眾多巨頭布局“打臉”馬斯克，國產碳化硅產業極速前進
5月19日，據路透社報道，瑞薩電子宣布正式投資SiC功率半導體，將于2025年開始量產，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）。汽車半導體領域，2021年瑞薩排名第三，在功率半導體領域瑞薩排名第九。
日本半導體巨頭全面布局碳化硅器件
當天，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，目前其投資額和生產規模尚未決定。
除此之外，瑞薩的高崎工廠未來還將生產碳化硅外延——目前，瑞薩電子已經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功率半導體市場。當時，瑞薩汽車業務副總經理Vivek Bhan表示，他們計劃在2024年重新啟動甲府工廠（山梨縣凱）的功率半導體生產線。“甲府工廠的12英寸生產線將生產750/1200V的IGBT，并將提供1200/1700V的SiC”。
據了解，早在2011年2月，瑞薩電子就開發出了 600V 碳化硅SBD。
新能源汽車方面，瑞薩電子也已經與印度塔塔集團達成了基于碳化硅等技術的相關合作。
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合設計中心開展合作，該中心將為電動汽車 (EV) 開發碳化硅等有針對性的解決方案。
根據合作公告，為打造輕型電動汽車，塔塔和瑞薩將使用基于SiC和GaN的新型寬帶隙半導體技術。
誰能想抓住這輪戰略機遇期
市調機構Straits Research近日發布的一份研究報告顯示，2022年全球碳化硅晶圓市場規模已達8.19億美元，2031年將增長至29.49億美元，年復合增長率為15.30%，遠超半導體行業的整體增速。碳化硅器件應用面迅速擴大，供應持續吃緊，吸引越來越多企業大舉投入。目前的碳化硅產業仍以美、日、歐洲企業為主導，中國大陸廠商也在積極布局，已有超過50家國內企業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，能在高溫環境下穩定運行，電能消耗更少、散熱性能更佳，十分適合制造電動車、5G通信、太陽能光伏等行業所需功率半導體器件。有觀點甚至認為碳化硅將是超越摩爾定律，推進半導體產業持續發展的關鍵技術之一。
近年來，國際上幾家碳化硅龍頭大廠均有新的擴產計劃。最大的碳化硅晶圓廠Wolfspeed日前宣布，計劃與汽車零部件供應商采埃孚合作，投資30億美元在德國薩爾州建設半導體廠；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能提高到5萬片/月，為目前產能的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年碳化硅收入預計達到40億美元。
襯底材料是碳化硅產業中最具挑戰性的環節。碳化硅襯底既硬且脆，切割、研磨、拋光的難度都很高，這導致加工過程中更容易產生廢品，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英寸轉向8英寸。而如何克服8英寸襯底難關成為衡量碳化硅產業的重要指標。
如今，在碳化硅領域我國企業已取得了較大進步，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時間相比國內早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。
不過有一點應該注意，很多國際企業將8英寸碳化硅襯底的量產節點就定在今年。中國企業雖然也在8英寸襯底的開發上取得進展，但“小批量生產”與“量產”是不同的，二者在良率、成本上有著極大的差別。此外，我國企業對來自歐美、日本的碳化硅設備仍有很大依賴。
國產企業“死磕”碳化硅
碳化硅具有承載電壓等級高等優異性能，所以新能源汽車對碳化硅的需求量很大，而供應又遲遲跟不上車企產能擴張的節奏。
這時你就能理解老馬同志為什么急得跳腳說要減少75%的碳化硅供應了——價格貴，供應慢，用量大。
國內企業也瞄準了這個賽道的機會。在襯底這個環節，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%。
但目前國產比海外產品還存在一定差距。
現在中國有很多企業布局在碳化硅上下游各個環節當中，而美國的狼速有能力完成所有這些制造環節。但大家都不想過度依賴狼速。有業內專家跑了很多整車廠，發現國內新勢力對碳化硅國產替代的呼聲和需求非常高漲。
而且據業內人士透露，日本可能要對中國禁售碳化硅等產業高精尖的設備，所以國產化設備、原料、輔料就成了中國必須要做的事情。
現在中國做襯底的單晶爐基本都國產化了，而要用到的熱場、粉體還需要進口。另外切割、磨削、拋光的設備現在還以進口為主，國產設備將很快上馬。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上的“超快充”。
就像過去幾年，除了某個封閉系統、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）的標配插頭，變成了現在最高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。現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“第三代半導體”的兩大類重要材料，區別于傳統的“硅基半導體”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用場景不同。中國消費電子領域的激烈競爭，讓中國氮化鎵產業因此受益，國產化率不斷提升。
同樣的事情為什么不能發生在新能源汽車和碳化硅領域？
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，最后它的結局一定是過剩。過剩的結果就是企業去庫存，價格大幅下降，企業開始血拼、洗牌，對客戶的吸引力增強，擴大應用場景和規模。市場經濟本就如此。馬斯克擔心的是短期幾年內，這樣的“過剩”場景都很難見到。
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”。
一位功率半導體供應商的高管說：“短期內還沒有任何一種半導體材料能在性能上與碳化硅匹敵。”
特斯拉宣布減用碳化硅當天，他們的動力系統工程副總裁就指出：特斯拉開發了定制化的模塊封裝技術，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、設備的國產化水平不斷提升，現在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？在現階段，全球碳化硅供不應求的局面下，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，由于中國光伏產業獨步天下，做到了世界第一，從而催生出一大批光伏設備龍頭企業。
這些企業很多都在做光伏用的單晶硅棒、硅片設備。而這類設備的研發能力可以很好地遷移到碳化硅生長、切割設備的研制過程中。
經過自主的技術攻關，2022年8月，光伏設備企業晶盛機電成功出爐首顆大尺寸的8英寸n型碳化硅晶體，縮小了國內外技術差距，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備貫線，為解決第三代半導體關鍵技術問題貢獻力量。2022年6月，國內光伏硅片切割設備企業高測股份推出了高線速碳化硅金剛線切片專機，一改碳化硅行業多數采用砂漿切割的工藝，在獲得相同晶片質量的前提下，提升產能4倍以上，顯著降低生產成本。2022年6~10月，高測股份已簽訂銷售訂單12臺。很顯然，這種設備制造能力與光伏設備金剛線切片機的技術能力是一脈相承的。
所以說搞好碳中和，在產業底層是一個水乳交織的過程。
光伏、風電、儲能、氫能、新能源汽車……它們在設備和原料端共享了很多資源，一個領域的繁榮會助推另一個領域加速成長，而共生共榮的產業根系最終會讓中國在整個新能源產業版圖上成為全球領軍的國家。
