功率半导体巨头拓展中国“朋友圈” 国产碳化硅商业化按下“加速键”

尽管全球半导体步入周期“寒冬”，但功率半导体细分赛道仍稳步增长，不仅英飞凌等国际功率半导体龙头最新财季业绩向好并上调对2023财年业绩展望，并且在前沿碳化硅领域拓展中国供应链“朋友圈”，为经历特斯拉“减碳”风波的碳化硅产业注入强心剂。

记者从业内人士了解到，当前从光伏到新能源汽车，碳化硅下游市场需求依旧旺盛，特别是车用级碳化硅衬底产能仍偏紧，国产碳化硅正在从产业化向商业化加速迈进。与此同时，今年国内碳化硅成本将加速下降，中低端产品竞争激烈，尚需加速缩小与国际巨头的技术差距。

产业需求趋势不变

自2021年特斯拉开始将碳化硅器件使用到主驱动逆变器上，凭借更高的系统效率，碳化硅开启 “上车”进程。然而，今年3月份投资者日活动上，特斯拉方面却表示下一代汽车平台的动力总成中将减少75%的碳化硅使用，给整个产业“泼了一盆凉水”。尽管如此，碳化硅产业并未止步。

近期国际功率半导体巨头英飞凌拓展碳化硅材料供应商体系，签约国产碳化硅衬底头部产商天岳新进、天科合达。在业内人士看来，其重要性被业内认为堪比消费单子厂商纳入“苹果产业链”。

“能供货英飞凌证明国产碳化硅衬底在技术和产能上的进步。”集邦咨询化合物半导体分析师龚瑞骄向记者表示，无论市场需求情况还是国际巨头扩产趋势，碳化硅特别是车用类高端碳化硅产品仍处于高度景气。

有国产头部碳化硅厂商向记者表示：“我们目前是没有多余碳化硅产能再外供了，虽然特斯拉喊出‘减碳’，但碳化硅的使用量在逐年增加并没有减少，市场需求强劲。”据介绍，公司产品已经供给海外头部功率器件厂商。

在碳化硅产业链中，碳化硅衬底和外延片的价值量占比超过一半，并且成为决定碳化硅器件品质的关键，市场上由美国Wolfspeed（科锐公司）、Coherent（原贰陆公司）和日本罗姆等厂商垄断。碳化硅衬底单晶材料可分为导电型衬底和半绝缘型衬底。其中，导电型衬底主要应用于电动汽车、新能源、储能等碳化硅电力电子器件领域。

本次签约英飞凌的天岳先进，在从半绝缘型向导电型衬底转型布局，去年新建上海工厂已经完成第一阶段的机电安装，预计今年上半年实现量产交付。去年公司与国内外多家汽车电子、电力电子器件等领域的知名客户签署长期协议。

从产业链来看，今年国际碳化硅巨头扩张热情高涨。另外，汽车整车厂商并未放弃碳化硅的合作和方案创新。

今年来，宝马、极氪等与安森美达成碳化硅长期供货协议，Wolfspeed与梅赛德斯也达成碳化硅器件供应合作； 4月份小鹏正式推出了新一代技术平台SEPA 2.0扶摇全域智能进化架构，采取全域800V高压碳化硅平台，综合效率达92%；哪吒GT搭载800V碳化硅电驱；东风汽车发布马赫E品牌，将搭载自主开发的碳化硅控制器，还将于年底量产碳化硅模块。华为也发布了“DriveONE新一代超融合黄金动力平台”，搭载了高效碳化硅技术。

“碳化硅属于先进技术，除了特斯拉，当前大部分车企使用的比较少，未来也将继续增加碳化硅的使用量，而不会减少。”黄河科技学院客座教授张翔向记者表示，碳化硅具有耐高温、耐高压的特性，非常适用于高压场景，而且在主逆变器中，碳化硅模块和IGBT模块相比，能够提高约5%的系统效率。

有碳化硅厂商介绍，据了解特斯拉减碳75%的计划主要针对下一代生产低端车型的产线，而传统产线并不会减少用量，因此整体碳化硅的使用净增量有望提升25%。

集邦咨询今年一季度统计，国内如比亚迪汉EV、蔚来ET7、小鹏G9、吉利Smart精灵#1等量产车型均有搭载碳化硅器件，国产供应商包括比亚迪、斯达半导和芯聚能，加速了碳化硅功率模块在国内市场的发展。另外，国内外的主流车企都已经在布局800V平台，集微咨询预测到2025年800V碳化硅的方案渗透率超过15%。

IDM商业化进展迅速

在当下功率半导体市场，硅基IGBT和碳化硅两种路径相互分流，因成本差异分别服务中低端与高端新能源市场；在特斯拉“减碳”风向下，两种路径也有望互相交织。

国产IGBT巨头时代电气高管近期在接受机构调研时表示：“公司急迫需要IGBT新产能，来缓解行过于旺盛的市场需求。”据介绍，最近特斯拉发布新的方案，确定大幅减少碳化硅的方向，很多汽车厂商也和公司一起研发新方案，可能加大硅基IGBT的应用。

尽管有硅基IGBT的潜在分流，碳化硅产业发展趋势难“开倒车”。

“碳化硅对硅基IGBT逐步的替代是不可逆转的，”芯聚能总裁周晓阳近期功率及化合物半导体论坛活动时指出，但一段时期内碳化硅在汽车主驱上的供不应求是没有办法解决的，因此需要考虑使用部分硅基IGBT来替代碳化硅，或者采取混合模块，或者提升碳化硅芯片的功率密度，或者进行封装创新、电驱系统改进等方案。

回首来看，2022年堪称国产碳化硅从产业化迈入商业化的关键年份，上市公司频频斩获订单，并且以IDM（设计制造一体化）厂商进展尤为突出。

作为LED芯片巨头，三安光电去年业绩下挫，但以碳化硅二极管、MOSFET及硅基氮化镓产品为代表的电力电子业务进展迅速，旗下碳化硅垂直产业链制造平台湖南三安实现销售收入6.39亿元，同比增长9倍，已签署的碳化硅MOSFET长期采购协议总金额超70亿元，目前湖南三安碳化硅产能已达1.2万片/月，湖南三安二期工程将在今年贯通，达产后配套年产能将达到36万片。

从出货来看，湖南三安的碳化硅二极管累计出货量超1亿颗领跑行业，已推出第四代高性能产品，且七款通过车规认证并开始逐步出货。另外，湖南三安半导体销售副总经理张真榕此前介绍，新能源汽车功率半导体步入放量期，三安用于主驱的碳化硅功率半导体有望在今年四季度正式上车。

另一家IDM企业华润微的碳化硅产品进展顺利，去年碳化硅器件整体销售规模同比增长约2.3倍，待交订单超过1000万元，投片量逐月稳步增加。车规级碳化硅MOS和碳化硅模块研发工作进展顺利，已完成多款碳化硅MOS模块产品出样。华润微给今年宽禁带半导体的目标是整体销售上亿元。

士兰微也是采用IDM模式，旗下士兰明镓在去年已实施“碳化硅功率器件芯片生产线”项目的建设，并预计今年底形成月产6000片6英寸碳化硅芯片的生产能力。去年10月，士兰微筹划非公开发行募资65亿元，募投项目之一便是用于“年产14.4万片碳化硅功率器件生产线建设项目”，并在今年4月26日定增获上交所审核通过。

在今年稍早前接受证券时报记者专访时，士兰微董事长陈向东介绍，通过发挥IDM一体化优势，士兰微碳化硅MOSFET/SBD功率器件芯片中试线进展顺利，芯片性能指标达到业内领先水平；士兰微正在加快建设碳化硅芯片量产线，用于汽车主驱的碳化硅功率模块已向部分客户送样。

在近期接受机构调研时，时代电气高管表示，碳化硅是公司半导体业务的一个重要投入方向，公司在既有产线上提高产能，希望产品研发商能够复制IGBT以前的发展路线，从应用方向提升器件的水平，预计今年会在一些领域做一些批量应用。

加速绑定晶圆产能

“碳化硅全产业链垂直整合更适合新能源汽车行业，”三安集成副总经理陈东坡在4月出席功率及化合物论坛时指出，车规芯片对设计和制造都要求要求高可靠、高稳定、高安全性，产品声明周期比较长，而IDM模式可以更好控制品质，并可以通过系统优化降低成本、提升产能，为车企做到“交钥匙”工程。

当前以IDM模式为代表上市公司在碳化硅业务上进展迅速，但订单兑现尚需时日，现阶段在上市公司贡献有限，难以对抗周期波动风险；相比之下，部分功率半导体的设计类企业或者分立器件、模组类企业业绩比较稳定，并发挥自身优势，通过自建产能或者绑定晶圆产能，形成“类IDM”模式，拓展碳化硅赛道。

作为A股IGBT龙头，斯达半导连续两年保持翻倍增长，去年公司实现净利润约8亿元，今年一季度净利润实现约2亿元，同比增长约36%，并且公司持续布局碳化硅赛道：2020年公司投资约2亿元建设全碳化硅功率模组产业化项目，投资建设年产8万颗车规级全碳化硅功率模组生产线和研发测试中心；2022年公司完成定增募资35亿元，用于投资IGBT和碳化硅芯片项目等。最新进展显示，公司车规级SiC模块开始在海外市场小批量供货，另外，使用公司自主芯片的车规级SiC MOSFET模块预计2023年开始在主电机控制器客户批量供货。

有接近斯达半导方面人士向记者介绍，从功率模组封装工艺上来说，碳化硅模块的封装工艺要求比IGBT模块要求更高，斯达半导模块封装技术面临新的考验。

宏微科技则表示已经掌握了碳化硅器件封装的关键技术。据介绍，传统的钎焊加引线键合技术的工艺框架难以满足某些特殊使用要求；银烧结技术作为钎焊技术的替代方案，可以更好的发挥碳化硅器件的性能，提高其功率循环寿命，更适应于高温的工作环境。公司已掌握了相关技术，并在相关的模块封装产品中得以批量生产应用。

宏微科技业绩也迎来大爆发，今年一季度净利润同比增长1.53倍。据介绍，公司订单饱满， 碳化硅二极管研发成功并实现小批量供货。公司高管在接受机构调研中介绍，2022~2023年公司推出了第一代平面碳化硅MOS，预计2024~2025年开发出沟槽产品；应用场景来看，碳化硅MOS产品主要应用于电动汽车，碳化硅二极管产品应用于光伏领域。

另外，扬杰科技采取IDM与Fabless（无晶圆厂模式）并行，多渠道加速碳化硅产能建设。

4月20日，扬杰科技公告计划投资10亿元在江苏扬州建设6英寸碳化硅晶圆产线，规划产能5000片/月，后续拟进一步布局6~8英寸碳化硅芯片生产线建设。目前扬杰科技已经向市场推出碳化硅模块及650V 碳化硅 SBD、1200V系列碳化硅SBD全系列产品，碳化硅MOSFET已取得关键性进展。

扬杰科技还通过投资控股湖南楚微半导体，进一步完善了公司在晶圆制造上的核心能力，形成了比较完备的晶圆产品制造能力。根据规划，楚微半导体二期建设规划为新增3万片/月的8英寸硅基芯片生产线项目和5000片/月的6英寸碳化硅基芯片生产线项目。

近年来，碳化硅产业加速了证券化。次新股公司中，东微半导去年净利润接近翻倍达到2.84亿元，今年一季度净利润同比增长近五成。其中，公司在碳化硅器件首次实现营业收入；燕东微披6英寸碳化硅SBD（肖特基二极管）产品处于小批量量产，1200V碳化硅MOSFET首款样品在性能评测中。

竞争加剧与产品升级

在国内新能源汽车、光伏、工控、射频通信等领域下游应用需求的高速增长背景下，碳化硅产业链技术水平及市场规模逐步壮大。据中金公司、华泰证券等研究报告，国内碳化硅衬底现有产能约为25.8万片/年~40万片/年，未来2~5年，国内碳化硅衬底产能有望达到400万片/年~420万片/年，预计较现有产能可实现约10倍以上的新增产能增长。

不过，相比国际碳化硅玩家，国产碳化硅供应链还需要面临技术差距以及成本加速下降等多重风险和压力。

集邦咨询化合物半导体分析师龚瑞骄介绍，以6英寸碳化硅衬底为例，国内良率大概有40%，海外大概有60%~70%；另外，碳化硅MOS分为平面类和沟槽类，在同等条件下，沟槽类更具备成本和性能优势，国内产品发力需要面对巨大的专利鸿沟。

“从下游应用场景来看，国产碳化硅产品主要以应用于工业市场的二极管和MOS产品为主，主驱MOS还在验证，而且面临激烈竞争。”龚瑞骄表示，随着产能在未来两三年密集释放，碳化硅市场供需将会趋于平衡。

国内头部碳化硅厂商向记者表示，从价格来看，碳化硅衬底除了2020年没变外，一直在下降；并且今年国内降幅大约是10%~20%，降幅远超海外市场。

相比龙头企业，碳化硅衬底新秀更容易遭遇“寒冬”。东尼电子1月初宣布获得6英寸碳化硅大额订单，其中2023年交付13.5万片，销售金额6.75亿元，叠加2022年业绩预增消息刺激，公司股价一度冲高，但很快回落。业内人士指出，这个价格相当于大约5000元/片，在业内处于偏低水平。

2021年东尼电子定增募投年产12万片碳化硅项目，对于募投项目最新进展，东尼电子在年报介绍，2022年公司碳化硅衬底材料已形成阶段性成果，开始小批量供货；但碳化硅募投行项目受技术要求高、迭代快，受研发进度、下游验证周期等多方面因素影响，存在不确定性，项目达产可能延期；目前碳化硅衬底片市场售价已低于预案测算值，且公司工艺路线切换，设备投入加大，该业务经济效益可能不及预期。

从技术进展来看，国产碳化硅厂商以6英寸碳化硅晶圆为主，而国际碳化硅大厂已经纷纷迈入8英寸，并将量产节点提前到今年。本次签约英飞凌的天岳先进和天科合达，也将助力英飞凌向200毫米（8英寸）直径碳化硅晶圆的过渡。与之相应，上述厂商也作出准备：天岳先进已经完成高品质8英寸导电型碳化硅衬底制备；天科合达2020年开展8英寸导电型碳化硅单晶衬底的研发，计划在2023年实现8英寸衬底产品的小规模量产。

有厂商向记者介绍，目前其公司产线是以6英寸为主，也会布局8英寸，这是市场和技术趋势，但当前8英寸综合成本比较高，单8英寸设备也比6英寸贵好几倍。

目前国产碳化硅企业对来自欧洲、日本的碳化硅设备仍有很大的依赖，国产设备厂商也在发力。北方华创作为A股半导体设备巨头，公司负责人出席功率及化合物半导体论坛时介绍，公司可以提供碳化硅的全套解决方案；A股半导体清洗巨头盛美上海并在今年3月份盛美上海宣布首次获得Ultra C SiC碳化硅衬底清洗设备的采购订单，该设备兼容6英寸和8英寸，每小时可达70多片晶圆的产能，可避免薄且易碎的碳化硅衬底的碎片。

设备厂商也亲自下场探索8英寸碳化硅晶体。晶盛机电介绍，公司在大尺寸碳化硅晶体研发上取得的重大突破，通过自有籽晶经过多轮扩径，成功生长出8英寸N型碳化硅晶体，加速大尺寸碳化硅晶体生长和加工技术自主可控。

来源：证券时报

作者：阮润生