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【天天播资讯】碳化硅降本、增量,路在何方?

时间:2023-05-31 12:45:07    来源:互联网

提起碳化硅(SiC)市场的走势,不得不从3月的特斯拉投资者大会说起,当时马斯克说要在未来电动汽车中将碳化硅用量减少75%,此言一出,引得资本市场一片哗然;风声过后,我们还是要思考,碳化硅行业如何应对马斯克提出的问题,找到有利于技术升级和扩大产能的发展之道。

近来,在一些行业会议上,与不少业内专家特别是企业家深入探讨了相关问题,在进一步了解碳化硅行业现状的同时,也更加厘清了技术、行业、供应链的发展脉络。


(相关资料图)

减量是刻意压价

马斯克何出此言,对未来碳化硅行业的发展是否会有负面影响?专注于碳化硅功率半导体器件研发及制造的专家表示,马斯克的话不仅是正面影响,而且非常积极。

在“狂人”马斯克看来,碳化硅在电动汽车的发展中具有无可替代的地位。2030年前后,特斯拉希望电动汽车销量突破2000万辆,所以不可能对碳化硅弃而不用,这将使碳化硅成为非常巨大的增量市场。

实际上,碳化硅减量还有一些其他途径,比如用硅基IGBT加碳化硅SBD(肖特基二极管)的方式,也就是混合功率模块,以减少碳化硅用量。但这不是马斯克的性格,他一定不会回到老路上去。另外,随着器件技术从平面结构到沟槽结构的迭代,材料面积的确会缩减,器件成本也注定要往下走。

从事碳化硅衬底研发和生产的专家认为,马斯克的主要目的是压价,因为他要上量,嫌碳化硅衬底和器件太贵。其实,碳化硅单个器件很贵,但在系统成本方面并不高,所以终端还是会继续推广和使用。

专家指出,随着国际国内大量产能的释放,加上下游客户的积极导入,碳化硅器件和硅基IGBT的成本对比会发生明显的变化,使前者的终端应用渗透率明显提高。碳化硅行业所有人面对的唯一挑战是:将碳化硅做好、做小、做便宜,以满足性能、成本、产能等方面的需求。

一位国际碳化硅器件大厂负责采购的高管也表示,目前从下游器件订单情况看没有一点变化,公司三到五年在售订单量为几百亿,接单接到手软。马斯克的话并不会影响行业继续使用碳化硅器件。

另外,拜登4月份参观了碳化硅巨头Wolfspeed的工厂,美国政府如此重视,相信我国也不会忽视碳化硅产业对经济发展的促进作用。在大趋势下,碳化硅国际大厂纷纷在产能布局方面发力,所以,这几年碳化硅赛道还会越走越快,越走越广,2025-2026年都将是供不应求的状态。

降本痛点,技术途径在哪儿?

现在,从碳化硅使用量最大的电动汽车来看,还是基于450、650V器件为主。业界也在探讨增加到800V,未来可能碳化硅和氮化镓(GaN)逆变器都会使用,如中级车以上用800V,低级车用400V。特斯拉有可能推出10万元的车,400V器件是必然的选择,虽然不排除使用其他材料的可能性,但碳化硅仍将供不应求。

那么,我们来看看有哪些技术途径可以实现碳化硅降本?降本的空间又有多大?

衬底制造领域的专家介绍说,现在碳化硅衬底加外延成本大约为器件的70%,衬底占47%,外延占23%。因此,降本的主力是衬底,包括长晶和后道加工工序。需要解决的关键问题是晶锭如何长得快、长得好、长得大。

长得快与长晶设备的能力密切相关;长得好需要控制碳化硅晶体材料缺陷;长得大是从6英寸转向8英寸;在厚度方面,目前国内水平大约为20多到30mm,国际先进水平是40-50mm。

事实上,近年来国产衬底材料进步非常明显,比如5月初英飞凌与两家国内碳化硅材料供应商签订长期供货协议,说明国际大厂对国产材料已经非常认同,这对国内企业的成本控制将有很大帮助。

据介绍,近些年国内厂商的后道加工已在尝试使用国产切磨抛设备,通过导入激光等新的工艺,也有助于导入大尺寸的衬底制造,以降低衬底材料和器件的成本。

目前,从终端市场价格看,每片碳化硅衬底在5000-6000元,MOSFET器件价格是硅基IGBT的3-5倍。专家指出,什么时候碳化硅衬底降到4000元,MOSFET价格就会到IGBT的1.5-2倍,也会很有竞争力,出现切入市场的甜蜜点。行业共识是,2025到2026年,6英寸导电型碳化硅衬底会达到上述区间。

不过,国产碳化硅产业特别是衬底的发展时间还不足20年,很多工艺环节还不太成熟,现在需要各个环节,包括设备、耗材、长晶炉等方面做很多工作。每一个环节提高一点儿,对整个供应链的提升就会有很大帮助。

得大衬底者得天下

统计显示,国内碳化硅衬底占全球产能20%以上,但国内的器件晶圆,特别是MOSFET规模出货量影响力几乎没有。为此,一些国内器件制造商在加紧扩大6英寸产能,通过引进成熟的硅基管理经验、加入更多测试环节、导入AOI工具来提高产线良率、可靠性和稳定度,尽可能在单位晶圆上多生产出好的芯片。在制造规模方面,国内器件制造商也力争在以往每年两三万片产品的基础上持续提升,以利于和国外厂商比拼成本。

事实上,8英寸碳化硅的导入是降低器件成本的一个重要技术路径。在这方面,国际大厂的转换节奏很快,到2025年可能会全部切入8英寸,也将带动国内部分产线转向8英寸。所以我们要及早做好准备,不管是设备还是材料,越早越好。专家认为,今年是国产8英寸材料验证的时间窗口,明年将进入批量,2025年开始导入,2026年将实现量产。

目前碳化硅衬底的国际价格大约为700美元一片,专家表示,其下降空间大概还有20%。他同时指出,由于良率不够,现在国内的6英寸衬底厂家都不挣钱,只是从今年开始起量,情况有所好转。

他指出,6英寸只是进入这个市场的门槛,其产能会很大,价格很快会有明显下降态势,但在6英寸产品上做出多少利润是不现实的。从6英寸切换到8英寸的过程也会很快,将来要看8英寸做的怎么样。8英寸就是当年6英寸的结局,而6、8英寸就是当年4、6英寸的路线图。

市场分析表明,现在主流厂家已不再生产4英寸衬底,但市场还有需要,而且量还不少,导电型衬底有几万片。6英寸也一样,5到8年还会存在下去,因为产线的导入不会轻易切换,首先要保证下游客户需求。虽然转向8英寸比较乐观,但是要真正做到10%市占率,至少需要5年时间。

碳化硅替代硅基IGBT:没门

现在一些做硅基IGBT的厂商也在担心碳化硅起来之后会不会影响其传统产品的销售。事实上,碳化硅与硅基IGBT之间并不是替代关系。

专门从事碳化硅器件生产的专家表示,两者都有自己比较舒适的应用领域。比如IGBT在汽车领域竞争力比较弱,但是在传统白色家电、工业领域还有很大优势,其产业链非常成熟,市场需求也非常明确。

反观碳化硅,其上市到现在也就5年多时间,会发生什么事情也未可知,何况IGBT和碳化硅并不是相互排斥的工艺,都有自己的特性。IGBT只是一个器件结构,长远看,碳化硅也可以做IGBT,也可以尝试超级结。

在可用技术成熟之前,硅基IGBT肯定还有大量的应用空间,特别是在碳化硅成本没有降到硅基IGBT可比成本之前,全面替代的事情不会发生,以后也只是逐渐替代一部分硅基IGBT。

如专家所说,由于材料特性不一样,硅基IGBT、碳化硅各有各的市场,不可能要求碳化硅器件降到硅基器件一样的成本,也不可能要求硅器件的性能提升到碳化硅的水平。不同材料的特性已经限定了各自的市场应用范围,各自做好自己的就可以了。