英寸碳化硅晶圓產線，規劃產能5000片/月，后續擬進一步布局6~8英寸碳化硅芯片生產線建設。目前揚杰科技已經向市場推出碳化硅模塊及650V 碳化硅 SBD、1200V系列碳化硅SBD全系列產品，碳化硅MOSFET已取得關鍵性進展。
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品制造能力。根據規劃，楚微半導體二期建設規劃為新增3萬片/月的8英寸硅基芯片生產線項目和5000片/月的6英寸碳化硅基芯片生產線項目。
近年來，碳化硅產業加速了證券化。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營業收入；燕東微披6英寸碳化硅SBD（肖特基二極管）產品處于小批量量產，1200V碳化硅MOSFET首款樣品在性能評測中。
競爭加劇與產品升級
在國內新能源汽車、光伏、工控、射頻通信等領域下游應用需求的高速增長背景下，碳化硅產業鏈技術水平及市場規模逐步壯大。據中金公司、華泰證券等研究報告，國內碳化硅襯底現有產能約為25.8萬片/年~40萬片/年，未來2~5年，國內碳化硅襯底產能有望達到400萬片/年~420萬片/年，預計較現有產能可實現約10倍以上的新增產能增長。
不過，相比國際碳化硅玩家，國產碳化硅供應鏈還需要面臨技術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勢，國內產品發力需要面對巨大的專利鴻溝。
“從下游應用場景來看，國產碳化硅產品主要以應用于工業市場的二極管和MOS產品為主，主驅MOS還在驗證，而且面臨激烈競爭。”龔瑞驕表示，隨著產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；并且今年國內降幅大約是10%~20%，降幅遠超海外市場。
相比龍頭企業，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年業績預增消息刺激，公司股價一度沖高，但很快回落。業內人士指出，這個價格相當于大約5000元/片，在業內處于偏低水平。
2021年東尼電子定增募投年產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要求高、迭代快，受研發進度、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，設備投入加大，該業務經濟效益可能不及預期。
從技術進展來看，國產碳化硅廠商以6英寸碳化硅晶圓為主，而國際碳化硅大廠已經紛紛邁入8英寸，并將量產節點提前到今年。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，上述廠商也作出準備：天岳先進已經完成高品質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，計劃在2023年實現8英寸襯底產品的小規模量產。
有廠商向記者介紹，目前其公司產線是以6英寸為主，也會布局8英寸，這是市場和技術趨勢，但當前8英寸綜合成本比較高，單8英寸設備也比6英寸貴好幾倍。
目前國產碳化硅企業對來自歐洲、日本的碳化硅設備仍有很大的依賴，國產設備廠商也在發力。北方華創作為A股半導體設備巨頭，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碳化硅襯底清洗設備的采購訂單，該設備兼容6英寸和8英寸，每小時可達70多片晶圓的產能，可避免薄且易碎的碳化硅襯底的碎片。
設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上取得的重大突破，通過自有籽晶經過多輪擴徑，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自主可控。
來源：證券時報
作者：阮潤生
