陸續(xù)獲得海外大廠訂單，國產(chǎn)碳化硅成本再優(yōu)化，超200萬市場缺口誰來填？
5月3日在天岳先進上海工廠產(chǎn)品交付儀式舉辦當天，英飛凌也宣布與天岳先進簽訂一項新的晶圓和晶錠供應協(xié)議。根據(jù)該協(xié)議，天岳先進將為德國半導體制造商英飛凌供應用于制造碳化硅半導體的高質量并且有競爭力的150毫米（6英寸）碳化硅晶圓和晶錠，其供應量預計將占到英飛凌長期需求量的兩位數(shù)份額。英飛凌還表示未來天岳先進也會助力公司往200mm直徑碳化硅晶圓的過渡，即未來天岳先進將向英飛凌供應8英寸碳化硅晶圓。
同時，英飛凌還宣布與另一家中國碳化硅供應商天科合達簽訂了一份長期協(xié)議，天科合達將為英飛凌供應用于制造碳化硅半導體產(chǎn)品的高質量并且有競爭力的150毫米碳化硅晶圓和晶錠，其供應量預計同樣將占到英飛凌長期需求量的兩位數(shù)份額。根據(jù)該協(xié)議，第一階段將側重于6英寸碳化硅材料的供應，未來天科合達也將提供8英寸直徑碳化硅材料。
對于國產(chǎn)碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)而言，能夠接連得到多家海外芯片巨頭的訂單，意義非凡。
汽車產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)加緊綁定碳化硅產(chǎn)能
作為在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中成本占比最高的部分，碳化硅襯底在近年受到了足夠的重視，畢竟在一定程度上碳化硅襯底的產(chǎn)能限制了下游碳化硅功率器件的應用規(guī)模增長速度，而上游襯底擴產(chǎn)也是近幾年碳化硅產(chǎn)業(yè)中最重要的話題之一。
在上游加緊擴產(chǎn)的同時，下游器件廠商也開始陸續(xù)往上游“搶”產(chǎn)能，以滿足汽車、充電樁、光伏以及儲能系統(tǒng)等領域對碳化硅半導體產(chǎn)品不斷增長的需求。
英飛凌在與天科合達以及天岳先進簽訂供應協(xié)議之前，在今年1月還與Resonac（前身昭和電工）簽署一份新采購合作長單，補充并擴大了雙方2021年簽訂的合同。與上文的類似，Resonac現(xiàn)階段向英飛凌供應6英寸襯底，并計劃未來轉向8英寸。
汽車零部件巨頭采埃孚在今年2月宣布與全球最大的碳化硅供應商Wolfspeed建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，該戰(zhàn)略合作伙伴關系還包括采埃孚一項重大投資，支持在德國恩斯多夫建設世界上最大和最先進的200毫米碳化硅晶圓工廠。5月4日，Wolfspeed宣布與采埃孚將在德國紐倫堡建立碳化硅電力電子歐洲聯(lián)合研發(fā)中心，加深與碳化硅供應商的合作。
而博世作為全球最大的汽車零部件供應商，同時也是全球第六大車用半導體制造商，他們也在近年加大在碳化硅領域的投資布局。除了近期與天岳先進簽訂長期供應協(xié)議之外，博世還在近日同意收購TSI半導體?？偛课挥诿绹永Ｄ醽喼莸腡SI半導體擁有一座8英寸晶圓廠，可以生產(chǎn)碳化硅芯片，在收購完成后將成為博世的第三座晶圓廠。
而更早前，安森美、ST等汽車產(chǎn)業(yè)中的重要芯片廠商在幾年前已經(jīng)通過收購來掌握碳化硅襯底的產(chǎn)能。
目前市場對于碳化硅需求的預測普遍較為樂觀，mordor intelligence 預計碳化硅功率器件在2021-2026年之間的年復合增長率為42.41%；Yole則預計到2027年碳化硅器件市場將從2021年的約10億美元增長至接近63億美元，復合年均增長率也達到34%。
安森美在今年初表示，未來五到十年，碳化硅市場還會是較為緊缺的狀況，不會出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的情況。英飛凌則正在通過產(chǎn)能提升來實現(xiàn)在2030年之前占據(jù)全球30%市場份額的目標，英飛凌預計到2027年，公司碳化硅產(chǎn)能將增長10倍。
大尺寸&切割拋光技術升級，襯底成本有望得到優(yōu)化
1、大尺寸化。與硅基晶圓發(fā)展路徑相同，未來碳化硅襯底也將持續(xù)提升晶片尺寸， 降低單位面積芯片成本，推進碳化硅器件的成本下降。海內外襯底廠商以6寸為主流， 目前正在向8寸過渡。
襯底尺寸的提升，芯片成本有望顯著下降。根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，在相同尺寸的芯 片下，8英寸襯底片可切出的芯片數(shù)量相比6英寸襯底片提高約90%，同時降低約7% 的邊緣浪費，帶來生產(chǎn)力和效率的大幅提升。伴隨著尺寸擴張帶來的規(guī)模效應以及自動化產(chǎn)線帶來的相關成本的降低，Wolfspeed預計至2024年，8英寸襯底帶來的單位芯片成本相較于2022年6英寸襯底的單位芯片成本降低超過60%，這將持續(xù)推進 碳化硅產(chǎn)品的降價，加速對硅基器件的替代。
2、切割技術優(yōu)化：以英飛凌冷裂技術為例，英飛凌在2018年斥資1.39億美元收購 Siltectra獲得其Cold Split冷裂技術， 作為激光切割的一種形式，Cold Split冷裂技術 是一種高效的晶體材料加工工藝，能夠將材料損失降到最低。根據(jù)英飛凌的披露， 傳統(tǒng)的線切割造成SiC晶錠損失比例超過75% ，2021年對晶錠采用冷裂技術會降低損失比例50%，未來還可以對晶圓進行冷裂，一片晶圓經(jīng)過冷裂可以變成兩片晶圓， 這將顯著提升公司材料的利用效率與總體產(chǎn)量，目前該技術仍在進一步發(fā)展中。
3、拋光技術提升：SiC的外延層生長過程中的晶體缺陷和污染可能會延伸到外延層和 晶圓表面，形成各種表面缺陷，從而影響其性能參數(shù)。上述表面缺陷出現(xiàn)的部分原 因與拋光劃痕息息相關，因此正確的拋光技術對碳化硅后續(xù)順利加工至關重要。目 前，已開發(fā)出如下圖所示的三種CMP方式以實現(xiàn)更高的材料去除率、更低的表面粗 糙度、更少的劃痕和更均勻的表面形貌，以滿足更穩(wěn)定的外延生長的需求。Wolfspeed 碳化硅晶片經(jīng)過CMP加工后，晶片表面缺陷較低， 可獲得的質量較高的碳化硅 襯底， 為后續(xù)的外延與晶圓制造打下堅實基礎。
技術升級帶動襯底成本優(yōu)化。受益于襯底制備技術持續(xù)進步，碳化硅襯底成本將有 望得到優(yōu)化，根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，2023年至2027年襯底價格將得到顯著下降。根據(jù)東 尼電子公告披露數(shù)據(jù)，2023年向客戶交付6英寸碳化硅襯底單價為5,000元/片，2024 年MOS襯底價格為4750RMB/片， 2025年MOS襯底價格為4510RMB/片；2024年 SBD襯底價格為4275RMB/片， 2025年SBD襯底價格為4060RMB/片。我們認為 ， 未來隨著襯底尺寸從6寸向8寸提升，持續(xù)優(yōu)化良率以及相關生產(chǎn)切割、拋光工藝的 的升級，碳化硅材料成本有望顯著下降，將有效降低整體器件價格，提升下游客戶 的替代意愿，拉升碳化硅功率器件的市場滲透率。
廠商積極擴產(chǎn)，但仍存在巨大供需缺口
預計 2025年全球 6英寸碳化硅襯底需求將達到 677萬片。根據(jù)Wolfspeed 數(shù)據(jù), 碳化硅在新能源車和光伏領域應用占比將由 2021 年的 77.1%提升 至 2027 年的 86.5%，新能源車和光伏領域將是碳化硅的兩大主要應用場 景。我們將重點對這兩個領域進行測算，并以新能源車和光伏領域的應 用占比測算全球 6 英寸碳化硅襯底總需求量。 1）新能源車領域：根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，我們測算 2022 年 1-9 月 全球搭載碳化硅主驅的車型銷量合計超 130 萬臺，在全球總銷量 681 萬臺中滲透率接近 20%，隨著碳化硅器件在 800V 高壓平臺的滲透率逐 漸提升，我們預計碳化硅在新能源車的滲透率 2025 年將達到 40%。目 前單車 6 寸碳化硅襯底需求量為 0.16 片，隨著碳化硅應用范圍拓展至 OBC、DC/DC 等領域，未來 6 寸碳化硅襯底需求量將升為 0.5 片，預計 2025 年新能源車領域對碳化硅襯底的需求將達到 802 萬片。
2）光伏領域：根據(jù) CASA 數(shù)據(jù)，2021 年碳化硅在光伏逆變器領域的滲 透率為 10%，預期 2022-2025 年分別為 15%/20%/30%/50%。目前 1GW 光 伏逆變器的 IGBT 模塊采購額約 2000-2500 萬元，碳化硅器件的價格 約為硅基 IGBT 的 3-4 倍，并呈下降趨勢，我們預計 2022-2025 年碳 化硅器件的價格分別為硅基器件的 3.5/3//2/1.5 倍，對應價格分別為 7875/6750/4500/3375 萬元，碳化硅器件市場規(guī)模將分別為 29/38/42/60 億元。襯底成本的下降將降低襯底價值量占比，我們預計該占比在 2025 年降至 40%。根據(jù)以上假設，我們測算 2025 年光伏領域對碳化硅襯底 的需求將達到 42 萬片。
海外頭部廠商在提高現(xiàn)有 6 英寸產(chǎn)能的同時積極提升 8 英寸產(chǎn)產(chǎn)能。 Wolfspeed 目前碳化硅 6 英寸襯底產(chǎn)能約為 50 萬片，Coherent 現(xiàn)有 6 英 寸碳化硅襯底年產(chǎn)能約為 20 萬片，同時 Wolfspeed 和 Coherent 均計劃 5 年內將產(chǎn)能擴張 5-10 倍。Rohm 現(xiàn)有 6 英寸產(chǎn)能約為 20 萬片，預計 2025 年將產(chǎn)能擴展至 30-40 萬片。海外廠商在提出大幅提高 6 英寸襯底產(chǎn)能 的同時積極拓展 8 英寸襯底產(chǎn)能，Wolfspeed 于 2023 年 4 月啟用了全球 首家 8 英寸碳化硅晶圓廠。
國內廠商仍著力于提升 6 英寸襯底產(chǎn)能，8 英寸產(chǎn)能落地仍需一定時間。 國內廠商現(xiàn)有 6 英寸襯底產(chǎn)能約為 15 萬片，天岳先進、東尼電子、露 笑科技等廠商積極開展拓產(chǎn)項目，根據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)有國內廠商規(guī)劃產(chǎn)能投產(chǎn)后總產(chǎn)能將超過 200 萬片/年。但目前國內廠商在 8 英寸碳化硅 襯底方面較海外廠商仍存在較大差距，現(xiàn)有產(chǎn)能尚處于實驗室階段。
2025 年全球碳化硅襯底仍有 218 萬片的缺口。Wolfspeed、Coherent 和 Rohm 的襯底綜合良率分別為 70%/60%/60%左右，并預計在 2023-2025 年內維持該良率水平。目前國內碳化硅廠商的平均綜合良率約為 40%， 隨著襯底制備技術的逐漸成熟，市場預計 2025 年綜合良率可以提升至 50%。根據(jù)上述現(xiàn)有產(chǎn)能數(shù)據(jù)以及未來產(chǎn)能規(guī)劃，我們預計全球碳化硅 襯底有效產(chǎn)能將從 2022 年的 65 萬片提升至 2025 年 405 萬片，因此 2025 年將存在 272 萬片的產(chǎn)能缺口。
