出品 | 虎嗅科技組
作者 | 丸都山
【資料圖】
編輯 | 陳伊凡
頭圖 | 視覺中國
科技巨頭的重大決定，或許能夠左右一個產業的興衰。
2018年，在馬斯克宣布在特斯拉Model 3車型上使用碳化硅芯片后，這個小眾產業迅速吸引了全球的目光，人們一致認為這種化合物半導體材料，才是新能源車的未來。
此后五年的時間里，科銳、英飛凌、意法等國際大廠上演“神仙打架”，而國內相關廠商在全球產業鏈中幾乎毫無存在感，似乎中國的半導體產業又一次錯過了一場盛宴。
但就在近日，這個產業傳出了一則來自中國的消息。
5月3日，全球半導體巨頭英飛凌宣布，已與中國碳化硅材料供應商北京天科合達半導體股份有限公司簽訂一份長期供貨協議，以確保獲得更多有競爭力的碳化硅來源，維護整體供應鏈穩定。
同一天，天科合達官微對這次合作做出了補充說明：公司將為英飛凌供應用于制造碳化硅半導體產品的高質量并且有競爭力的150毫米碳化硅晶圓（襯底）和晶錠，其供應量預計將占到英飛凌長期需求量的兩位數份額。
這是中國碳化硅廠商首次與國際大廠簽訂長期供應協議，而且供應材料也從晶錠擴展至碳化硅產業的核心環節——襯底，這無疑給中國碳化硅行業注入了一針強心劑。
聯姻英飛凌，分量有多重？
碳化硅屬于化合物半導體的一種，與最常見的硅基半導體相比，碳化硅更加適應高功率、高頻、高溫、高電壓等場景，而這些特征決定了當新能源汽車的三電系統（電動機、電池、電控）使用碳化硅器件時，對于單晶硅材料就是“降維打擊”。
當然，碳化硅材料當前也有一個顯著的缺點——成本較高，同等性能的器件，碳化硅材料價格大概是單晶硅材料的5-6倍。占據成本最高的部分，就是襯底。
關于成本問題，要從碳化硅的工藝流程說起。通常情況下，高純度的碳粉和硅粉在一定溫度條件下進行反應，以生長出不同尺寸的晶錠，這一過程被稱之為“長晶”，與傳統單晶硅材料相比，碳化硅長晶速度十分緩慢，通常每7天才能生長2-3厘米，這是決定碳化硅材料價格較高的第一個因素。
在長晶完成后，還需要通過切（切割）、磨（打磨）、拋（拋光）三個環節將晶錠加工成“襯底”。后續還要經過外延、設計、制造、封裝等工藝流程后，才會產出用于終端的各型器件。
在整個工藝流程中，僅襯底就占據了碳化硅47%的成本，而器件研發和其他后段工業成本占比僅為11%。也就是說，在碳化硅產業中，產業鏈價值量存在嚴重的“倒掛”現象，這就是襯底被視為碳化硅產業核心環節的原因。
天科合達并不是第一家向國外廠商供應材料的企業，但大批量向國外供應襯底的合作，天科合達尚屬首次。
一位業內人士向虎嗅介紹，過去外企大多是直接向國內碳化硅廠商購買晶錠，再自行加工襯底片，原因在于國內企業晶體加工存在很大的短板?！疤蓟璨牧嫌捕雀?，‘切磨拋’環節加工難度很大，而且材料利用率也很難得到有效提升，屬于一項‘卡脖子’環節”，這位業內人士表示。
為解決晶錠的加工環節，英飛凌曾在2018年不惜斥資1.24億歐元收購冷切割技術公司Silecrta，只為提升碳化硅襯底片的切割效率。
而此次天科合達能夠順利打入英飛凌供應鏈，意味著這家公司已經完全打通了150mm（6英寸）碳化硅襯底的所有環節，且實現了成本可控。
本次合作的另一方英飛凌，前身是西門子半導體事業部，其產品以高可靠性和卓越質量而著稱，在2020年完成對賽普拉斯半導體收購后，一躍成為全球第一大功率器件和車用半導體廠商。
“成為英飛凌的碳化硅供貨商，其意義不亞于當年第一家打入‘果鏈’的中國公司”，一位曾與英飛凌合作過的業內人士向虎嗅介紹，由于英飛凌在功率半導體產業中絕對的龍頭位置，打入英飛凌供應鏈意味著后續天科合達在全球碳化硅半導體產業中有望“一路綠燈”。
作為一家孵化于中科院物理所的企業，天科合達曾吸引包括中科創星、華為哈勃、比亞迪創芯在內的多家產業資本的投資。
“而且英飛凌對質量管理較為嚴格，通常會對供應商提供詳盡的指導意見，后續天科合達的交付能力也有望進一步提升?！?/strong>這位業內人士補充道。
國產碳化硅，“?！敝杏小皺C”
盡管此次合作讓天科合達在碳化硅領域邁出了關鍵的一步，但對于國內其他碳化硅而言，當下的行業時局不能算理想。
就在兩個月前，曾經的碳化硅芯片擁護者馬斯克，在投資者日上宣布，特斯拉旗下車型將減少75%的碳化硅器件使用量，原因依舊是那個反復被提及的成本問題。一石激起千層浪，在馬斯克的這番表態后，全球碳化硅概念股迅速崩盤，質疑聲也開始此起彼伏的出現。
對于中國碳化硅廠商來說，這樣的聲音顯得更加刺耳。由于國內碳化硅產業起步較晚，長期因良率問題而無法參與到海外競爭之中。一位業內人士就曾向虎嗅表示，Wolfspeed等國際大廠的碳化硅襯底在良率上可以達到75%以上，而國內廠商在理想狀態下能夠勉強達到50%的良率。
在這樣的背景下，中國碳化硅產業似乎有了一絲“出師未捷身先死”的意味。
但碳化硅真的不行了嗎？
碳化硅廠商綠能芯創董事長廖奇泊曾向虎嗅表示，以新能源汽車為例，現階段碳化硅材料成本的確較高，但由于車輛的水冷系統得到了簡化，系統成本沒有大幅提高。
更重要的是，在一些特定領域中，比如光伏逆變器、高續航里程電動車中，碳化硅的作用無可替代?！澳壳霸谶@些場景中，沒有比碳化硅更合適的材料?！币晃粯I內人士指出。
根據CASA(第三代半導體產業技術創新聯盟)的預測，未來幾年乘用車（包括油車）上的碳化硅MOSFET（金屬-氧化物半導體場效應晶體管）滲透率將從當前的24%上升為42%，全球碳化硅市場銷售額也有望從當前的74.8億元增長至429.3億元。
| 年份 | 2022 | 2023 | 2024 | 2025 |
|---|---|---|---|---|
| 全球乘用車銷量（萬） | 7364 | 8000 | 8200 | 8405 |
| 碳化硅器件滲透率 | 24% | 30% | 36% | 42% |
| 碳化硅襯底成本占比 | 43% | 40% | 35% | 30% |
| 碳化硅市場空間（億元） | 74.8 | 119.9 | 297.6 | 429.3 |
此外，也有一些業界巨頭對碳化硅的前景持樂觀態度。英飛凌全球高級副總裁兼中國區總裁潘大偉就曾表示，“碳化硅能夠顯著提升新能源汽車的續航里程，或者在相同的續航里程下，大幅降低電池裝機量和成本?！?/strong>
按照英飛凌的計劃，到2027年，英飛凌的碳化硅產能將增長10倍，屆時其碳化硅業務的銷售額將增長至約30億歐元。
當前，中國碳化硅產業無論是良率還是技術都無法同國際大廠相媲美，但從各主要廠商的規劃來看，未來幾年中國碳化硅產業即將進入爆發階段。
| 公司 | 主營業務 | 現有產能 | 規劃產能 |
|---|---|---|---|
| 天岳先進 | 襯底 | 6.7萬片/年 | 2026年年產30萬片 |
| 天科合達 | 襯底、外延 | 12-15萬片/年 | 2025年年產50萬片 |
| 三安光電 | 襯底、外延、芯片、封裝 | 5萬片/年 | 2025年年產36萬片 |
| 爍科晶體 | 襯底 | 月產能8000片 | 2025年年產30萬片 |
| 露笑科技 | 襯底、外延 | 月產能5000片 | 2023年年產20萬片 |
| 東尼電子 | 襯底 | 2022年生產6750片 | 2024年年產30萬片 |
國內碳化硅廠商產能規劃情況
值得一提的是，目前全球碳化硅產業正處于6英寸向8英寸襯底過渡窗口期，按照全球最大碳化硅廠商Wolfspeed的測算，如果碳化硅器件基于8英寸襯底生產，那么綜合成本有望下降50%，這將對“碳化硅上車”起到重要的激勵作用。
而在8英寸碳化硅襯底方面，天科合達已于去年11月完成了相關產品的研發工作，并預計在今年小批量生產，這或將成為國內碳化硅產業的轉折點。
Tips：我是虎嗅前沿科技組張晉源，關注消費電子、半導體及元宇宙相關行業，歡迎交流（請務必備注商業身份，謝謝。微信：18510113471）。