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有這么一群芯片廠商，芯片業(yè)務(wù)還沒咋整明白，就搞起了另外一門副業(yè)。而這個副業(yè)，跨度和芯片業(yè)務(wù)相比還賊大，一下子就跑到珠寶行業(yè)去了。但該說不說，在這塊兒它們還整挺好。天岳先進大伙都知道吧，就之前華為投資過的那個，每年靠著這門生意，就能賺個兩三千萬，幾乎占到總營收的兩成左右。就連之前招股書中透露的前五大客戶，里面的珠寶商也都占了兩三個。搞半導(dǎo)體材料的中電科二（ 中國電子科技集團公司第二研究所 ），也專門搞了個珠寶業(yè)務(wù)，還自己創(chuàng)了個名叫 UNIMOSS 的珠寶品牌，目前已經(jīng)擁有 10 萬克拉的產(chǎn)能了。
一家名叫天科合達的半導(dǎo)體公司，甚至還曾因為鉆石業(yè)務(wù)占比太高，被質(zhì)疑科創(chuàng)屬性，最后沒上科創(chuàng)板。當(dāng)然，國外的一些芯片廠商也不例外，被特斯拉一把手捧起來的半導(dǎo)體供應(yīng)商 Wolfspeed ，在 90 年代的時候，負責(zé)人就成立了一家珠寶公司，專門向 Wolfspeed 買鉆。為了保證合作的穩(wěn)定，兩家公司還簽訂了供應(yīng)協(xié)議，現(xiàn)在協(xié)議已經(jīng)被延長到了 2025 年。珠寶？芯片？？怎么看都是兩個八竿子打不著的東西，它們又是怎么關(guān)聯(lián)到一起的？為什么是賣珠寶？其實仔細扒一下，就會發(fā)現(xiàn)上面的那些半導(dǎo)體企業(yè)，都有這么兩個共同點。一是它們都是搞碳化硅半導(dǎo)體的，二是它們賣的珠寶，都是莫桑鉆。碳化硅，關(guān)注新能源車領(lǐng)域的差友肯定不陌生。當(dāng)時，馬斯克宣布把特斯拉 Model 3 主驅(qū)逆變器的硅基 IGBT ，替換成碳化硅 MOSFET ，直接就在新能源車領(lǐng)域掀起一陣碳化硅芯片替換潮，國內(nèi)比亞迪、小鵬都紛紛入局。碳化硅作為第三代半導(dǎo)體的代表，和硅材料半導(dǎo)體比，性能提升得可不止一點兒，在熱、化學(xué)、機械方面的穩(wěn)定性都上了另外一個 level 。而好巧不巧，莫桑鉆，其實也就是碳化硅晶體。在制備碳化硅半導(dǎo)體的過程中，隨便拿出個半成品晶體出來，打磨打磨就是莫桑鉆了?？催@成色、看這光澤，一點也不比真鉆石差。所以，這些企業(yè)其實并不是有意想賣珠寶的。說白了，就是因為技術(shù)不成熟，導(dǎo)致良品率不夠高，才會整出了這一門賣珠寶的生意。因為它們賣給珠寶商，能加工當(dāng)莫桑鉆的碳化硅晶體，大都是 “ 不合格 ” 的芯片 “ 廢料 ” 。而這在目前的碳化硅芯片圈兒，其實是個普遍現(xiàn)象了。最主要的原因，還是得怪和傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體比，碳化硅的良品率有些太拉胯了。一般來說，長晶、襯底和外延生長三個環(huán)節(jié)，是生產(chǎn)半導(dǎo)體用碳化硅最關(guān)鍵的三步，也是技術(shù)難度最大、成本最高的三步。比如長晶環(huán)節(jié)，就是在特定環(huán)境下，讓碳化硅粉末長成碳化硅晶棒，并且這些晶棒還有方向、尺寸要求。這也是最讓廠商頭痛的地方了，因為這過程 “ 又臭又長 ” ，而且有點像開盲盒。得看命！
碳化硅市場前景廣闊碳化硅功率器件具有高頻、 高效、 高溫、 高壓等優(yōu)勢，是下一代功率器件的發(fā)展方向。受高效電源、電動汽車等行業(yè)的需求驅(qū)動，碳化硅功率器件未來市場容量將以超過30％的年復(fù)合增長率發(fā)展，預(yù)計2027年市場容量達到120億美元。電動車共有四個部件可以用到碳化硅，分別是車載充電器OBC、DC-DC的變換器，以及DC-AC主逆變器。外延的生長環(huán)節(jié)碳化硅需要的溫度更高，退火的環(huán)節(jié)也需要溫度更高，摻雜的濃度、粒子濃度也會有一些不同，這是碳化硅技術(shù)的難點。我們也看到碳化硅這些器件逐步在各個領(lǐng)域上得到了非常廣泛的應(yīng)用，可以說是非常有潛力、發(fā)展的市場，尤其是在高壓電力的這塊應(yīng)用場景上，無論是海外還是國內(nèi)，核心的龍頭公司都紛紛在布局，像ST、CREE都對碳化硅的布局做得非常透。行業(yè)的層面上來說，我們認為2020年往后看，行業(yè)復(fù)合增速在40％左右，目前全球市場是在5.5億美金左右，每年以40％的速度在增長，這是非常有潛力和增速的市場。由于它有各種各樣的優(yōu)勢，目前在600伏以上的電力電子領(lǐng)域，比如說FPC電源、光伏逆變器、新能源汽車的電機控制器、車載充電機、DC-DC及充電樁有很多的應(yīng)用，隨著價格的下降，在白色家電、軌道交通、醫(yī)療設(shè)備、國防軍工也會得到比較多的應(yīng)用。隨著電動汽車行業(yè)的需求驅(qū)動，現(xiàn)在的增長速度超過30％，也有的說40％到50％，總的來說增長的速度比較快，有一個機構(gòu)預(yù)測到2027年碳化硅的功率器件的市場容量可以達到120億，還是比較可觀的數(shù)字。碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈提速作為第三代半導(dǎo)體材料，碳化硅相較于硅材料，具有大禁帶寬度、高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導(dǎo)率、高抗輻射等特點，適合制造高溫、高壓、高頻、大功率的器件。當(dāng)前從光伏到新能源汽車，碳化硅下游市場需求旺盛，特別是隨著電動汽車和新能源需求的持續(xù)增長，對SiC材料的需求呈現(xiàn)出井噴式增長的態(tài)勢。國產(chǎn)碳化硅正在從產(chǎn)業(yè)化向商業(yè)化加速邁進。從產(chǎn)業(yè)鏈來看，SiC產(chǎn)業(yè)鏈條較長，涉及襯底、外延、器件設(shè)計、器件制造和封測等一系列環(huán)節(jié)，各個環(huán)節(jié)的專業(yè)性要求較強，同時對技術(shù)和資本投入的要求也很高。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(zhì)的關(guān)鍵。襯底即通過沿特定的結(jié)晶方向?qū)⒕w切割、研磨、拋光，得到具有特定晶面和適當(dāng)電學(xué)、光學(xué)和機械特性的潔凈單晶圓薄片，用于生長外延層，可分為半絕緣型及導(dǎo)電型。SiC襯底市場高度集中，全球襯底前三名是Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、Rohm。國外廠商在兩類襯底市場中均占有主要份額。從半絕緣型SiC襯底市場份額來看，Wolfspeed、II-VI和山東天岳三家公司平分秋色，各占據(jù)約30%的市場份額。從導(dǎo)電型SiC襯底的市場份額來看，Wolfspeed占據(jù)超60%的市場份額，在SiC單晶市場價格和質(zhì)量標準上有極大話語權(quán)，天科合達和山東天岳占比僅為1.7%和0.5%。外延環(huán)節(jié)主要是在碳化硅襯底上，經(jīng)過外延工藝生長出的特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱外延片。在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層制得碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，可制成微波射頻器件，應(yīng)用于5G通信等領(lǐng)域；在導(dǎo)電型碳化硅襯底上生長碳化硅外延層（SiC-on-SiC）制得碳化硅外延片，可制成功率器件，應(yīng)用于電動汽車、新能源、儲能、軌道交通等領(lǐng)域。
SiC外延片屬于行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中間環(huán)節(jié)，其中，Wolfspeed、ShowaDenko呈現(xiàn)雙寡頭壟斷市場，合計約占SiC導(dǎo)電型外延片95%的市場份額。目前國內(nèi)相關(guān)外延廠商東莞天域和廈門瀚天天成等均已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可供應(yīng)4-6英寸外延片。中電科13所、55所、?？瓢雽?dǎo)體等也能供應(yīng)外延片，整體產(chǎn)能仍有較大提升空間。SiC器件環(huán)節(jié)主要負責(zé)芯片的制造，整體涉及的流程較長，以集合芯片設(shè)計、芯片制造、芯片封測等多個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)于一體的IDM模式最為常見。在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同，采用了高溫工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。在SiC器件市場，歐美廠商占據(jù)主要份額，90%以上份額被國外公司占據(jù)。根據(jù)Yole 2022年數(shù)據(jù)，ST占據(jù)了全球37%的市場份額，成為市場的領(lǐng)導(dǎo)者；其次是英飛凌占據(jù)19%的份額，緊隨其后的是Wolfspeed，占據(jù)了16%的份額。后面依次是安森美、羅姆和三菱電機等，這些廠商共同占據(jù)了全球80%以上的SiC市場份額，與各大車企及Tier1廠商互動密切。國內(nèi)廠商在SiC功率器件領(lǐng)域入局相對較晚，相關(guān)企業(yè)華潤微、士蘭微、斯達半導(dǎo)、時代電氣、泰科天潤、安徽長飛先進、派恩杰、上海瞻芯、中電科55所及13所等正積極布局碳化硅器件。當(dāng)前國內(nèi)廠商仍處于發(fā)展初期，與國際巨頭存在一定差距。目前SBD國內(nèi)已經(jīng)量產(chǎn)，但至少相差一代；OBC方面，國內(nèi)通過車企測試的只有一兩家；MOSFET方面，目前ST、英飛凌、Rohm等600-1700V SiC MOS已實現(xiàn)量產(chǎn)并達成簽單出貨，而國內(nèi)目前SiC MOS設(shè)計已基本完成，多家設(shè)計廠商正與晶圓廠流片階段，后期客戶驗證仍需部分時間，在電流密度、減薄工藝、可靠性都亟需提升，因此距離大規(guī)模商業(yè)化仍需要時間。國內(nèi)廠商密集布局碳化硅導(dǎo)電型襯底主要被Wolfspeed、貳陸公司與羅姆壟斷，三者市占率接近90%；半絕緣型襯底廠商主要有Wolfspeed、貳陸公司與天岳先進。天岳先進近日對投資者表示，已將濟南工廠的部分設(shè)備從生產(chǎn)半絕緣型產(chǎn)品向生產(chǎn)導(dǎo)電型產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，正在建設(shè)的臨港工廠以導(dǎo)電型產(chǎn)品為主。中信證券指出，晶體生長需要在苛刻環(huán)境下，通過精準控制環(huán)境參數(shù)，在多種晶型中選擇并長出目標晶型，過程緩慢且不可監(jiān)測，這對工藝和設(shè)備穩(wěn)定性都提出了很高要求，經(jīng)驗累積時間長。晶盛機電于2017年起涉足碳化硅領(lǐng)域，相繼研發(fā)出4英寸、6英寸第一代、6英寸第二代及6英寸第三代晶體生長設(shè)備、核心晶體加工設(shè)備及配套工藝，并通過自有籽晶經(jīng)過多輪擴徑，成功生長出8英寸N型碳化硅晶體。科威爾的SiC動態(tài)測試機已經(jīng)完成研發(fā)，并在多個客戶進入試用送樣階段。器件廠商的國產(chǎn)碳化硅商業(yè)化進程則更快一些，華潤微第二代碳化硅二極管1200V、650V平臺已系列化三十余顆產(chǎn)品，在充電樁、光伏逆變、工業(yè)電源等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量供貨，碳化硅MOSFET第一代產(chǎn)品已在650V、1200V、1700V多個平臺系列化多顆產(chǎn)品，預(yù)計2022年下半年進入批量供應(yīng)。揚杰科技開發(fā)出的650V 2A-40A、1200V 2A-40A碳化硅肖特基二極管已批量出貨，SiC 1200V 80mohm系列產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，1200V 40mohm產(chǎn)品也將在2022年第四季度推出。時代電氣開發(fā)了750V-3300V的SiC器件，批量應(yīng)用于機車、動車、城軌、柔性輸電等領(lǐng)域。斯達半導(dǎo)應(yīng)用于乘用車主控制器的車規(guī)級SiC MOSFET模塊開始大批量裝車應(yīng)用，該公司新增多個使用該模塊的主電機控制器800V系統(tǒng)項目，推動銷售增長。其他廠商的碳化硅產(chǎn)品也陸續(xù)推出，例如新潔能已推出1200V60mohmSiC MOSFET樣品，預(yù)計2022年下半年向客戶送樣測試，并將1200V17mohm、1200V32mohm、1200V75mohm等SiC MOSFET系列產(chǎn)品推向市場，主要目標市場是光伏逆變器和汽車廠商。東微半導(dǎo)初步獲得新能源車載充電機應(yīng)用客戶的批量訂單，部分車載電子客戶已經(jīng)使用該公司開發(fā)的并聯(lián)SiC二極管高速系列TGBT產(chǎn)品，實現(xiàn)對SiC MOSFET的替代。
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