中國碳化硅的2024，是未來也是終局

作者/星空下的烤包子

編輯/菠菜的星空

排版/星空下的白菜

這兩年，第三代半導體材料碳化硅（SiC）吹得很響，如雷貫耳。

去年，有媒體將2021年譽爲“碳化硅爆發元年”。到了今年，又有人將2022年譽爲“碳化硅功率芯片應用的新元年”，不知道明年還能不能提出新的口號（此處參考“21世紀是生物學的世紀”）。資本市場也是聞風而動，與碳化硅擦點邊的標的都是扶搖直上。

然而，國內碳化硅的技術水平，特別是襯底的水平，和海外龍頭有着不止一點點的差距，產能上也差了兩三個數量級。更爲要命的是，海外龍頭規劃了大量的新增產能，這些產能大多在2024年左右滿產或投產。彼時，國內碳化硅將幾無立錐之地。

一、SiC是最適合功率器件的材料

由硅組成的半導體材料改變了我們的生活，相信在未來很長的一段時間裡，硅半導體依然會是主流。在硅材料幾十年的發展過程中，也遇到了一些問題，很多人嘗試用不同的材料去替代它。半導體材料也發展了三代。碳化硅就是第三代半導體材料。由於SiC具有寬禁帶寬度，從而導致其有高擊穿電場強度等材料特性。受益於SiC的材料特性，SiC功率器件具有耐高壓、體積小、功耗低、耐高溫等優勢。

資料來源：公開信息整理

這種優勢主要體現在功率器件上。基於前述特性，相同規格的SiC-MOSFET比Si-MOSFET相比，導通電阻降低爲1/200，尺寸減小爲1/10；相同規格的使用SiC-MOSFET的逆變器和使用Si-IGBT相比，總能量損失小於1/4。

資料來源：ROHM

功率器件是電力電子行業的重要基礎元器件之一，廣泛應用於電力設備的電能轉化和電路控制等領域，是工業體系中不可或缺的核心半導體產品。新能源汽車的快速增長爲功率器件帶來了廣闊的發展空間。

資料來源：Yole Development、天科合達

碳化硅MOSFET替代硅基IGBT是大勢所趨。SiC-MOSFET具有導通電阻低，開關損耗小的特點，更適合應用於高頻電路。在新能源汽車電機控制器、車載電源、太陽能逆變器、充電樁、UPS等領域有廣泛應用。

關於碳化硅，我們還有幾點需要明確。首先，SiC並不能全面替代硅。碳化硅的優勢是耐高壓、耐高溫、低能量損耗，但這些優勢在消費電子產品中完全體現不出來。相反地，SiC晶圓製備困難，成本過高，且刻蝕困難，因此無法全面替代硅材料。

其次，碳化硅和氮化鎵的性能各有側重，應用領域不同。SiC側重高壓，GaN側重於高頻，兩種材料的競爭屬性不大，應用場景也不盡相同。

資料來源：Wolfspeed官網

另外，即使是SiC的優勢領域——功率器件當中，SiC也不是一家獨大，硅基IGBT也並非不能用。雖然硅材料在高溫、高壓性能上先天不足，但海外龍頭憑藉着極強的技術優勢，能夠將硅基IGBT的性能做到和SiC-MOSFET一樣的性能，成本上可能還更有優勢。中國硅半導體產業鏈外強中乾，硅基IGBT產業並不領先，所以才大力發展SiC材料，這恐怕也是一種無奈之舉。

在未來很長的一段時間內，SiC都只能攫取半導體材料中一塊不大的市場空間。因此我們在分析SiC時，切不可盲目樂觀。

二、碳化硅襯底，遠比你想象的難做

SiC 產業鏈主要包括襯底、外延、器件製造、封測等環節。SiC 襯底是晶圓成本中佔比最大的一項。由於SiC襯底加工環節複雜、耗時，所以其在整個 SiC 晶圓中所佔成本比例最高，其在成本中的佔比高達47%。

Wolfspeed在 SiC 襯底一家獨大，而 II-VI 和 SiCrystal 位居第二梯隊，有 10%多的市場份額。接下來的廠商包括 SK Siltron（5%）以及天科合達（4%），其他的中國公司甚至沒有上榜。下圖展示了碳化硅襯底的全球競爭格局。

資料來源：Wolfspeed

碳化硅襯底還是典型的資本密集型行業，長晶過程需要大量的長晶爐。碳化硅長的實在是太慢，一個月才能長2cm，一臺爐子一年只能長400-500片。當然這還是理想情況下的數據，根據天嶽先進（688234）《招股書》，其2021 年其長晶爐的單臺年產能在也才115片。一臺爐子也不便宜，大約需要150萬元。因此，碳化硅也是個十足的燒錢玩意，一般小戶人家根本承受不起。

碳化硅襯底尺寸越大、良率越高，其單位成本就越低。當前國內SiC襯底的主流尺寸爲4或6英寸，而Wolfspeed早已實現8英寸襯底的量產。擴徑有着極高的技術壁壘，不同尺寸的SiC襯底之間有大約5年的差距，鑑於國內大多數廠商連6英寸都沒有搞明白，良率也普遍較差，因此國內外的技術差距大約在7年以上。

三、2024年，達摩克利斯之劍落下的時刻

近幾年碳化硅行業大火，海內外公司連滾帶爬往前衝。速度之快，已經不能用CAGR（年複合增長率）來表述，只能用倍來描述。Wolfspeed預計在2024年前產能擴充30倍；Rohm預計在2024年前產能擴充5倍（計劃在2025年3月前投資35.8億人民幣，提升產能16倍）；II-VI計劃產能擴充5-10倍；住友電工4英寸GaN-on-SiC產線2020年產能較2017年擴大10倍。

而這其中最讓人震撼的當然是Wolfspeed。Wolfspeed的8英寸SiC襯底已於2019年研發成功，2021年左右投產，有報道稱計劃於2024年將產能達到驚人的年產600萬片。鑑於2020年全球SiC總產能才約40萬片，新能源車的需求再強勁，也不能兩年翻十幾倍吧？可以預見的是，如果Woofspeed達產順利，SiC行業就會被瞬間抽成真空，更不要說還有Rohm、II-VI這些二線龍頭。

我們再來看一下國內公司的情況。

露笑科技（002617）2022年7月披露，其SiC目前已經形成1000片/月的生產能力，良率約50%，預計到2022年底可以實現5000 片/月的碳化硅襯底片供貨能力，折算下來一年也才6萬片。

天嶽先進在上海投資建設的6英寸導電型碳化硅襯底材料預計將於2022年三季度投產，2026年才能滿產。

天科合達投資9.5億新建的第三代半導體碳化硅襯底產業化基地建設項目計劃於 2022 年年初完工投產，但現在依然查不到該項目投產的相關報道。

三安光電（600703）2022年6月20日回覆投資者，公司全資子公司湖南三安現有碳化硅產能3,000片/月已投片生產，目前也就這麼多產能。

東尼電子（603595）則在2022年8月的調研中回覆，公司剛剛切換了碳化硅的生產路線，其碳化硅項目一直到2023年12月才能投產。

我們可以發現，當前A股的碳化硅標的，要不產能還停留在每個月幾千片的水平，要不還在艱難的產能爬坡和提升良率之中，這個過程可能還要5年以上。有些纔剛剛開工，甚至剛剛更換了技術路線。和滾滾而來的百萬片級別的新產能相比，套用《三國演義》中的一句話，簡直是“諒腐草之螢光，怎及天心之皓月”。

剛纔已經說過，碳化硅行業是資本密集型的，三安光電等上市公司尚可以從資本市場獲得融資，未上市的公司恐怕更是艱難。留給我們的時間太短，現在已經是2022年8月末，筆者已經開始盼望過年and年終獎了，2023年到了，2024年還會遠嗎？

2024年到了，達摩克利斯之劍也該落下了。

當然，中國的碳化硅也不是完全沒有機會。中國公司可以與海外公司錯位競爭，以己之上等馬對陣彼之下等馬，有望在海外公司相對薄弱的器件環節，特別是SiC MOSFET環節贏得薄薄的一席之地

當然，資本市場也可以繼續講故事，我們特別擅長打持久戰，擅長以時間換空間。雖然2024年左右海外公司有望完全佔領市場，但當技術水平逐漸穩定之後，我們可以和他們比拼成本和管理，並有望在2030年以後重新奪回碳化硅市場。

不過，那是2030年以後的故事了。

注：本文不構成任何投資建議。股市有風險，入市需謹慎。沒有買賣就沒有傷害。