眾多巨頭布局“打臉”馬斯克，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)極速前進
5月19日，據(jù)路透社報道，瑞薩電子宣布正式投資SiC功率半導(dǎo)體，將于2025年開始量產(chǎn)，以滿足電動汽車的需求。
瑞薩電子成立于2002年11月，是全球TOP16的半導(dǎo)體廠商，2022年營收為1.5萬億日元（約760億人民幣），利潤為4241.7億日元（約215億人民幣）。汽車半導(dǎo)體領(lǐng)域，2021年瑞薩排名第三，在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域瑞薩排名第九。
日本半導(dǎo)體巨頭全面布局碳化硅器件
當(dāng)天，瑞薩舉行了投資者簡報會，該公司總裁Hidetoshi Shibata表示，他們收到了客戶的巨量詢盤，因此正計劃增加IGBT和SiC的市場份額。
根據(jù)報道，瑞薩電子計劃在其高崎的硅器件工廠進行SiC器件的生產(chǎn)，目前其投資額和生產(chǎn)規(guī)模尚未決定。
除此之外，瑞薩的高崎工廠未來還將生產(chǎn)碳化硅外延——目前，瑞薩電子已經(jīng)在為該工廠公開招聘碳化硅外延生長工程師。
事實上，早在2022年11月，瑞薩電子就公開宣布，他們將進入SiC功率半導(dǎo)體市場。當(dāng)時，瑞薩汽車業(yè)務(wù)副總經(jīng)理Vivek Bhan表示，他們計劃在2024年重新啟動甲府工廠（山梨縣凱）的功率半導(dǎo)體生產(chǎn)線。“甲府工廠的12英寸生產(chǎn)線將生產(chǎn)750/1200V的IGBT，并將提供1200/1700V的SiC”。
據(jù)了解，早在2011年2月，瑞薩電子就開發(fā)出了 600V 碳化硅SBD。
新能源汽車方面，瑞薩電子也已經(jīng)與印度塔塔集團達成了基于碳化硅等技術(shù)的相關(guān)合作。
2022年3月，印度塔塔集團（Tata Elxsi）和瑞薩電子宣布在印度班加羅爾的聯(lián)合設(shè)計中心開展合作，該中心將為電動汽車 (EV) 開發(fā)碳化硅等有針對性的解決方案。
根據(jù)合作公告，為打造輕型電動汽車，塔塔和瑞薩將使用基于SiC和GaN的新型寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)。
誰能想抓住這輪戰(zhàn)略機遇期
市調(diào)機構(gòu)Straits Research近日發(fā)布的一份研究報告顯示，2022年全球碳化硅晶圓市場規(guī)模已達8.19億美元，2031年將增長至29.49億美元，年復(fù)合增長率為15.30%，遠超半導(dǎo)體行業(yè)的整體增速。碳化硅器件應(yīng)用面迅速擴大，供應(yīng)持續(xù)吃緊，吸引越來越多企業(yè)大舉投入。目前的碳化硅產(chǎn)業(yè)仍以美、日、歐洲企業(yè)為主導(dǎo)，中國大陸廠商也在積極布局，已有超過50家國內(nèi)企業(yè)宣布以不同的形式涉足。
碳化硅材料具備耐高壓和高頻性質(zhì)，能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運行，電能消耗更少、散熱性能更佳，十分適合制造電動車、5G通信、太陽能光伏等行業(yè)所需功率半導(dǎo)體器件。有觀點甚至認為碳化硅將是超越摩爾定律，推進半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。
近年來，國際上幾家碳化硅龍頭大廠均有新的擴產(chǎn)計劃。最大的碳化硅晶圓廠Wolfspeed日前宣布，計劃與汽車零部件供應(yīng)商采埃孚合作，投資30億美元在德國薩爾州建設(shè)半導(dǎo)體廠；日本材料制造商Resonac（原昭和電工）將在2026年前把碳化硅晶圓產(chǎn)能提高到5萬片/月，為目前產(chǎn)能的5倍。安森美總裁Hassane EI-Khoury表示，2023年安森美最大的增長將來自于碳化硅在電動車市場的增長，未來3年碳化硅收入預(yù)計達到40億美元。
襯底材料是碳化硅產(chǎn)業(yè)中最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。碳化硅襯底既硬且脆，切割、研磨、拋光的難度都很高，這導(dǎo)致加工過程中更容易產(chǎn)生廢品，降低良品率。目前國際碳化硅大廠多在籌劃將碳化硅晶圓從6英寸轉(zhuǎn)向8英寸。而如何克服8英寸襯底難關(guān)成為衡量碳化硅產(chǎn)業(yè)的重要指標(biāo)。
如今，在碳化硅領(lǐng)域我國企業(yè)已取得了較大進步，從4英寸到6英寸，再到8英寸，代際差距不斷縮小。國際上4英寸碳化硅襯底量產(chǎn)時間相比國內(nèi)早10年以上；6英寸則大致早7年;8英寸時代差距有望進一步縮小。
不過有一點應(yīng)該注意，很多國際企業(yè)將8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)節(jié)點就定在今年。中國企業(yè)雖然也在8英寸襯底的開發(fā)上取得進展，但“小批量生產(chǎn)”與“量產(chǎn)”是不同的，二者在良率、成本上有著極大的差別。此外，我國企業(yè)對來自歐美、日本的碳化硅設(shè)備仍有很大依賴。
國產(chǎn)企業(yè)“死磕”碳化硅
碳化硅具有承載電壓等級高等優(yōu)異性能，所以新能源汽車對碳化硅的需求量很大，而供應(yīng)又遲遲跟不上車企產(chǎn)能擴張的節(jié)奏。
這時你就能理解老馬同志為什么急得跳腳說要減少75%的碳化硅供應(yīng)了——價格貴，供應(yīng)慢，用量大。
國內(nèi)企業(yè)也瞄準(zhǔn)了這個賽道的機會。在襯底這個環(huán)節(jié)，中國正在奮起直追，主要廠商是天岳先進和天科合達。2019年，華為旗下的哈勃就投資了山東天岳，持股10%。
但目前國產(chǎn)比海外產(chǎn)品還存在一定差距。
現(xiàn)在中國有很多企業(yè)布局在碳化硅上下游各個環(huán)節(jié)當(dāng)中，而美國的狼速有能力完成所有這些制造環(huán)節(jié)。但大家都不想過度依賴?yán)撬?。有業(yè)內(nèi)專家跑了很多整車廠，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)新勢力對碳化硅國產(chǎn)替代的呼聲和需求非常高漲。
而且據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，日本可能要對中國禁售碳化硅等產(chǎn)業(yè)高精尖的設(shè)備，所以國產(chǎn)化設(shè)備、原料、輔料就成了中國必須要做的事情。
現(xiàn)在中國做襯底的單晶爐基本都國產(chǎn)化了，而要用到的熱場、粉體還需要進口。另外切割、磨削、拋光的設(shè)備現(xiàn)在還以進口為主，國產(chǎn)設(shè)備將很快上馬。我們相信，中國新能源汽車這么激烈的競爭環(huán)境，這么繁榮的市場前景，一定會助推越來越多的車企追求碳化硅基礎(chǔ)上的“超快充”。
就像過去幾年，除了某個封閉系統(tǒng)、封閉充電接口的手機品牌以外，幾乎所有手機品牌都在卷充電功率。我們的手機從過去5V/2A（10W）的標(biāo)配插頭，變成了現(xiàn)在最高150W、210W、240W并不斷升級的各型號插頭。過去手機超快充都是先用在中高端和旗艦機型上的?，F(xiàn)在人們花個兩三千塊錢就能輕松買到100W以上的手機快充，我們知道，這是“氮化鎵”的功勞。
事實上，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）都是“第三代半導(dǎo)體”的兩大類重要材料，區(qū)別于傳統(tǒng)的“硅基半導(dǎo)體”材料。
因為手機充電過程中對頻率的要求更高，而且氮化鎵更適合650伏以下的中低壓，所以它與碳化硅的應(yīng)用場景不同。中國消費電子領(lǐng)域的激烈競爭，讓中國氮化鎵產(chǎn)業(yè)因此受益，國產(chǎn)化率不斷提升。
同樣的事情為什么不能發(fā)生在新能源汽車和碳化硅領(lǐng)域？
最重要的是，碳，我們多得很；硅，也多得很。
碳化硅，只要是人能做出來的東西，最后它的結(jié)局一定是過剩。過剩的結(jié)果就是企業(yè)去庫存，價格大幅下降，企業(yè)開始血拼、洗牌，對客戶的吸引力增強，擴大應(yīng)用場景和規(guī)模。市場經(jīng)濟本就如此。馬斯克擔(dān)心的是短期幾年內(nèi)，這樣的“過?！眻鼍岸己茈y見到。
但實際上，碳化硅未來的趨勢一定是“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”。
一位功率半導(dǎo)體供應(yīng)商的高管說：“短期內(nèi)還沒有任何一種半導(dǎo)體材料能在性能上與碳化硅匹敵?！?/span>
特斯拉宣布減用碳化硅當(dāng)天，他們的動力系統(tǒng)工程副總裁就指出：特斯拉開發(fā)了定制化的模塊封裝技術(shù)，可以用更少的碳化硅，保持相同的散熱效果。
減用，是精打細算，不是改弦更張、另起爐灶。
隨著中國碳化硅原料、設(shè)備的國產(chǎn)化水平不斷提升，現(xiàn)在480kW的超級快充還是某些車企品牌的賣點，未來一定像66W、100W的手機快充一樣稀松平常。這個東西只要中國人在玩命做，它豈有價格不下降的道理呢？在現(xiàn)階段，全球碳化硅供不應(yīng)求的局面下，特斯拉，或者任何一家車企提出，每輛車上碳化硅要“減量”使用，都是非常合理的舉動。
糧不多，省著點吃。但是未來，我們一定會在更多的充電站里看到用上碳化硅的超充樁。讓很多人意想不到的是，由于中國光伏產(chǎn)業(yè)獨步天下，做到了世界第一，從而催生出一大批光伏設(shè)備龍頭企業(yè)。
這些企業(yè)很多都在做光伏用的單晶硅棒、硅片設(shè)備。而這類設(shè)備的研發(fā)能力可以很好地遷移到碳化硅生長、切割設(shè)備的研制過程中。
經(jīng)過自主的技術(shù)攻關(guān)，2022年8月，光伏設(shè)備企業(yè)晶盛機電成功出爐首顆大尺寸的8英寸n型碳化硅晶體，縮小了國內(nèi)外技術(shù)差距，并獲得了不低于23萬片的訂單。2022年8月，電科裝備2所成功實現(xiàn)大尺寸碳化硅單晶片激光剝離，開展由碳化硅晶錠至合格襯底片的自動化設(shè)備貫線，為解決第三代半導(dǎo)體關(guān)鍵技術(shù)問題貢獻力量。2022年6月，國內(nèi)光伏硅片切割設(shè)備企業(yè)高測股份推出了高線速碳化硅金剛線切片專機，一改碳化硅行業(yè)多數(shù)采用砂漿切割的工藝，在獲得相同晶片質(zhì)量的前提下，提升產(chǎn)能4倍以上，顯著降低生產(chǎn)成本。2022年6~10月，高測股份已簽訂銷售訂單12臺。很顯然，這種設(shè)備制造能力與光伏設(shè)備金剛線切片機的技術(shù)能力是一脈相承的。
所以說搞好碳中和，在產(chǎn)業(yè)底層是一個水乳交織的過程。
光伏、風(fēng)電、儲能、氫能、新能源汽車……它們在設(shè)備和原料端共享了很多資源，一個領(lǐng)域的繁榮會助推另一個領(lǐng)域加速成長，而共生共榮的產(chǎn)業(yè)根系最終會讓中國在整個新能源產(chǎn)業(yè)版圖上成為全球領(lǐng)軍的國家。
