眾多巨頭布局“打臉”馬斯克，國(guó)產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)極速前進(jìn)
5月19日，據(jù)路透社報(bào)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(dòng)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?duì)I收為1.5萬(wàn)億日元（約760億人民幣），利潤(rùn)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(jiǎn)報(bào)會(huì)，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(jì)劃增加IGBT和SiC的市場(chǎng)份額。
根據(jù)報(bào)道，瑞薩電子計(jì)劃在其高崎的硅器件工廠進(jìn)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(lái)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(zhǎng)工程師。
事實(shí)上，早在2022年11月，瑞薩電子就公開宣布，他們將進(jìn)入SiC功率半導(dǎo)體市場(chǎng)。當(dāng)時(shí)，瑞薩汽車業(yè)務(wù)副總經(jīng)理Vivek Bhan表示，他們計(jì)劃在2024年重新啟動(dòng)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(tuán)達(dá)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(tuán)（Tata Elxsi）和瑞薩電子宣布在印度班加羅爾的聯(lián)合設(shè)計(jì)中心開展合作，該中心將為電動(dòng)汽車 (EV) 開發(fā)碳化硅等有針對(duì)性的解決方案。
根據(jù)合作公告，為打造輕型電動(dòng)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(shuí)能想抓住這輪戰(zhàn)略機(jī)遇期
市調(diào)機(jī)構(gòu)Straits Research近日發(fā)布的一份研究報(bào)告顯示，2022年全球碳化硅晶圓市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)8.19億美元，2031年將增長(zhǎng)至29.49億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為15.30%，遠(yuǎn)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(kuò)大，供應(yīng)持續(xù)吃緊，吸引越來(lái)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(guó)大陸廠商也在積極布局，已有超過(guò)50家國(guó)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(yùn)行，電能消耗更少、散熱性能更佳，十分適合制造電動(dòng)車、5G通信、太陽(yáng)能光伏等行業(yè)所需功率半導(dǎo)體器件。有觀點(diǎn)甚至認(rèn)為碳化硅將是超越摩爾定律，推進(jìn)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(lái)，國(guó)際上幾家碳化硅龍頭大廠均有新的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。最大的碳化硅晶圓廠Wolfspeed日前宣布，計(jì)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(guó)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(wàn)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(zhǎng)將來(lái)自于碳化硅在電動(dòng)車市場(chǎng)的增長(zhǎng)，未來(lái)3年碳化硅收入預(yù)計(jì)達(dá)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(guò)程中更容易產(chǎn)生廢品，降低良品率。目前國(guó)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(guó)企業(yè)已取得了較大進(jìn)步，從4英寸到6英寸，再到8英寸，代際差距不斷縮小。國(guó)際上4英寸碳化硅襯底量產(chǎn)時(shí)間相比國(guó)內(nèi)早10年以上；6英寸則大致早7年;8英寸時(shí)代差距有望進(jìn)一步縮小。
不過(guò)有一點(diǎn)應(yīng)該注意，很多國(guó)際企業(yè)將8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)節(jié)點(diǎn)就定在今年。中國(guó)企業(yè)雖然也在8英寸襯底的開發(fā)上取得進(jìn)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(guó)企業(yè)對(duì)來(lái)自歐美、日本的碳化硅設(shè)備仍有很大依賴。
國(guó)產(chǎn)企業(yè)“死磕”碳化硅
碳化硅具有承載電壓等級(jí)高等優(yōu)異性能，所以新能源汽車對(duì)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(kuò)張的節(jié)奏。
這時(shí)你就能理解老馬同志為什么急得跳腳說(shuō)要減少75%的碳化硅供應(yīng)了——價(jià)格貴，供應(yīng)慢，用量大。
國(guó)內(nèi)企業(yè)也瞄準(zhǔn)了這個(gè)賽道的機(jī)會(huì)。在襯底這個(gè)環(huán)節(jié)，中國(guó)正在奮起直追，主要廠商是天岳先進(jìn)和天科合達(dá)。2019年，華為旗下的哈勃就投資了山東天岳，持股10%。
但目前國(guó)產(chǎn)比海外產(chǎn)品還存在一定差距。
現(xiàn)在中國(guó)有很多企業(yè)布局在碳化硅上下游各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，而美國(guó)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(guò)度依賴?yán)撬佟Ｓ袠I(yè)內(nèi)專家跑了很多整車廠，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)新勢(shì)力對(duì)碳化硅國(guó)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(duì)中國(guó)禁售碳化硅等產(chǎn)業(yè)高精尖的設(shè)備，所以國(guó)產(chǎn)化設(shè)備、原料、輔料就成了中國(guó)必須要做的事情。
現(xiàn)在中國(guó)做襯底的單晶爐基本都國(guó)產(chǎn)化了，而要用到的熱場(chǎng)、粉體還需要進(jìn)口。另外切割、磨削、拋光的設(shè)備現(xiàn)在還以進(jìn)口為主，國(guó)產(chǎn)設(shè)備將很快上馬。我們相信，中國(guó)新能源汽車這么激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，這么繁榮的市場(chǎng)前景，一定會(huì)助推越來(lái)越多的車企追求碳化硅基礎(chǔ)上的“超快充”。
就像過(guò)去幾年，除了某個(gè)封閉系統(tǒng)、封閉充電接口的手機(jī)品牌以外，幾乎所有手機(jī)品牌都在卷充電功率。我們的手機(jī)從過(guò)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(jí)的各型號(hào)插頭。過(guò)去手機(jī)超快充都是先用在中高端和旗艦機(jī)型上的。現(xiàn)在人們花個(gè)兩三千塊錢就能輕松買到100W以上的手機(jī)快充，我們知道，這是“氮化鎵”的功勞。
事實(shí)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?yàn)槭謾C(jī)充電過(guò)程中對(duì)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(chǎng)景不同。中國(guó)消費(fèi)電子領(lǐng)域的激烈競(jìng)爭(zhēng)，讓中國(guó)氮化鎵產(chǎn)業(yè)因此受益，國(guó)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(lái)的東西，最后它的結(jié)局一定是過(guò)剩。過(guò)剩的結(jié)果就是企業(yè)去庫(kù)存，價(jià)格大幅下降，企業(yè)開始血拼、洗牌，對(duì)客戶的吸引力增強(qiáng)，擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景和規(guī)模。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)本就如此。馬斯克擔(dān)心的是短期幾年內(nèi)，這樣的“過(guò)剩”場(chǎng)景都很難見(jiàn)到。
但實(shí)際上，碳化硅未來(lái)的趨勢(shì)一定是“舊時(shí)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(shuō)：“短期內(nèi)還沒(méi)有任何一種半導(dǎo)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(dāng)天，他們的動(dòng)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(xì)算，不是改弦更張、另起爐灶。
隨著中國(guó)碳化硅原料、設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化水平不斷提升，現(xiàn)在480kW的超級(jí)快充還是某些車企品牌的賣點(diǎn)，未來(lái)一定像66W、100W的手機(jī)快充一樣稀松平常。這個(gè)東西只要中國(guó)人在玩命做，它豈有價(jià)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(dòng)。
糧不多，省著點(diǎn)吃。但是未來(lái)，我們一定會(huì)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(guó)光伏產(chǎn)業(yè)獨(dú)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(zhǎng)、切割設(shè)備的研制過(guò)程中。
經(jīng)過(guò)自主的技術(shù)攻關(guān)，2022年8月，光伏設(shè)備企業(yè)晶盛機(jī)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(guó)內(nèi)外技術(shù)差距，并獲得了不低于23萬(wàn)片的訂單。2022年8月，電科裝備2所成功實(shí)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(dòng)化設(shè)備貫線，為解決第三代半導(dǎo)體關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題貢獻(xiàn)力量。2022年6月，國(guó)內(nèi)光伏硅片切割設(shè)備企業(yè)高測(cè)股份推出了高線速碳化硅金剛線切片專機(jī)，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(cè)股份已簽訂銷售訂單12臺(tái)。很顯然，這種設(shè)備制造能力與光伏設(shè)備金剛線切片機(jī)的技術(shù)能力是一脈相承的。
所以說(shuō)搞好碳中和，在產(chǎn)業(yè)底層是一個(gè)水乳交織的過(guò)程。
光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、氫能、新能源汽車……它們?cè)谠O(shè)備和原料端共享了很多資源，一個(gè)領(lǐng)域的繁榮會(huì)助推另一個(gè)領(lǐng)域加速成長(zhǎng)，而共生共榮的產(chǎn)業(yè)根系最終會(huì)讓中國(guó)在整個(gè)新能源產(chǎn)業(yè)版圖上成為全球領(lǐng)軍的國(guó)家。
