【国盛郑震湘团队】SiC专家 会议纪要 20210122
心存侥幸
下海干活的老韭菜
2021-01-22 13:01:35
主持人：
今年是电动车的元年，全球新能源车如火如荼，上游芯片行业受到关注。新能源车电动化趋势，碳化硅材料因此得到大家高度重视，碳化硅物理特性使得它非常适用高频。新能源车超预期，电动化过程，未来碳化硅基的mos将得到大量应用，包括特斯拉，比亚迪汉，以及蔚来最新发布的一款车。三代半作为高频、军方、工业领域逐步开始用，市场刚开始用，受到这些大的风口推动。全球目前国内跟海外差距不那么大，未来有机会跟海外PK，除了研发投入，市场对上游公司国产替代的敞开，有助于我们进行全球追赶，三代半是非常好的赛道。
专家：
碳化硅特性，在高频高功率与用上有显著效果，功率器件，相同功率密度，比Si小10倍，三代半最重要的功能，高速电子移动特性，切换速率比较快，两个作用，一个可以让整体被动器件大幅缩小，三代半器件整体功率终端器件体积大幅缩小。第二个，转换效率大幅提升70%，整体电能，直流交流转换，大幅提高装换效率，节能对电动汽车非常重要，效率提升70%，整机系统降低10%功耗，碳化硅应用在汽车上，电池成本省下10%，在汽车市场是确定的事情，碳化硅市场上这一点非常重要，带来市场驱动。
太阳能逆变器及电源转换，充电桩，风能，都需要用碳化硅器件，在之前，碳化硅已经用了很多二极管，全球目前约2万片 6寸功率器件产能，传统电源转换如果没有器件突出的需求，还是会考虑性价比，电动车、快速适配器等的应用，大幅降低整车成本，轻便性有很显著的效果，严谨的过程还要业界对转换上的估计。最近碳化硅产业要特别感谢特斯拉，非常勇敢地用上了碳化硅的功率器件，尤其是新能源车，在节能，续航里程，做了很好表率，但是大家仍然对碳化硅有可靠性顾虑，特斯拉消除疑虑，接下来在汽车进展会非常快，2018年碳化硅出来，特斯拉带动全球1/3市场，未来到2023年的市场成长都由特斯拉需求推动。一片6寸晶圆对应2台车，每年光汽车上面的sic都每年翻倍，预计科锐每月2万片 6寸交付量，2027年扩产到32万片/月。除了比亚迪，欧洲龙头车厂已经非常确定使用，2023年高级车市场会有很多sic模块，2024年整体sic供需，60%供车和充电桩，车载充电器以及电驱动系统，2024年sic器件市场22亿美元，模块55亿美元规模，相当可观的单一器件市场，也占半导体功率器件7%-10%，成长性非常快。
Sic难度，sic晶体生长非常困难，si的晶体成长的时候可以跟人一样高，半径12寸，以后可以长到18寸，但是sic涨速度很慢，2寸到4寸,4-6,6-8，目前技术路线，即使科锐，也要三年做一次迭代，每次生长完，晶体厚度最多5cm，整体晶棒产生的晶圆很少，而且很耗能，衬底占全部器件70%左右成本，几乎是得衬底者得碳化硅。最早有衬底材料问题，衬底材料全球只有科锐wolfspeed，科锐也做全产业链，到封装。还有II-VI公司在做衬底。其他比较小，罗姆，sicrystal，也是比较强的公司，其他欧洲norstel北电，被意法半导体并购，整个产业链以衬底为主导。
中国衬底厂商，山东天岳，天科合达。三安集成也有开始做sic衬底，衬底质量也非常不错，整体产业链衬底方面在积极布局。特别是科锐，2017年占全球衬底40%，现在衬底总产出占比超过60%，预计今年会超过80%。虽然科锐衬底产量最大，因为特斯拉，是从意法半导体购货，意法半导体在车用芯片比较严谨，科锐并不是传统的汽车半导体制造厂商，初期意法半导体、英飞凌、罗姆都还是有机会的，只是没有衬底。意法半导体2018年因为特斯拉，期间销量全球第一，然后是科锐，罗姆，英飞凌，安森美最近比较活跃。
现在碳化硅二极管国内比较成熟，器件主要是泰科天润、三安做得好。
国外最稳定的技术在意法半导体，因为有大量生产经验，衬底在科锐，因此寻求积极迭代，科锐和英飞凌芯片技术最好，这两种芯片应用在车规上面。国内除了传统的55所有mos管技术，三安把mos器件做出来，其他厂商都是从国外公司例如台湾汉磊代工的。
现在市场非常兴盛，2024年以后整体规模，光器件就22亿美元，模块55亿美元，需求旺盛，但是整体来说，衬底源头仍然被科锐把持，而且占比单一，高达80%，国外优先供应国外，特斯拉货源没问题，比亚迪货源就比较短缺，造成高端碳化硅车交期长，这是国内碳化硅产业链的危机，国内设计能力也非常好，器件代工执行能力也不错，需要加速迭代，缩短国内生产市场，国内要有制造能力，才有能力推动国产替代，不然会很受限。
Q：碳化硅行业增速很快，新能源车的拉动，衬底占70%，其他厂商突破这一块的瓶颈在哪里？扩张速度为什么不快？
A：碳化硅提炼温度2500度，很高，硅1600度，技术达到非常高要求的科技水准，起步点中国落后很多，科锐1990年代碳化硅二极管就做出来，在这之前也有10年衬底研究，30年-40年前就开始做，2寸到4寸，4寸到6寸，每一次迭代至少3年，扩展缓慢，时间长的等待，最少跟科锐还有三年以上差距，它目前8寸，国内有些厂商可以做到6寸，要量产才知道国内外质量是否匹配（同等尺寸），国内衬底可靠性验证还需要长时间验证。时间上的间隙，必须跨过去才能达到想要的尺寸，最后还要内部解决晶体材料缺陷的问题，这部分至少3年以上。
Q：比亚迪，特斯拉，sic方案用的比较多，其他车厂对sic接受程度？
A：车可靠性要求非常严格，最早做sic车上研究的不是特斯拉，是日本丰田，最后没用是因为技术路线，以混动为主，现在还没到真正电池量产，觉得电池不安全，sic不像si可预测， IGBT多年成熟稳定降价，如果没有长续航要求，IGBT技术很多车厂可以接受。还要看sic电池降价，续航里程增加，或者技术稳定，未来会有更多的车用，目前来看2023年以后欧洲车厂都会上，宝马、奔驰、大众，都有完整计划，在计划中了，2023年可以看到全球非常多的车会用sic功率器件。2023年会是汽车整体爆发时间点，会有更多车企使用sic，整体系统属于性价比问题，一般只有高端车，对百公里加速有需求的车，才会上sic芯片，毕竟sic目前价格是igbt 2.5-3倍价格，成本下降，普及度会更高。
Q：跟IGBT成本比较，sic优劣势？
A：高速电子迁移性能，跟IGBT比，低电流时候电流损耗少，切换效率高。整体电池续航里程增程10%，或者减少10%的电池配比。整个成本碳化硅模块是IGBT 2.5-3倍，相同电流密度，igbt是sic 1/10,但是sic 6寸衬底1300-1400美元/片，相同6寸si衬底只要20美元，成本上差异50-60倍，所以整体再算上良率，价值是非常高的，所以IGBT和sic不会完全取代，大家会考虑性价比。目前要求长续航，加速快，其他车厂技术路线已经明确，2023年以后高端车用sic模块做电池。
Q：1片6寸片，可供几辆车？
A：两种规格，特斯拉650V sic，芯片面积小，电流大，另一种规格，以后会用的多的，1200V的器件。大概这样估计，平均一片6寸sic制作5个电驱模块，但是有的车前后驱都用sic，加速快，特斯拉高性能版前后都用，普通长续航版1个，一般估计一片6寸3-5台车，看这个车是高性能版本还是只配一个电驱。
Q：科锐，良率不够问题是无法解决的，还是会随着行业发展，能爬上去？
A：化合物半导体，晶体不完美，生长方式跟si不同，是用升华方式，能力不稳定，生长过程中需要优化晶体质量，是业界努力目标，现在车用芯片电流需求大，面积越大良率越低，以后可能会绕开这种做法，以后可能做电流小的芯片，多颗芯片并联，之后再解决衬底问题，以后每年缺陷降低，良率提升3-5%。降成本部分，晶体生长有较多水分，衬底部分+外延，占整体芯片成本70%。
Q：两年之后，22年底23年，新能源车使用sic爆发，科锐衬底扩张产能可能不够，对国内公司是非常好的机会？
A：衬底不够，大家一定会先锁定衬底，国内3年差距。国内三家衬底公司，已经有6寸展示，还没有大量用在mosfet方面，山东天岳也不做n型6寸，只剩下两家。
功率器件跟线宽没关系，往大尺寸走，整体生产成本不会降低很多，从6-8寸，机台设备成本指数型增加，大概是10倍价格，精度会提高非常多，sic不需要这么高精度设备，整体性价比上近5年内，还是锁定在6寸。
Q：衬底+外延，70%，1300是衬底，约占50%，华润微等，买晶圆做器件，他们的行业地位？
A：功率半导体厂通常自己都有外延，东莞天域，瀚天天成在做外延，以后功率器件厂要有竞争力，还是要外延掌握在自己手中，目前最重要还是衬底决定的，这部分最好也自己掌控，不然像ST、英飞凌都会危机感比较重，所以sic行业IDM公司比较吃香。
Q：各个环节国内厂商跟国外厂商进度差距，成熟度，产能，成本控制上？
A：全球大概约2万片 6寸产能，科锐占60%，II-VI 15-20%之间，Sicrystal，其他国内占比不到3%。国内整体制造量非常小，几乎国内sic器件还来自国外，特别是mosfet。Sic衬底山东天岳，天科合达，三安集成都还是起步阶段，即使天科合达比较久，2%左右，质量上，国内衬底使用局限在二极管，国内对衬底在mosfet的应用还有差距，国内车的需求打开，为了确保供应链保障，国内这几家在车规会有机会，但也要国内电驱厂商极力配合，否则还是会被国外把持住。外延部分技术差距没那么大，芯片质量主要还是来自于衬底，外延两家，东莞天域，瀚天天成。
芯片制造部分，国内只有两家，最早的是泰科天润，后续2016年三安加入，杨杰科技。华润微做的不错，外延和衬底必须外购，也在进行外延铺垫，以后外延也会自己做。华润也是后起之秀，但是这个东西还是要顾及衬底，不然原材料来源会受到很大限制。
模块封装是中国强项，斯达等，包括比亚迪，都有sic模块组装能力。
整体来说，芯片制造出来，国内还是只有二极管，全球占比不到2%，mosfet也还基本都是国外代工，不能严格定义为中国制造的。
Q：衬底制造差距，3年差在哪？哪些环节掣肘？
A：国内外对比，看起来衬底进程可控，三年国内应该能追上，衬底长速很慢，国外另一个挑战，应用在车规认证，还要时间，2023年可以用到车上试验，国内咬牙把时间点撑过去，后续国内替代没有问题。
Q：Sic mos这一块，国内还有什么其他厂商有技术储备？
A：Mosfet部分，国内除了55所，三安已经做出来。其他大部分只能有二极管能力，mosfet都是国外代工的。
Q：设计角度，国内mos厂商的？
A：设计很多，设计不是很困难。还是原材料处理比较困难，设计上大同小异，设计不存在困难点，光有设计能力，在产业进程上没办法占有一席之地，成本还是衬底厂商掌握。
Q：国内厂商做出6寸sic衬底，有没有差异？
A：技术差有，衬底做出来，实际还是要应用，技术上虽然做出来6寸，但是缺陷很多，还是用不了。
Q：这两家功率衬底厂商技术路径差异？
A：传统长晶技术路径没有差异，技术科锐做很久了，一般来讲，国内技术跟科锐、II-VI一样。
Q：三安厂商160亿建厂，是一体化布局，天岳只做一个环节，未来角度两种模式差异？
A：现在趋势下全产业链有优势。
Q：三安一体化布局，之后会不会根据客户需求，在衬底上做改善？
A：一定会，mosfet一定会随时根据良率改善晶体，帮客户服务过程中也要，出厂之前一定要改善好，出去的芯片一定要没问题，最主要是缺陷跟良率，最开始牺牲良率，确保芯片没问题，然后改善缺陷，良性循环。
Q：导电型，绝缘型，国内公司差异？
A：功率器件都是导电型。半绝缘型用在基站、军工的，国内三家都有在做。国内只有两大通讯设备厂，其中一家已经投资山东天岳。
Q：现在sic mofet 2023年会慢慢普及，接下来就是sic mosfet和传统igbt竞争格局，会全面取代igbt吗？
A：所有功率器件，都在寻找性价比平衡，之后还是高端车会用，但是低端车还是会用igbt。23-25年，高端车普及sic，会有10%-15%占比。
Q：普通si衬底和sic衬底从产线来看，生产技术工艺互通性？
A：两种材料完全不一样，si是拉晶，设备加热到1600度，sic炉需要加热到2500度，技术含量差别非常大，炉子，外面设计都不一样，衬底没有共通性。
Q：长晶炉，sic生长困难，3cm 6寸衬底？
A：现在全球最好的是科锐，晶棒最长 5cm，一般公司3-4cm，长长问题，温度非常重要，目前科学家无法让它长更长，没有办法突破。
Q：国产长晶炉？
A：国外德国设备做得好，国内晶盛电机。长晶炉不是问题，最重要的是sic热场的设计，不是设备公司负责，需要是衬底厂商自己定制配件。
Q：2024年sic芯片市场规模22亿美金，模块55亿美元。来自于新能源车渗透？
A：2024年60%，22亿60%来自车，还有传统转换器，太阳能芯片。
Q：Sic后段模块封装现阶段全球主流封装技术路径，主要厂商有哪些？烧结、高端陶瓷粉？
A：模块封装，国内厂商斯达，在igbt技术路线上做得很好，最近也在涉足sic模块封装，igbt最重要的模块封装是英飞凌，已经有很好的规格，一般封装还是用igbt模式，但是sic特性是功率密度大，热阻不一样，一般芯片又小型化，最新的封装里面针对sic的封装有做优化，包括烧结，以及特殊的陶瓷板。另外技术，铜键合，会取代铝线，会使得器件可靠性更高，功率密度大，sic热失配也比si大很多。
Q：国内比亚迪等封装路径一样吗、还是有差别？
A：比亚迪汉封装方式，用HPD，之后比较多的标准，会用mini pack，sic独特的封装方式出现，包括烧结，双面水冷，铜键合。
模块封装，占比30%，器件22亿，模块55亿，那些材料都比较贵
Q：生产方式，sic跟si不一样，衬底生长方式会有大的变化，更有效的方式？
A：Sic熔点太高，熔融方式需要3000+度，或者其他方法，成本太高，科锐1980年代到现在还没有找到更好的方法，可预见10年内不会有重大技术突破
Q：科锐芯片不错，受产线原因，不具有大规模量产能力？
A：客户评价，科锐芯片上车使用稳定性不错，因为科锐技术路线很保守，用平面型mosfet，sic技术路线比较成熟，芯片面积大，但是稳定性好，专利布局很多，st micro设计出的芯片，几乎绕不开科锐ip限制，目前科锐芯片很好，只是缺乏大量车规出货的经验，整体品质掌握很好。
Q：科锐平面型的路线，英飞凌trench，这两条路径，后面有没有可能trench成为主流，落后英飞凌？
A：最新一代科锐芯片在面积比例上，比导通电阻，跟英飞凌相差不远，并不觉得科锐技术实力落后于英飞凌，接下来要看技术优化，提取更好的功率密度。
Q：SiC，三安发展前景，未来有没有可能跟LED一样，战胜海外厂商？
A：一开始科锐做的很好，价格降下来以后，专利期过了，变成拼产量，制造力，中国会变强项，当量产能力接管市场，会产生这种现象，是有可能发生的。加上对国内车企的配合，对国内厂商来说是很好的环境。
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