破局8英寸碳化硅，国产三代半导体进入新时代
阳户
2023-07-08 09:32:30
随着新能源汽车的发展，汽车半导体需求激增，具备突破性的第三代半导体材料碳化硅成了众多车厂又爱又恨的对象，产业链呈现跑马圈地的扩张态势，竞争日趋激烈，国产碳化硅产业商业化也持续推进。 近期，国产碳化硅进击8英寸工艺节点，似乎有望突破成本障碍，打开国产替代的空间。纵观国内第三代半导体产业，当前取得了何种成绩？未来空间几何？产业链内又有哪些公司走在前列？ 国产碳化硅进击8英寸 相比于传统的硅基功率器件，碳化硅功率器件具备耐高压、耐高温、高频化等特性，可以令整车能耗更低、尺寸更小、行驶里程更长，一定程度上缓解新能源车里程焦虑问题。 从产业链来看，SiC产业链条较长，涉及衬底、外延、器件设计、器件制造和封测等一系列环节，其中，碳化硅衬底和外延片的价值量占比超过一半，衬底成本最大，占比达47%；其次是外延成本占比为23%，成为决定碳化硅器件品质的关键。 数据来源：中商产业研究院整理 因此，衬底也成了国产厂商的必争之地，也是国内产业与海外差距最小的细分领域。 一方面，大尺寸是碳化硅衬底制备技术的重要发展方向，6英寸碳化硅晶片仍是市场主流产品，8英寸衬底正在成为行业重要的技术演化方向。 从技术进展来看，Wolfspeed、ROHM、英飞凌、ST等国际碳化硅大厂已经纷纷迈入8英寸，并将量产节点提前到今年。国产碳化硅厂商基本以6英寸碳化硅晶圆为主，总体处于向6英寸加速实现量产、8英寸布局研发的阶段，并逐渐退出4英寸市场。 另一方面，进军8英寸衬底也被视为降低成本的关键之举。 从碳化硅器件层面看，当前成本仍高于传统硅器件3到5倍。特别是今年3月份碳化硅旗手特斯拉倒戈，喊话未来减少75%碳化硅用量，被视为施压供应商意法半导体降低成本之举。 而相对于6英寸，8英寸的面积增加了78%左右，由于边缘损耗减少，同等条件下从8英寸衬底切出的芯片数会提升将近90%，因此，尺寸越大晶片的利用面积也越大。从产品使用效率上看，目前6英寸和8英寸的可用面积大约相差1.78倍，换言之，8英寸制造将会在很大程度上降低碳化硅的应用成本。 从近期公司公告，国内多家厂商正在“破局”8英寸。 今年5月，天岳先进、天科合达签约英飞凌，供货碳化硅6英寸衬底、合作制备8英寸衬底；6月，三安光电与意法半导体结盟升级，斥资32亿美元共建8英寸碳化硅外延、芯片合资代工厂，并计划通过三安光电全资子公司，投入70亿元建设年产48万片/年的8英寸碳化硅衬底；中电化合物也宣布与韩国Power Master签订了长期供应8英寸在内的碳化硅材料的协议，公司预计未来3年碳化硅产能将达到8万片。 尽管当前8英寸在快速发展，但实现量产的企业还只有Wolfspeed。当前国内8英寸SiC晶圆量产面临较多的难点，比如衬底制备中8英寸籽晶的研制、大尺寸带来的温场不均匀、气相原料分布和输运效率问题、高温生长晶体内部应力加大导致开裂等，以及后续外延工艺、相关的设备发展等，均需要产业上下游紧密协同来攻克挑战。 不过，上述多项合作信息预示着，国内包括三安光电、天科合达、天岳先进在内，或已在推进8英寸碳化硅材料生产事宜。随着国内厂商获得国际功率半导体巨头青睐和结盟，积极追赶更为先进的8英寸工艺节点，碳化硅产品价格有望步入“甜蜜点”，考虑龙头企业规划，中电化合物的总经理潘尧波预计国产8英寸碳化硅将在2025年左右起量，国产厂商亦有望受益。 国产替代空间几何？ 碳化硅行业是一个巨大的增量市场，尤其是随着新能源汽车产业变革趋势下，碳化硅正迎来全面爆发期。 据方正证券测算，预计2026年全球SiC衬底有效产能为330万片，距同年629万片的衬底需求量仍有较大差距。在业内形成稳定且较高的良率规模化出货前，整个行业都将持续陷于供不应求。 具体来看，受新能源汽车及发电、电源设备、射频器件等需求驱动，2026年碳化硅器件市场规模有望达89亿美元，其中用于新能源汽车和工业、能源的SiC功率器件市场规模为60亿美元，用于射频的SiC器件市场规模为29亿美元。 市场收益方面，TechInsights 表示，碳化硅市场收益在2022年至2027年期间将以35%的复合年增长率持续增长，到2029年，该市场规模将增长到94亿美元(考虑各机构预测口径不同，2029年有望超过100亿美元规模)，其中中国将占一半。 如此风口下，国内也涌现出一批碳化硅相应企业，积极规划碳化硅全产业链布局。其中，不少下游厂商反馈，车企正在加速导入国产碳化硅衬底、外延片，上下游厂商持续合作以共同改善良率，希望构建本土供应链。
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