海內(nèi)外SiC產(chǎn)業(yè)在技術(shù)節(jié)點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)上有哪些差異？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）最近海外關(guān)于中國(guó)第三代半導(dǎo)體的討論頗為熱鬧，不少機(jī)構(gòu)都對(duì)中國(guó)SiC產(chǎn)業(yè)布局的進(jìn)展、優(yōu)勢(shì)等進(jìn)行了分析，Yole Intelligence化合物半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)的首席分析師甚至還表示，中國(guó)SiC產(chǎn)業(yè)是全球“脫鉤”時(shí)代的典型代表。

英飛凌CEO Jochen Hanebeck在上個(gè)月也公開(kāi)談到，考慮到中國(guó)日益增長(zhǎng)的需求，“如果一些（中國(guó)芯片制造商）能在短時(shí)間內(nèi)推出SiC上的創(chuàng)新，我不會(huì)感到驚訝，從統(tǒng)計(jì)學(xué)上來(lái)說(shuō)，這種可能性很大。”

當(dāng)然，也有機(jī)構(gòu)認(rèn)為，SiC行業(yè)中，中國(guó)企業(yè)和海外同行的差異很大，無(wú)論是技術(shù)節(jié)點(diǎn)還是產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)上，與海外公司相比還有較大差距。

那么這篇文章將綜合多方信息，結(jié)合電子發(fā)燒友近期的觀察，從技術(shù)節(jié)點(diǎn)差別、產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)/布局、市場(chǎng)空間這三個(gè)方面簡(jiǎn)單分析下海內(nèi)外SiC產(chǎn)業(yè)的差異。

技術(shù)節(jié)點(diǎn)

SiC器件生產(chǎn)中成本最高的部分是襯底，在SiC襯底方面，國(guó)內(nèi)目前商業(yè)SiC襯底產(chǎn)品以4英寸小尺寸為主，近幾年逐步往6英寸推進(jìn)，在實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后，正在加速擴(kuò)產(chǎn)6英寸襯底產(chǎn)能。

而國(guó)際廠(chǎng)商目前主流SiC襯底產(chǎn)品為6英寸，龍頭企業(yè)已經(jīng)完成8英寸襯底的研制，并小規(guī)模量產(chǎn)。2022年4月Wolfspeed的全球首座8英寸SiC晶圓廠(chǎng)在美國(guó)投產(chǎn)，三季度交付客戶(hù)，預(yù)計(jì)工廠(chǎng)2024年達(dá)產(chǎn)；日本的昭和電工在2022年9月宣布其8英寸SiC襯底的樣品開(kāi)始出貨。其他海外廠(chǎng)商，如貳陸、羅姆、安森美、ST等則預(yù)計(jì)在2023-2025年間陸續(xù)開(kāi)始8英寸SiC襯底的量產(chǎn)。

更大的襯底尺寸，意味著單片SiC晶圓所能夠制造的芯片數(shù)量更多，晶圓邊緣的浪費(fèi)減少，單芯片成本降低。Wolfspeed的報(bào)告顯示，以32mm2面積的裸片（芯片）為例，8英寸晶圓上的裸片數(shù)量相比6英寸增加近90%，同時(shí)邊緣裸片數(shù)量占比從14%降低至7%，也就是說(shuō)8英寸晶圓利用率相比6英寸提升了7%。

所以更大尺寸的SiC襯底對(duì)于器件產(chǎn)能來(lái)說(shuō)是一個(gè)跨越性的節(jié)點(diǎn)，在大尺寸方面國(guó)內(nèi)SiC襯底廠(chǎng)商還有一定差距，但8英寸相比在6英寸節(jié)點(diǎn)時(shí)國(guó)內(nèi)外量產(chǎn)時(shí)間差7年來(lái)說(shuō)，絕對(duì)有所縮短。根據(jù)目前的公開(kāi)消息，河北同光以及天科合達(dá)、晶盛機(jī)電都宣布了自己的8英寸SiC襯底研發(fā)成功的信息，其中同光表示預(yù)計(jì)2023年年底可以小規(guī)模試產(chǎn)。

另外，器件方面也不容忽視。根據(jù)CASA報(bào)告，目前國(guó)際上的SiC二極管產(chǎn)品的擊穿電壓涵蓋600V-3300V，導(dǎo)通電流最高達(dá)到109A。同時(shí)在產(chǎn)品分布上，中高壓產(chǎn)品逐年增多，按照2020年的數(shù)據(jù)，市面在售SiC SBD產(chǎn)品中80%集中在650V和1200V上。國(guó)內(nèi)SiC二極管已經(jīng)實(shí)現(xiàn)650V-1700V全系列批量供貨，部分廠(chǎng)商比如泰科天潤(rùn)3300V/50A SBD也已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。

在器件中更加核心的是SiC MOSFET，特別在電動(dòng)汽車(chē)800V趨勢(shì)下，高壓應(yīng)用中SiC MOSFET組成的SiC功率模塊相比于硅基IGBT具有很大的效率等優(yōu)勢(shì)。雖然在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)上，中國(guó)目前處于第一梯隊(duì)，但目前從市面上應(yīng)用情況來(lái)看，車(chē)規(guī)級(jí)SiC MOSFET市場(chǎng)由海外半導(dǎo)體巨頭所壟斷，幾乎只有ST、羅姆、英飛凌的SiC MOSFET有大規(guī)模上車(chē)的實(shí)例。

與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品相比，海外的SiC MOSFET產(chǎn)品比導(dǎo)通電阻更低、閾值電壓更高、元胞尺寸更小。但國(guó)內(nèi)的SiC器件廠(chǎng)商近幾年發(fā)展迅速，自2021年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)就有多家廠(chǎng)商推出車(chē)規(guī)級(jí)SiC MOSFET產(chǎn)品，包括華潤(rùn)微、瞻芯電子、派恩杰、蓉矽半導(dǎo)體、清純半導(dǎo)體等IDM以及Fabless都在將SiC MOSFET加速導(dǎo)入車(chē)企。

不過(guò)有IDM相關(guān)廠(chǎng)商的人士表示，在襯底和外延的部分，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商的產(chǎn)品還不夠穩(wěn)定，所以很多國(guó)內(nèi)做SiC MOSFET的廠(chǎng)商都采購(gòu)海外原材料。而在應(yīng)用端，由于SiC MOSFET本身屬于較新的產(chǎn)品，在沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用的先例之前，車(chē)企對(duì)于采用國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET應(yīng)用到汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)部分持比較謹(jǐn)慎的態(tài)度。

另一方面國(guó)內(nèi)SiC MOSFET的產(chǎn)能以及性能相比海外廠(chǎng)商產(chǎn)品都有一些差距，未來(lái)主要會(huì)被應(yīng)用到OBC上，主驅(qū)可能要至少三到五年的時(shí)間周期，才能看到國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的出現(xiàn)。

產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)

如果看國(guó)際上SiC廠(chǎng)商的產(chǎn)業(yè)布局，主要是以IDM為主的，過(guò)去十多年時(shí)間里，通過(guò)并購(gòu)、自研等方式，全球SiC龍頭 Wolfspeed、羅姆、ST、英飛凌、安森美等都已經(jīng)形成了SiC 襯底、外延、設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)的垂直供應(yīng)體系，而上下游廠(chǎng)商也在持續(xù)互相滲透。

國(guó)內(nèi)的SiC產(chǎn)業(yè)布局則顯得更加復(fù)雜多樣，一般來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)SiC廠(chǎng)商在產(chǎn)業(yè)鏈中分工較為明確，在襯底/外延片、器件設(shè)計(jì)制造、模塊封裝等幾個(gè)部分有明顯的區(qū)分。

比如國(guó)內(nèi)的SiC襯底供應(yīng)商，包括天岳先進(jìn)、河北同光、爍科晶體等都傾向?qū)Ｗ⒂谝r底，外延方面瀚天天成、東莞天域也專(zhuān)注于外延，像天科合達(dá)這樣襯底與外延都有布局的廠(chǎng)商不多。

國(guó)內(nèi)的SiC 領(lǐng)域IDM廠(chǎng)商主要是布局設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)這幾個(gè)部分，比如華潤(rùn)微、泰科天潤(rùn)、楊杰、愛(ài)仕特等等，基本半導(dǎo)體則在此基礎(chǔ)上布局了外延的部分。

當(dāng)然，三安光電、世紀(jì)金光也是為數(shù)不多的全產(chǎn)業(yè)鏈布局SiC的國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商，從襯底、外延、到芯片設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)都覆蓋到。

總體而言，國(guó)內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)分布偏向明確分工，特別是多家初創(chuàng)企業(yè)，集中在SiC芯片設(shè)計(jì)的部分，輕資產(chǎn)之下的發(fā)展速度也較快。但未來(lái)國(guó)內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)會(huì)不會(huì)同樣走上上下游互相并購(gòu)滲透，往垂直供應(yīng)體系發(fā)展？可能在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)幾年時(shí)間里暫時(shí)都不會(huì)出現(xiàn)，百花齊放、分工明確，或許是中國(guó)SiC產(chǎn)業(yè)在高速發(fā)展期的一個(gè)體現(xiàn)。

市場(chǎng)空間

中國(guó)發(fā)展碳化硅等第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，在技術(shù)上有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，就是相比于硅基集成電路產(chǎn)業(yè)鏈，SiC由于應(yīng)用于功率半導(dǎo)體為主，對(duì)制程的需求很低，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈自主化程度可以做到很高。

而在市場(chǎng)上，中國(guó)則擁有SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最佳土壤。中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在全球無(wú)疑處于領(lǐng)先地位，與此同時(shí)，中國(guó)還是最大的汽車(chē)市場(chǎng)以及汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)。而目前全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正在從燃油車(chē)往電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)移，電動(dòng)汽車(chē)也正在從400V到800V的高壓架構(gòu)發(fā)展。

在一系列市場(chǎng)需求的轉(zhuǎn)變下，SiC對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的能量利用效率、充電速度、電機(jī)功率等都帶來(lái)巨大的提升。東芝的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，碳化硅基 MOSFET 在相同環(huán)境下，對(duì)比同規(guī)格硅基 IGBT 的能量損失減少66%，主要來(lái)自于開(kāi)關(guān)損耗的大幅減少。相同規(guī)格的碳化硅基 MOSFET 與硅基 MOSFET 相比，其尺寸可大幅減小至原來(lái)的1/10，導(dǎo)通電阻可至少降低至原來(lái)的 1/100。

而這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為續(xù)航里程，在城市工況下主驅(qū)采用SiC器件的電動(dòng)汽車(chē)，要比采用IGBT的電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程多5%-10%。所以自2017年特斯拉首次將SiC器件應(yīng)用到主驅(qū)逆變器上，截至今年，比亞迪、吉利、蔚來(lái)、小鵬、現(xiàn)代等多家車(chē)企都已經(jīng)推出采用SiC模塊的車(chē)型。隨著電動(dòng)汽車(chē)的市占率不斷提高，SiC成本下降以及產(chǎn)能的持續(xù)爬升，未來(lái)無(wú)論是800V還是400V平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)都會(huì)陸續(xù)應(yīng)用到SiC。

從目前的供應(yīng)情況來(lái)看，車(chē)規(guī)級(jí)SiC MOSFET主要由英飛凌、ST、羅姆三家供應(yīng)，供不應(yīng)求現(xiàn)象較為嚴(yán)重。但另一方面，這對(duì)于中國(guó)龐大的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，也是本土SiC行業(yè)發(fā)展并搶占市場(chǎng)份額的良機(jī)，據(jù)一些業(yè)內(nèi)人士的反饋，在考慮到車(chē)企新車(chē)研發(fā)周期、以及國(guó)內(nèi)產(chǎn)能擴(kuò)張速度，2025年前后就能見(jiàn)到國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET在汽車(chē)上的大規(guī)模落地了。