碳化硅廠 碳化硅，在芯片寒冬中狂飆

與半導體整體下行行情不同，碳化硅產業(yè)一直以來面臨著產能不足的問題，僅僅新能源汽車就要消耗掉大部分的產能，而光伏領域的需求也很強勁。

Wolfspeed、安森美、意法半導體等碳化硅巨頭這兩年建廠擴產不斷，訂單拿到手軟，還擴大了在中國的“朋友圈”，碳化硅產業(yè)似乎并未受到此前特斯拉“減碳”計劃的影響。

安森美直言，未來5-10年都不會出現(xiàn)產能過剩的情況。

01

收購、建廠、簽長約

資本市場熱情不減

由于新能源旺盛的需求，碳化硅產能捉襟見肘是現(xiàn)階段產業(yè)共同面對的問題。去年，包括安森美、英飛凌、士蘭微、斯達半導等碳化硅企業(yè)均加速布局，天岳、天科等頭部企業(yè)產能布局均已逼近50萬片大關。

時間來到2023年，各大廠對碳化硅的投資熱度不減，與產業(yè)鏈上下游企業(yè)的合作也絡繹不絕。國內資本市場對碳化硅產業(yè)同樣有著很高的關注度。

根據(jù)不完全統(tǒng)計，2022年國內碳化硅領域有超過30起融資案，合計金額超過33億元。僅僅是在2022年12月，就有7個融資案，包括臻驅科技、芯聚能、邑文科技、瞻芯電子、南砂晶圓等。2023年開年，就有7家碳化硅企業(yè)完成融資，涉及碳化硅襯底、外延片以及器件三大環(huán)節(jié)，合計金額超過20億元。據(jù)芯TIP統(tǒng)計，2023年1-4月共計20余起碳化硅產業(yè)鏈投融資，包括清純半導體、天科合達、瞻芯電子、派恩杰等，覆蓋產業(yè)鏈上下游。

以碳化硅為代表的第三代半導體材料不但具有耐高溫、耐高壓、高頻的特點，還能提高能量轉換效率，降低功耗，縮小產品體積的優(yōu)勢。

碳化硅行業(yè)歷經碳化硅LED的誕生及商業(yè)化——射頻器件的商業(yè)化——功率器件的商業(yè)化三大階段。2018年，特斯拉率先將碳化硅器件導入Model3中，開啟碳化硅上車時刻。

根據(jù)Yole預測，2021-2027年全球碳化硅功率器件市場規(guī)模有望從10.90億美元增長到62.97億美元，保持年均34％的復合增速。

其中，車規(guī)級市場是碳化硅最主要的應用場景，主要包含主逆變器、DC-DC、OBC，市場規(guī)模有望從2021年的6.85億美元增長至2027年49.86億美元，CAGR為39.2％。

目前，現(xiàn)代、通用、奧迪、比亞迪、蔚來、大眾、吉利、小鵬、一汽等幾十家車企都在主驅逆變器中采用碳化硅器件。

圖：在主驅逆變器中采用碳化硅器件的車企，來源：民生證券

除新能源車將顯著帶動碳化硅市場需求外，光伏逆變器、高壓充電樁、軌交電網(wǎng)等其他應用也將為碳化硅市場創(chuàng)造增量。其中，光伏方面，未來光伏設備的技術發(fā)展趨勢是提高功率，減小體積與質量和提高穩(wěn)定性。光伏逆變器是保障光伏發(fā)電系統(tǒng)高效、經濟和穩(wěn)定運行的重要一環(huán)。低阻抗、適應高頻高壓環(huán)境工作碳化硅材料將在光伏發(fā)電領域有巨大潛力。

面對巨大的發(fā)展?jié)摿Γc廣闊的市場空間，收購，簽長約，合資建廠似乎成為了碳化硅產業(yè)的主基調。

02

7天長晶2cm

產能缺口大

碳化硅器件與硅基器件的成本構成有著很大的區(qū)別，碳化硅襯底和外延成本分別占47%、23%，幾乎占據(jù)了大半部分的器件成本，而硅基器件的成本有50%是在硅晶圓制造上，襯底僅占7%。換句話來說，限制碳化硅器件成本和產能的因素更偏向于上游材料。

根本原因在于，至少以現(xiàn)在的制備技術而言，碳化硅襯底制造難度高、生長周期長、良率低，對比硅晶圓而言，簡直一個天一個地，只能多造幾個廠或者往8英寸晶圓方向發(fā)展，用量變來引起質變。

碳化硅粉末經過長晶、加工、切割、研磨、拋光及清洗后形成襯底。而第一步碳化硅晶體生長就面臨加工難度高、生長速度緩慢、生產環(huán)境要求高的問題。目前主流的碳化硅長晶方法是物理氣相傳輸法（PVT），這種方法對制造環(huán)境要求很高，需要精準控制，且生長速度很緩慢。

一般硅晶圓只需要2-3天就可長出2米的8英寸柱體，而碳化硅耗時一周只能長出2cm，絕對的“事倍功半”。

長得慢就算了，它還很嬌嫩。

碳化硅襯底的加工過程主要經過切割、削薄和拋光。介于碳化硅目前的加工工藝還不成熟，傳統(tǒng)的切割工具容易損壞晶片，使得良率比較低。碳化硅本身韌性也不夠，容易在削薄過程中開裂，所以這也是一道技術活。

所有這些制造及加工工藝，同樣會影響后期器件的性能，影響良率，進而影響產能、成本。以特斯拉Model 3為例，其主驅動逆變器采用了48個碳化硅MOSFET，總成本約為5000元，是硅基IGBT的3-5倍。

據(jù)Wolfspeed預測，2022年碳化硅材料的市場規(guī)模為7億美元，器件市場規(guī)模為43億美元。2026年碳化硅材料市場規(guī)模達到17億美元，器件市場規(guī)模將達到89億美元。2022至2026年，材料市場規(guī)模年均復合增長率為24.84%，超過器件市場規(guī)模的年均復合增長率。

由此可見，碳化硅襯底產能的擴大對行業(yè)的發(fā)展有極大的推動作用。

碳化硅下游應用范圍廣泛，包含5G通信、光伏、航空航天、新能源汽車等領域，但僅新能源汽車就會消耗掉全球大部分的碳化硅產能。

Strategy Analytics預計到2025年全球新能源汽車銷量將達到2240萬輛，假設每一輛新能源汽車都用上了碳化硅器件，在保守的情況下，高壓平臺的碳化硅需求量會在219萬片碳化硅廠，中高壓平臺則會到437萬片。

三安光電以及市場調研機構的數(shù)據(jù)預測，2025年全球碳化硅襯底總共是282萬片，其中中國達到89萬片，中國以外的地區(qū)是193萬片。整體來看，產能缺口將達到400萬片以上。

03

“潛力股”碳化硅

誰在牌桌上？

碳化硅上游產業(yè)鏈包括原材料、襯底材料及外延材料，中游包括芯片結構設計、芯片制造、器件及模塊。

我們把碳化硅產業(yè)分為襯底、外延、器件這三大環(huán)節(jié)，來看下目前市場情況，和參與的玩家們。

襯底市場

Wolfspeed絕對的王者

根據(jù)中商產業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022 年全球導電型碳化硅襯底和半絕緣型碳化硅襯底市場規(guī)模分別為 5.12 和 2.42 億美元，預計到 2023 年市場規(guī)模將分別達到6.84 和2.81 億美元。2022-2025年，導電型碳化硅襯底CAGR 達34%。

從全球碳化硅襯底整體市場份額來看，2020年碳化硅襯底中海外廠商市占率達 86%，Wolfspeed占據(jù)了45%的市場份額，羅姆排名第二，占據(jù)20%的市場份額，國內僅有天科合達和山東天岳，分別占據(jù)5%和3%的市場份額。

從導電型碳化硅襯底的市場份額來看，2018年碳化硅廠，Wolfspeed占據(jù)超60%的市場份額，在碳化硅單晶市場價格和質量標準上有極大的話語權。從半絕緣型碳化硅襯底的市場份額來看，Wolfspeed、II-VI和山東天岳三家公司平分秋色，占據(jù)約30%的市場份額。

全球碳化硅市場6英寸量產線正走向成熟，領先公司已進軍8英寸市場。根據(jù)億渡數(shù)據(jù)，目前，國內襯底產能布局以4-6英寸為主，已有25家企業(yè)已在襯底環(huán)節(jié)布局，新項目投資額約為300億元。

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