“破局”8英寸碳化硅！國產第三代半導體邁入新時代？

隨著新能源汽車的發展，汽車半導體需求激增，具備突破性的第三代半導體材料碳化硅成了眾多車廠又愛又恨的對象，產業鏈呈現跑馬圈地的擴張態勢，競爭日趨激烈，國產碳化硅產業商業化也持續推進。

近期，國產碳化硅進擊8英寸工藝節點，似乎有望突破成本障礙，打開國產替代的空間。縱觀國內第三代半導體產業，當前取得了何種成績？未來空間幾何？產業鏈內又有哪些公司走在前列？

【資料圖】

國產碳化硅進擊8英寸

相比于傳統的硅基功率器件，碳化硅功率器件具備耐高壓、耐高溫、高頻化等特性，可以令整車能耗更低、尺寸更小、行駛里程更長，一定程度上緩解新能源車里程焦慮問題。

從產業鏈來看，SiC產業鏈條較長，涉及襯底、外延、器件設計、器件制造和封測等一系列環節，其中，碳化硅襯底和外延片的價值量占比超過一半，襯底成本最大，占比達47%；其次是外延成本占比為23%，成為決定碳化硅器件品質的關鍵。

數據來源：中商產業研究院整理

因此，襯底也成了國產廠商的必爭之地，也是國內產業與海外差距最小的細分領域。

一方面，大尺寸是碳化硅襯底制備技術的重要發展方向，6英寸碳化硅晶片仍是市場主流產品，8英寸襯底正在成為行業重要的技術演化方向。

從技術進展來看，Wolfspeed、ROHM、英飛凌、ST等國際碳化硅大廠已經紛紛邁入8英寸，并將量產節點提前到今年。國產碳化硅廠商基本以6英寸碳化硅晶圓為主，總體處于向6英寸加速實現量產、8英寸布局研發的階段，并逐漸退出4英寸市場。

另一方面，進軍8英寸襯底也被視為降低成本的關鍵之舉。

從碳化硅器件層面看，當前成本仍高于傳統硅器件3到5倍。特別是今年3月份碳化硅旗手特斯拉倒戈，喊話未來減少75%碳化硅用量，被視為施壓供應商意法半導體降低成本之舉。

而相對于6英寸，8英寸的面積增加了78%左右，由于邊緣損耗減少，同等條件下從8英寸襯底切出的芯片數會提升將近90%，因此，尺寸越大晶片的利用面積也越大。從產品使用效率上看，目前6英寸和8英寸的可用面積大約相差1.78倍，換言之，8英寸制造將會在很大程度上降低碳化硅的應用成本。

從近期公司公告，國內多家廠商正在“破局”8英寸。

今年5月，天岳先進、天科合達簽約英飛凌，供貨碳化硅6英寸襯底、合作制備8英寸襯底；6月，三安光電與意法半導體結盟升級，斥資32億美元共建8英寸碳化硅外延、芯片合資代工廠，并計劃通過三安光電全資子公司，投入70億元建設年產48萬片/年的8英寸碳化硅襯底；中電化合物也宣布與韓國Power Master簽訂了長期供應8英寸在內的碳化硅材料的協議，公司預計未來3年碳化硅產能將達到8萬片。

盡管當前8英寸在快速發展，但實現量產的企業還只有Wolfspeed。當前國內8英寸SiC晶圓量產面臨較多的難點，比如襯底制備中8英寸籽晶的研制、大尺寸帶來的溫場不均勻、氣相原料分布和輸運效率問題、高溫生長晶體內部應力加大導致開裂等，以及后續外延工藝、相關的設備發展等，均需要產業上下游緊密協同來攻克挑戰。

不過，上述多項合作信息預示著，國內包括三安光電、天科合達、天岳先進在內，或已在推進8英寸碳化硅材料生產事宜。隨著國內廠商獲得國際功率半導體巨頭青睞和結盟，積極追趕更為先進的8英寸工藝節點，碳化硅產品價格有望步入“甜蜜點”，考慮龍頭企業規劃，中電化合物的總經理潘堯波預計國產8英寸碳化硅將在2025年左右起量，國產廠商亦有望受益。

國產替代空間幾何？

碳化硅行業是一個巨大的增量市場，尤其是隨著新能源汽車產業變革趨勢下，碳化硅正迎來全面爆發期。

據方正證券測算，預計2026年全球SiC襯底有效產能為330萬片，距同年629萬片的襯底需求量仍有較大差距。在業內形成穩定且較高的良率規模化出貨前，整個行業都將持續陷于供不應求。

具體來看，受新能源汽車及發電、電源設備、射頻器件等需求驅動，2026年碳化硅器件市場規模有望達89億美元，其中用于新能源汽車和工業、能源的SiC功率器件市場規模為60億美元，用于射頻的SiC器件市場規模為29億美元。

市場收益方面，TechInsights 表示，碳化硅市場收益在2022年至2027年期間將以35%的復合年增長率持續增長，到2029年，該市場規模將增長到94億美元(考慮各機構預測口徑不同，2029年有望超過100億美元規模)，其中中國將占一半。

如此風口下，國內也涌現出一批碳化硅相應企業，積極規劃碳化硅全產業鏈布局。其中，不少下游廠商反饋，車企正在加速導入國產碳化硅襯底、外延片，上下游廠商持續合作以共同改善良率，希望構建本土供應鏈。

在此次事件主角——8英寸碳化硅襯底方面，據不完全統計，國內有十余家企業與機構正在研發，包含爍科晶體、晶盛機電、天岳先進、南砂晶圓、同光股份、天科合達、科友半導體、乾晶半導體、中科院物理所、山東大學等。賽微電子、三安光電、露笑科技等也有相關產能在投建中。

碳化硅競爭格局如何？

最后，分析2023年中國襯底材料行業的發展趨勢和競爭格局，中國襯底材料行業將迎來新的創新和發展機遇，但市場競爭仍然十分激烈，并將在行業中持續存在。

當前碳化硅市場呈現歐美日三足鼎立的局面，面對下游需求持續增長、碳化硅產品供不應求的形式，國內外廠商均在加速研發、擴產，垂直整合也成為碳化硅行業的主導趨勢。

目前而言，在碳化硅襯底市場主要分為三大梯隊，行業高度集中。

據智研咨詢統計，海外龍頭企業寡頭壟斷，美國Wolfspeeed公司占據全球60%以上的市場份額，2015年推出8英寸碳化硅襯底，位列市場第一梯隊；其他海外領軍廠商如羅姆、II-VI、意法半導體等也相繼開展襯底材料業務，到2021年已具備8英寸襯底的生產能力，海外領軍廠商和我國襯底行業龍頭企業加快產品研發，產品在國際上的市占率也在持續提升，處于第二梯隊；國內企業起步較晚，研發進度相比國外企業較慢，中小型襯底材料生產商技術處于借鑒和完善階段，屬于第三梯隊。

往后看，襯底材料行業的未來發展趨勢也值得關注。

首先，隨著IT產業的加快發展，對襯底材料的需求不斷增加。這意味著，襯底材料具有更高的靈活性、更強的耐電性和更小的體積，同時價格可以較低優勢，未來幾年市場前景將更加廣闊。

其次，2023年全球襯底材料生產廠家正在大力投資研發，致力于開發更多具有魯棒性、可靠性、抗壓性和耐火性的產品，從而獲得高水平的生產設備，加速襯底材料的技術進步。

再次，襯底材料行業的供應商目前正處于瞬息萬變的狀態，廠家也在努力提高各種生產工藝的靈活性If，同時建立起完善的供應鏈體系，以保障襯底材料的及時供應。

最后，受政府政策的支持，2023年襯底材料行業將進一步規范，行業環境將更加良好，優質企業實力將得到進一步提升。

因此，2023年中國襯底材料行業競爭格局將會是多方面共同發展，競爭將更加激烈且更加復雜。研發能力強、生產設備尖端，優質企業實力逐漸提升等將是未來競爭的關鍵因素。

標簽：