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(chǎng)缺口誰來填？
5月3日在天岳先進(jìn)上海工廠產(chǎn)品交付儀式舉辦當(dāng)天，英飛凌也宣布與天岳先進(jìn)簽訂一項(xiàng)新的晶圓和晶錠供應(yīng)協(xié)議。根據(jù)該協(xié)議，天岳先進(jìn)將為德國半導(dǎo)體制造商英飛凌供應(yīng)用于制造碳化硅半導(dǎo)體的高質(zhì)量并且有競(jìng)爭(zhēng)力的150毫米（6英寸）碳化硅晶圓和晶錠，其供應(yīng)量預(yù)計(jì)將占到英飛凌長(zhǎng)期需求量的兩位數(shù)份額。英飛凌還表示未來天岳先進(jìn)也會(huì)助力公司往200mm直徑碳化硅晶圓的過渡，即未來天岳先進(jìn)將向英飛凌供應(yīng)8英寸碳化硅晶圓。
同時(shí)，英飛凌還宣布與另一家中國碳化硅供應(yīng)商天科合達(dá)簽訂了一份長(zhǎng)期協(xié)議，天科合達(dá)將為英飛凌供應(yīng)用于制造碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)品的高質(zhì)量并且有競(jìng)爭(zhēng)力的150毫米碳化硅晶圓和晶錠，其供應(yīng)量預(yù)計(jì)同樣將占到英飛凌長(zhǎng)期需求量的兩位數(shù)份額。根據(jù)該協(xié)議，第一階段將側(cè)重于6英寸碳化硅材料的供應(yīng)，未來天科合達(dá)也將提供8英寸直徑碳化硅材料。
對(duì)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(yīng)用規(guī)模增長(zhǎng)速度，而上游襯底擴(kuò)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(kuò)產(chǎn)的同時(shí)，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(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)μ蓟璋雽?dǎo)體產(chǎn)品不斷增長(zhǎng)的需求。
英飛凌在與天科合達(dá)以及天岳先進(jìn)簽訂供應(yīng)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(zhǎng)單，補(bǔ)充并擴(kuò)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(yīng)6英寸襯底，并計(jì)劃未來轉(zhuǎn)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(yīng)商Wolfspeed建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，該戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系還包括采埃孚一項(xiàng)重大投資，支持在德國恩斯多夫建設(shè)世界上最大和最先進(jìn)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(yīng)商的合作。
而博世作為全球最大的汽車零部件供應(yīng)商，同時(shí)也是全球第六大車用半導(dǎo)體制造商，他們也在近年加大在碳化硅領(lǐng)域的投資布局。除了近期與天岳先進(jìn)簽訂長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議之外，博世還在近日同意收購TSI半導(dǎo)體?？偛课挥诿绹永Ｄ醽喼莸腡SI半導(dǎo)體擁有一座8英寸晶圓廠，可以生產(chǎn)碳化硅芯片，在收購?fù)瓿珊髮⒊蔀椴┦赖牡谌A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(chǎng)對(duì)于碳化硅需求的預(yù)測(cè)普遍較為樂觀，mordor intelligence 預(yù)計(jì)碳化硅功率器件在2021-2026年之間的年復(fù)合增長(zhǎng)率為42.41%；Yole則預(yù)計(jì)到2027年碳化硅器件市場(chǎng)將從2021年的約10億美元增長(zhǎng)至接近63億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率也達(dá)到34%。
安森美在今年初表示，未來五到十年，碳化硅市場(chǎng)還會(huì)是較為緊缺的狀況，不會(huì)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(shí)現(xiàn)在2030年之前占據(jù)全球30%市場(chǎng)份額的目標(biāo)，英飛凌預(yù)計(jì)到2027年，公司碳化硅產(chǎn)能將增長(zhǎng)10倍。
大尺寸&切割拋光技術(shù)升級(jí)，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(jìn)碳化硅器件的成本下降。海內(nèi)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(shí)降低約7% 的邊緣浪費(fèi)，帶來生產(chǎn)力和效率的大幅提升。伴隨著尺寸擴(kuò)張帶來的規(guī)模效應(yīng)以及自動(dòng)化產(chǎn)線帶來的相關(guān)成本的降低，Wolfspeed預(yù)計(jì)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(jìn) 碳化硅產(chǎn)品的降價(jià)，加速對(duì)硅基器件的替代。
2、切割技術(shù)優(yōu)化：以英飛凌冷裂技術(shù)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(shù)， 作為激光切割的一種形式，Cold Split冷裂技術(shù) 是一種高效的晶體材料加工工藝，能夠?qū)⒉牧蠐p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(duì)晶錠采用冷裂技術(shù)會(huì)降低損失比例50%，未來還可以對(duì)晶圓進(jìn)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(shù)仍在進(jìn)一步發(fā)展中。
3、拋光技術(shù)提升：SiC的外延層生長(zhǎng)過程中的晶體缺陷和污染可能會(huì)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(guān)，因此正確的拋光技術(shù)對(duì)碳化硅后續(xù)順利加工至關(guān)重要。目 前，已開發(fā)出如下圖所示的三種CMP方式以實(shí)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(zhǎng)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(zhì)量較高的碳化硅 襯底， 為后續(xù)的外延與晶圓制造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
技術(shù)升級(jí)帶動(dòng)襯底成本優(yōu)化。受益于襯底制備技術(shù)持續(xù)進(jìn)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(jià)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(jià)為5,000元/片，2024 年MOS襯底價(jià)格為4750RMB/片， 2025年MOS襯底價(jià)格為4510RMB/片；2024年 SBD襯底價(jià)格為4275RMB/片， 2025年SBD襯底價(jià)格為4060RMB/片。我們認(rèn)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(guān)生產(chǎn)切割、拋光工藝的 的升級(jí)，碳化硅材料成本有望顯著下降，將有效降低整體器件價(jià)格，提升下游客戶 的替代意愿，拉升碳化硅功率器件的市場(chǎng)滲透率。
廠商積極擴(kuò)產(chǎn)，但仍存在巨大供需缺口
預(yù)計(jì) 2025年全球 6英寸碳化硅襯底需求將達(dá)到 677萬片。根據(jù)Wolfspeed 數(shù)據(jù), 碳化硅在新能源車和光伏領(lǐng)域應(yīng)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(lǐng)域?qū)⑹翘蓟璧膬纱笾饕獞?yīng)用場(chǎng) 景。我們將重點(diǎn)對(duì)這兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行測(cè)算，并以新能源車和光伏領(lǐng)域的應(yīng) 用占比測(cè)算全球 6 英寸碳化硅襯底總需求量。 1）新能源車領(lǐng)域：根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，我們測(cè)算 2022 年 1-9 月 全球搭載碳化硅主驅(qū)的車型銷量合計(jì)超 130 萬臺(tái)，在全球總銷量 681 萬臺(tái)中滲透率接近 20%，隨著碳化硅器件在 800V 高壓平臺(tái)的滲透率逐 漸提升，我們預(yù)計(jì)碳化硅在新能源車的滲透率 2025 年將達(dá)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(yīng)用范圍拓展至 OBC、DC/DC 等領(lǐng)域，未來 6 寸碳化硅襯底需求量將升為 0.5 片，預(yù)計(jì) 2025 年新能源車領(lǐng)域?qū)μ蓟枰r底的需求將達(dá)到 802 萬片。
2）光伏領(lǐng)域：根據(jù) CASA 數(shù)據(jù)，2021 年碳化硅在光伏逆變器領(lǐng)域的滲 透率為 10%，預(yù)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(jià)格 約為硅基 IGBT 的 3-4 倍，并呈下降趨勢(shì)，我們預(yù)計(jì) 2022-2025 年碳 化硅器件的價(jià)格分別為硅基器件的 3.5/3//2/1.5 倍，對(duì)應(yīng)價(jià)格分別為 7875/6750/4500/3375 萬元，碳化硅器件市場(chǎng)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(jià)值量占比，我們預(yù)計(jì)該占比在 2025 年降至 40%。根據(jù)以上假設(shè)，我們測(cè)算 2025 年光伏領(lǐng)域?qū)μ蓟枰r底 的需求將達(dá)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(shí)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(shí) Wolfspeed 和 Coherent 均計(jì)劃 5 年內(nèi)將產(chǎn)能擴(kuò)張 5-10 倍。Rohm 現(xiàn)有 6 英寸產(chǎn)能約為 20 萬片，預(yù)計(jì) 2025 年將產(chǎn)能擴(kuò)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(shí)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(nèi)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(shí)間。 國內(nèi)廠商現(xiàn)有 6 英寸襯底產(chǎn)能約為 15 萬片，天岳先進(jìn)、東尼電子、露 笑科技等廠商積極開展拓產(chǎn)項(xiàng)目，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有國內(nèi)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(nèi)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(shí)驗(yàn)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(yù)計(jì)在 2023-2025 年內(nèi)維持該良率水平。目前國內(nèi)碳化硅廠商的平均綜合良率約為 40%， 隨著襯底制備技術(shù)的逐漸成熟，市場(chǎng)預(yù)計(jì) 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(yù)計(jì)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。
