碳化硅廠 碳化硅，在芯片寒冬中狂飆

與半導(dǎo)體整體下行行情不同，碳化硅產(chǎn)業(yè)一直以來(lái)面臨著產(chǎn)能不足的問(wèn)題，僅僅新能源汽車(chē)就要消耗掉大部分的產(chǎn)能，而光伏領(lǐng)域的需求也很強(qiáng)勁。

Wolfspeed、安森美、意法半導(dǎo)體等碳化硅巨頭這兩年建廠擴(kuò)產(chǎn)不斷，訂單拿到手軟，還擴(kuò)大了在中國(guó)的“朋友圈”，碳化硅產(chǎn)業(yè)似乎并未受到此前特斯拉“減碳”計(jì)劃的影響。

安森美直言，未來(lái)5-10年都不會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)能過(guò)剩的情況。

01

收購(gòu)、建廠、簽長(zhǎng)約

資本市場(chǎng)熱情不減

由于新能源旺盛的需求，碳化硅產(chǎn)能捉襟見(jiàn)肘是現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)共同面對(duì)的問(wèn)題。去年，包括安森美、英飛凌、士蘭微、斯達(dá)半導(dǎo)等碳化硅企業(yè)均加速布局，天岳、天科等頭部企業(yè)產(chǎn)能布局均已逼近50萬(wàn)片大關(guān)。

時(shí)間來(lái)到2023年，各大廠對(duì)碳化硅的投資熱度不減，與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的合作也絡(luò)繹不絕。國(guó)內(nèi)資本市場(chǎng)對(duì)碳化硅產(chǎn)業(yè)同樣有著很高的關(guān)注度。

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2022年國(guó)內(nèi)碳化硅領(lǐng)域有超過(guò)30起融資案，合計(jì)金額超過(guò)33億元。僅僅是在2022年12月，就有7個(gè)融資案，包括臻驅(qū)科技、芯聚能、邑文科技、瞻芯電子、南砂晶圓等。2023年開(kāi)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(jì)金額超過(guò)20億元。據(jù)芯TIP統(tǒng)計(jì)，2023年1-4月共計(jì)20余起碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈投融資，包括清純半導(dǎo)體、天科合達(dá)、瞻芯電子、派恩杰等，覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈上下游。

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

碳化硅行業(yè)歷經(jīng)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(dǎo)入Model3中，開(kāi)啟碳化硅上車(chē)時(shí)刻。

根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2021-2027年全球碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模有望從10.90億美元增長(zhǎng)到62.97億美元，保持年均34％的復(fù)合增速。

其中，車(chē)規(guī)級(jí)市場(chǎng)是碳化硅最主要的應(yīng)用場(chǎng)景，主要包含主逆變器、DC-DC、OBC，市場(chǎng)規(guī)模有望從2021年的6.85億美元增長(zhǎng)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(lái)、大眾、吉利、小鵬、一汽等幾十家車(chē)企都在主驅(qū)逆變器中采用碳化硅器件。

圖：在主驅(qū)逆變器中采用碳化硅器件的車(chē)企，來(lái)源：民生證券

除新能源車(chē)將顯著帶動(dòng)碳化硅市場(chǎng)需求外，光伏逆變器、高壓充電樁、軌交電網(wǎng)等其他應(yīng)用也將為碳化硅市場(chǎng)創(chuàng)造增量。其中，光伏方面，未來(lái)光伏設(shè)備的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是提高功率，減小體積與質(zhì)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(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行的重要一環(huán)。低阻抗、適應(yīng)高頻高壓環(huán)境工作碳化硅材料將在光伏發(fā)電領(lǐng)域有巨大潛力。

面對(duì)巨大的發(fā)展?jié)摿?，與廣闊的市場(chǎng)空間，收購(gòu)，簽長(zhǎng)約，合資建廠似乎成為了碳化硅產(chǎn)業(yè)的主基調(diào)。

02

7天長(zhǎng)晶2cm

產(chǎn)能缺口大

碳化硅器件與硅基器件的成本構(gòu)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(lái)說(shuō)，限制碳化硅器件成本和產(chǎn)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(shù)而言，碳化硅襯底制造難度高、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、良率低，對(duì)比硅晶圓而言，簡(jiǎn)直一個(gè)天一個(gè)地，只能多造幾個(gè)廠或者往8英寸晶圓方向發(fā)展，用量變來(lái)引起質(zhì)變。

碳化硅粉末經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(zhǎng)就面臨加工難度高、生長(zhǎng)速度緩慢、生產(chǎn)環(huán)境要求高的問(wèn)題。目前主流的碳化硅長(zhǎng)晶方法是物理氣相傳輸法（PVT），這種方法對(duì)制造環(huán)境要求很高，需要精準(zhǔn)控制，且生長(zhǎng)速度很緩慢。

一般硅晶圓只需要2-3天就可長(zhǎng)出2米的8英寸柱體，而碳化硅耗時(shí)一周只能長(zhǎng)出2cm，絕對(duì)的“事倍功半”。

長(zhǎng)得慢就算了，它還很嬌嫩。

碳化硅襯底的加工過(guò)程主要經(jīng)過(guò)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(guò)程中開(kāi)裂，所以這也是一道技術(shù)活。

所有這些制造及加工工藝，同樣會(huì)影響后期器件的性能，影響良率，進(jìn)而影響產(chǎn)能、成本。以特斯拉Model 3為例，其主驅(qū)動(dòng)逆變器采用了48個(gè)碳化硅MOSFET，總成本約為5000元，是硅基IGBT的3-5倍。

據(jù)Wolfspeed預(yù)測(cè)，2022年碳化硅材料的市場(chǎng)規(guī)模為7億美元，器件市場(chǎng)規(guī)模為43億美元。2026年碳化硅材料市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到17億美元，器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到89億美元。2022至2026年，材料市場(chǎng)規(guī)模年均復(fù)合增長(zhǎng)率為24.84%，超過(guò)器件市場(chǎng)規(guī)模的年均復(fù)合增長(zhǎng)率。

由此可見(jiàn)，碳化硅襯底產(chǎn)能的擴(kuò)大對(duì)行業(yè)的發(fā)展有極大的推動(dòng)作用。

碳化硅下游應(yīng)用范圍廣泛，包含5G通信、光伏、航空航天、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域，但僅新能源汽車(chē)就會(huì)消耗掉全球大部分的碳化硅產(chǎn)能。

Strategy Analytics預(yù)計(jì)到2025年全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將達(dá)到2240萬(wàn)輛，假設(shè)每一輛新能源汽車(chē)都用上了碳化硅器件，在保守的情況下，高壓平臺(tái)的碳化硅需求量會(huì)在219萬(wàn)片碳化硅廠，中高壓平臺(tái)則會(huì)到437萬(wàn)片。

三安光電以及市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，2025年全球碳化硅襯底總共是282萬(wàn)片，其中中國(guó)達(dá)到89萬(wàn)片，中國(guó)以外的地區(qū)是193萬(wàn)片。整體來(lái)看，產(chǎn)能缺口將達(dá)到400萬(wàn)片以上。

03

“潛力股”碳化硅

誰(shuí)在牌桌上？

碳化硅上游產(chǎn)業(yè)鏈包括原材料、襯底材料及外延材料，中游包括芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、芯片制造、器件及模塊。

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

襯底市場(chǎng)

Wolfspeed絕對(duì)的王者

根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022 年全球?qū)щ娦吞蓟枰r底和半絕緣型碳化硅襯底市場(chǎng)規(guī)模分別為 5.12 和 2.42 億美元，預(yù)計(jì)到 2023 年市場(chǎng)規(guī)模將分別達(dá)到6.84 和2.81 億美元。2022-2025年，導(dǎo)電型碳化硅襯底CAGR 達(dá)34%。

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

從導(dǎo)電型碳化硅襯底的市場(chǎng)份額來(lái)看，2018年碳化硅廠，Wolfspeed占據(jù)超60%的市場(chǎng)份額，在碳化硅單晶市場(chǎng)價(jià)格和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上有極大的話語(yǔ)權(quán)。從半絕緣型碳化硅襯底的市場(chǎng)份額來(lái)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(chǎng)份額。

全球碳化硅市場(chǎng)6英寸量產(chǎn)線正走向成熟，領(lǐng)先公司已進(jìn)軍8英寸市場(chǎng)。根據(jù)億渡數(shù)據(jù)，目前，國(guó)內(nèi)襯底產(chǎn)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(xiàng)目投資額約為300億元。

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