2021年被媒體稱為碳化硅（SiC）爆發(fā)“元年”，肯定在半導(dǎo)體史冊上記上一筆；更有人說2022年將是800V爆發(fā)“元年”。不管怎么說，碳化硅持續(xù)升溫，連美國《華爾街日報(bào)》也說：全球汽車行業(yè)正把數(shù)以十億美元資金投向碳化硅芯片。
中國以電動汽車為代表的電力電子應(yīng)用發(fā)展很快，對新一代功率器件的需求不斷增加，在采用800V高壓等新技術(shù)方面也躍躍欲試。可以看到，許多國內(nèi)企業(yè)都在發(fā)力，力爭在碳化硅國產(chǎn)化自主可控方面贏得先機(jī)。
在寬禁帶半導(dǎo)體助力碳中和發(fā)展峰會期間，多家國內(nèi)碳化硅企業(yè)現(xiàn)身說法，分享了他們對碳化硅技術(shù)的理解和自主可控的應(yīng)用進(jìn)展。值得我們注意的是，在國內(nèi)碳化硅幾乎遍地開花的今天，冷靜理性思考，厘清思路乃重中之重。
6英寸還有足夠生命力
碳化硅產(chǎn)業(yè)這條路很長，國際上也在發(fā)展初期。從2011到現(xiàn)在，雖然我國碳化硅、氮化鎵等功率半導(dǎo)體材料和器件都實(shí)現(xiàn)了從無到有，但還沒有真正做到批量應(yīng)用。目前國內(nèi)還是以4英寸碳化硅襯底為主，6英寸僅是小批量供貨，而國外8英寸已經(jīng)小批量供貨，6英寸是應(yīng)用主流。
事實(shí)上，碳化硅不像氮化鎵應(yīng)用那么廣泛，主要應(yīng)用是電能轉(zhuǎn)換。從產(chǎn)業(yè)鏈看，包括材料、外延、器件、封裝、應(yīng)用，和硅產(chǎn)業(yè)鏈差不多，還需要另有一整條新的產(chǎn)業(yè)鏈才行。
碳化硅主要應(yīng)用
從晶圓代工看，目前碳化硅制造平臺主要以6英寸為主，線寬0.35到0.5μm，不會特別精細(xì)。大功率的發(fā)展目標(biāo)，做大晶圓就可以降低成本。有些新聞在炒作國內(nèi)碳化硅很快將進(jìn)入8英寸，事實(shí)上還沒有到，未來十年，6英寸還有足夠的生命力。
晶圓代工高門檻高風(fēng)險(xiǎn)
晶圓代工是制造業(yè)門檻最高的一個行業(yè)。專家指出，之所以很多企業(yè)都在虧錢，是因?yàn)榫A代工有上百道工序，精密度要求很高，而且要求多道工序高度協(xié)同配合。功率器件雖沒有集成電路線寬那么小，但也要求成品率；某一道工序不行，后面的都不行。
產(chǎn)業(yè)方面，碳化硅晶圓代工的各個環(huán)節(jié)都有需要解決的問題。材料、器件問題都會導(dǎo)致最后客戶用碳化硅做的電力電子設(shè)備不穩(wěn)定，材料生產(chǎn)、切割、工藝都有可能是出現(xiàn)問題的原因是。
另一個風(fēng)險(xiǎn)是投資，晶圓代工投資大、周期長，每臺設(shè)備的專業(yè)化程度都很高，整個產(chǎn)線是靠設(shè)備堆起來的，所以建廠、買設(shè)備、導(dǎo)入設(shè)備到投產(chǎn)、打磨產(chǎn)品，再到客戶認(rèn)可，然后小批量到大批量生產(chǎn)，每個階段沒有兩年都不行，成功生產(chǎn)出產(chǎn)品就要8年到10年，幾十億資本是否等得起？歷史經(jīng)驗(yàn)表明，幾個國際知名的晶圓廠都是砸錢10年以上熬出來的。
晶圓代工廠的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：一是運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)很高：產(chǎn)量還沒起來，人先要到位，恒溫、恒濕要保障，各種各樣的化學(xué)品、爐子缺一不可。這些東西易燃易爆，危險(xiǎn)系數(shù)很高；二是原材料要求極高：從光刻膠到去膠，各種藥液、上游材料，還有外延、襯底材料，哪一個都不能出問題，否則以后的工藝都有問題。
產(chǎn)品可靠性是另一個風(fēng)險(xiǎn)，通常一個電力電子設(shè)備可能就用一兩的芯片，一旦有問題機(jī)會殃及整個電源系統(tǒng)。每個芯片價(jià)值都不高，而一個代工廠要到盈虧平衡點(diǎn)得賣幾億顆料芯片，而且每一顆都要保證可靠性和參數(shù)一致，如果做不到，企業(yè)就沒有好的口碑，后果可想而知。
越專業(yè)的東西越難
晶圓代工廠專業(yè)性非常強(qiáng)，技術(shù)集中度很高，企業(yè)資產(chǎn)殘值很低。像光刻機(jī)，國外就那么幾家公司，經(jīng)典型號就幾種，要么選國外的，太高端的人家不賣；要么只能選國產(chǎn)的。好在不管什么機(jī)型基本上都通用，都是，現(xiàn)實(shí)是，不管什么刻蝕機(jī)，國內(nèi)能找到的維護(hù)人員不會就那么幾十個；再高端的設(shè)備國內(nèi)能夠找到的維護(hù)人員也就三五個人。第一是代工廠敢不敢買，那也得硬著頭皮去買。沒有設(shè)備就沒法開工。
等到設(shè)備出問題了，整條線都停了，維護(hù)人員卻告訴你：“我今年時間都排滿了，你讓我抽時間過來調(diào)機(jī)子，我抽不出來時間，”他又說：“我要出差，得有人幫我干活，能不能給我出10萬稅后打到我賬上？”不答應(yīng)也得答應(yīng)。可是，這個錢從哪里出？又得是一堆矛盾。
內(nèi)卷和內(nèi)耗都難受
上面說過，一顆芯片賣不了幾塊錢，工序卻有上百道，沒有協(xié)同，一道工序做不好，其他人就是白干。團(tuán)隊(duì)也很關(guān)鍵，技術(shù)路線紛爭會毀了整個企業(yè)，就像那個國內(nèi)大廠，搞不清是跟著摩爾定律走，還是做先進(jìn)封裝，弄得企業(yè)賠錢，領(lǐng)頭人脫不了干系。
企業(yè)層面出了問題，大家怎么聚在一起做？因?yàn)椴毁嶅X，股東和團(tuán)隊(duì)不合，團(tuán)隊(duì)和團(tuán)隊(duì)不合。用不了干一兩年，就會各回各家了。在這種的情況下，企業(yè)怎么去融資？
如果產(chǎn)品做的不錯，也有人要，能夠賺錢，也不是就沒有問題了，內(nèi)卷也會隨之而來，再有想“躺平”高管，同樣也是難。
器件還沒到好用階段
碳化硅材料生長難，晶圓也不好做，器件更不好做，應(yīng)用當(dāng)中高頻驅(qū)動也不好做，要充分發(fā)揮碳化硅器件的優(yōu)勢，需要采取與硅不同的高功率、高頻設(shè)計(jì)思路。
目前來看，而對于很多應(yīng)用來說，碳化硅也還是太貴，許多用戶用不起。不過，現(xiàn)在碳化硅二極管降價(jià)比較大，但是要和硅對標(biāo)，價(jià)格還高2倍左右，再過1-2年，有可能的硅的一倍。
在應(yīng)用方面，除了特別需要小體積、低重量的車用電源轉(zhuǎn)換器，碳化硅的應(yīng)用成本還是很高，盡管可以通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)降低總得成本，但畢竟不是所有的應(yīng)用都需要從體積和重量考量。
此外，碳化硅高頻驅(qū)動還存在一些問題，干擾問題需要進(jìn)一步解決，雖然設(shè)計(jì)的電源效率很高，卻容易出現(xiàn)問題，所以應(yīng)用方面也存在一些障礙。
對接需求需要假以時日
近兩年，大家都在講碳化硅行業(yè)即將迎來拐點(diǎn)，市場馬上就要爆發(fā)；現(xiàn)在是十年難得的產(chǎn)業(yè)機(jī)會，趕緊投資建廠；抓住行業(yè)風(fēng)口，搶占市場爆發(fā)的大蛋糕。
看看Yole的預(yù)測，從2010年的5千萬美元到現(xiàn)在5億美元，未來幾年可能有出現(xiàn)拉升。2020年，功率半導(dǎo)體方面碳化硅晶圓應(yīng)用規(guī)模是6英寸17萬片，4英寸13萬片；2025年，6英寸晶圓的應(yīng)用規(guī)模將達(dá)到80萬片，5年左右到100萬片。
按應(yīng)用劃分功率碳化硅市場預(yù)測
根據(jù)HIS數(shù)據(jù)，2020年硅基高壓MOS/IGBT/及各種二極管應(yīng)用規(guī)模為100億美元，再過5年，碳化硅對硅的替代率約為13%-15%，還處在發(fā)展初期。雖然如此，做碳化硅的企業(yè)還是急不可待，早走一步有沒有什么錯。
最近幾年，電動汽車市場發(fā)展非常快，超出了大家的預(yù)期。所以，投資公司都在問：現(xiàn)在碳化硅當(dāng)前市場有多大？未來市場有多大？增長速度有多快？其實(shí)，這幾個問題不重要，重要的是碳化硅大趨勢是好的。
碳化硅市場的發(fā)展不是問題，未來市場也足夠大，需求也會出現(xiàn)，目前的問題在于由于技術(shù)還不夠成熟，生產(chǎn)能力還不足以對接需求。要對標(biāo)國外碳化硅企業(yè)，生產(chǎn)能力還差得太遠(yuǎn)，包括材料、機(jī)械加工、模具等。
行業(yè)專家認(rèn)為，這種不足是0和1的差別。和其他行業(yè)不同，半導(dǎo)體生產(chǎn)能力不足，對標(biāo)國外生產(chǎn)工藝有差別，就是0，一顆芯片都出不了貨，更做不到低成本、高質(zhì)量、大批量，沒有產(chǎn)品就會被市場淘汰。
另外，半導(dǎo)體是全球市場，沒有行業(yè)、企業(yè)和地域之分，不管是誰，芯片做得不好，就沒有人敢用。車規(guī)半導(dǎo)體、功率半導(dǎo)體器件更是如此。真正的矛盾焦點(diǎn)在于，中國晶圓代工企業(yè)、碳化硅器件設(shè)計(jì)企業(yè)市場能力不足，市場開拓能力也不足。
“雙取代”也是一個字：難
碳化硅面臨的是任務(wù)是“雙取代”，一是新技術(shù)取代舊技術(shù)，二是國產(chǎn)器件取代進(jìn)口器件，所以難度非常大。客觀現(xiàn)狀是，國內(nèi)企業(yè)不成熟，對標(biāo)國外企業(yè)的產(chǎn)品也不成熟，難以滿足客戶要求。
客戶最需要的是一攬子解決方案，拿出這樣的方案需要有足夠多的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。客戶已經(jīng)在使用英飛凌、科銳、意法半導(dǎo)體、安森美的碳化硅器件，國產(chǎn)器件才剛剛出樣片，對標(biāo)不成熟是很自然的事情。
頭部公司碳化硅器件收入
行業(yè)中的公司都喜歡講自己的優(yōu)勢，沒有人講自己的不足。投資機(jī)構(gòu)也是，動不動就問：你們企業(yè)的優(yōu)勢有哪些？而現(xiàn)在的碳化硅賽道，幾乎就是全面劣勢：技術(shù)、品牌、資本、規(guī)模、產(chǎn)品、渠道、市場……
業(yè)內(nèi)一位做碳化硅代工的老總說：“優(yōu)勢很重要嗎？不重要。”做功率半導(dǎo)體的企業(yè)心理明鏡似的：講自己的優(yōu)勢沒有用，木桶效應(yīng)取決于最短的木板。這位老總認(rèn)為，在中國做半導(dǎo)體，不缺市場，不缺技術(shù)，不缺人才，不缺需求，缺的是土壤和機(jī)制。
客觀現(xiàn)實(shí)是，產(chǎn)業(yè)快不了，資本急火火；下游客戶需求也很急，巴不得明天給他管子，就可以裝車。事實(shí)上，你明天給他管子，他也不敢用，因?yàn)樗麜褔a(chǎn)器件當(dāng)備胎。即使測試認(rèn)證都過了，也是備胎。只要下游不缺貨，首先用國外大牌的器件，萬一老外哪天不供貨，才可以頂上。這是國內(nèi)企業(yè)的行業(yè)地位決定的。在半導(dǎo)體行業(yè)，地位是需要熬的，除非熬到行業(yè)一、二、三，后幾名只能使勁燒錢，報(bào)表都不會好看，只能玩命追趕。
現(xiàn)在國內(nèi)投碳化硅的建設(shè)速度已經(jīng)前無古人了，又的項(xiàng)目一年建廠，一年投產(chǎn)，一年出到1萬片，即便這樣的速度，對政府來說還是太慢了。因?yàn)橐粚谜?guī)劃就三五年，上面說過，要看到規(guī)模成績沒有8年很難。
國產(chǎn)的希望在哪里？
現(xiàn)在國內(nèi)市場夠大，人工也很便宜，工程師也很便宜；如果不拼就沒有任何優(yōu)勢。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化的根本要求是低成本、高質(zhì)量、大批量，產(chǎn)品有市場競爭力，企業(yè)有市場拓展能力。這需要通過打造能夠持續(xù)提高生產(chǎn)工藝能力的平臺來實(shí)現(xiàn)。
一是形成閉環(huán)體系。生產(chǎn)工藝能力一定要成體系，使設(shè)計(jì)、工藝、整合、生產(chǎn)、設(shè)備、動力、檢測、品控、應(yīng)用形成一個閉環(huán)。
二是求協(xié)同。通過全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新協(xié)同上下游，包括設(shè)備、原輔材料、下游封裝和應(yīng)用。利用行業(yè)地位和人脈，或者是這么多年熬過來的難兄難弟關(guān)系，謀求協(xié)同。
三是練苦功。砸錢買設(shè)備，砸錢流片，頂住壓力；還得和設(shè)備廠家糾纏，拖著他投入資源跟你一起解決設(shè)備遇到的各種問題。因?yàn)樗谫u設(shè)備時可能是忽悠，也可能不了解這個設(shè)備不太適合碳化硅，他沒有經(jīng)驗(yàn)還得裝。
還有人才問題，行業(yè)大佬告誡說：千萬不要指望大量培養(yǎng)研究生，專科生、本科生才是解決長期批量穩(wěn)定人才的關(guān)鍵。人才不穩(wěn)定沒有用，在一條線上不能沉下來五年八年，根本沒用。
先不談超越
從階段性指標(biāo)看，作為國產(chǎn)企業(yè)，未來五年左右能真正做到兩三萬片6英寸晶圓，就是為功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)了。因?yàn)樘蓟枋且粋€慢行業(yè)，慢才有中國企業(yè)的機(jī)會。如果快，國外企業(yè)早就搶沒了。未來三到五年，國外會繼續(xù)發(fā)展，作為后來者，能在國內(nèi)搶到15%的份額，就是很有價(jià)值的企業(yè)了。
國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該盡快將不成熟變成成熟，跟上國外發(fā)展的腳步，只要跟上，就不會被市場淘汰，就是勝利。
