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近年来在外部贸易风险持续升温的情况下,国内的国产化替代进程也开始大大提速。作为“被严重卡脖子”的半导体领域,更是成为了国产化替代的前沿战场,迅速获得了国家全方位的支持。在此背景下,各类厂商参与新兴技术国产化替代的热情愈发高涨。

 

而在诸多新技术中,具备广泛应用场景的第三代半导体材料,特别是以 SiC 为代表的新型半导体材料,日渐成为各方角逐的焦点。  各路巨头竞逐 SiC 近日,本土第三代半导体行业领军企业基本半导体宣布,公司已经完成了数亿元人民币 B 轮融资,由知名上市半导体科技公司闻泰科技领投,深圳市投控资本、民和资本、屹唐长厚等机构跟投,原股东力和资本追加投资。

 

此次融资,也是元旦过后首笔来自半导体领域的融资。 作为此次领投基本半导体的主角,闻泰科技也通过这次融资,拿到了汽车功率器件当红产品 SiC 的入场券。而从整个国内 SiC 市场的情况来看,参与角逐 SiC 领域的巨头,远不止有闻泰科技一家。 当前国内竞逐 SiC 的企业,基本可以分为三类:第一类是本身做半导体的半导体企业,代表如北方华创、士兰微、斯达半导、比亚迪半导体等知名厂商;第二类是互联网科技公司,代表如华为、阿里巴巴等企业;第三类是以新能源汽车为代表的新能源厂商,比如蔚来、小鹏等汽车厂商。 

 

从各家进展的情况来看,目前国内绝大多数 SiC 项目,都已经进入产业化落实阶段。比如,比亚迪半导体推出的新一代碳化硅 Mosfet 已经进入第 3 代,第 4 代正在研发之中;扬杰科技已经拥有了 4 个 SiC 肖特基模块;华为投资的山东天岳,也已经实现宽禁带半导体碳化硅材料产业化,技术水平也已经达到了国际领先水平…… 而从各家公司参与 SiC 项目的目的来分析,则是大同小异。比如,对于蔚来、小鹏等汽车厂商来说,自己入局碳化硅半导体技术,一方面是为了保证自己掌握核心的技术壁垒,形成更好的用户体验;另一方面也有出于供应链稳定的考虑。而对于其他的参与企业来说,除了保障供应链稳定之外,也不乏开拓新业务、寻求新增长点的业务规划,而随着各路巨头纷纷押注 SiC 市场,也让国内 SiC 市场变得愈加火爆。 

 

SiC 凭什么站上风口 半导体材料那么多,SiC 凭什么能够站上风口呢?要回答这一点,还需要从 SiC 本身的特性来说。 SiC(碳化硅)是以 1:1 的比例,用硅(Si)和碳(C)生成的化合物,是一种新型的硅基材料。目前它和 Si、GaN(氮化镓),并列为半导体元器件 3 大主流材料。在当前市场中,Si 仍是市场上使用最多的材料。但就性能来看,三种材料之中碳化硅材料的物理性能,明显好于前者。 

 

SiC 在物理特性上的好处,主要体现在以下几个方面:第一是击穿场强度会更强,因此耐压更高,所以它可以做成耐高压的产品;第二是熔点和 Si 相比会更高一些,这样可以耐更高的温度,大约可以耐到 Si 温度 3 倍以上;第三个好处是电子饱和速度会更快一些,所以 SiC 的频率可以做得更高。 

 

另外 SiC 还有两个优势:一是热传导性很高,这样冷却更容易去做;再有禁带宽度更宽,这样可以使工作温度更好做。基于诸多方面的优势,使其成为新一代半导体材料中最被看好的材料之一,业界甚至有“得碳化硅者得天下”的说法,足见其影响力之大。 从应用范围来看,目前其凭借多方面的优秀性能,在特高压、5G、轨道交通、新能源汽车等诸多领域均得到了广泛应用。 

 

然而,从整个 SiC 市场格局来看,美、日、欧等外商仍是整个市场的主导者,国内厂商在该领域的话语权还不大。根据 Yole 数据显示,Cree、英飞凌、罗姆约占据了 90%的 SiC 市场份额,Cree 是 SiC 衬底主要供应商,罗姆、意法半导体等则拥有自己的 SiC 生产线等,其中 Cree 占据了一半以上的碳化硅晶片市场,这种垄断优势使其在产业上游的话语权非常之大。 例如,近年来由于下游硅晶片供应紧张,促使很多元器件厂商,不得不与 Cree 签订长期供货协定,这在当前中美贸易战加剧的大背景下,自然是于我不利的。而芯片业务与巨头方方面面业务布局均有关联,巨头自然不会缺席,巨头通过加注 SiC 来补齐自身的短板,防止外部供应链风险也在情理之中。

 

巨头押注的更深层考量 巨头加注 SiC,除了战略考虑之外,还与其广阔的市场前景和政策利好分不开。 从市场层面来看,SiC 市场前景广阔未来可期。据 IMSResearch 报告显示,碳化硅功率器件 2017 年市场份额在 3 亿美元左右,主要集中在光伏逆变器与电源领域。而目前这个领域的市场规模,只占到功率器件市场 1.5%的规模,但近几年的年复合增长率保持在 30%以上,仍处在高速成长期。 

 

另外,相比过去碳化硅功率器件,仅被应用于二极管产品来说,如今其产品结构已经扩大到了分离器、晶片 IC 等诸多领域,应用日趋广泛。而随着新能源汽车、5G 等技术的发展,其产品结构还在进一步丰富。 

 

据了解,目前 SiC 材料就可以用于新能源车的动力控制单元(电驱系统)。目前一些主流的新能源汽车厂商比如特斯拉、比亚迪等,目前均已经在自家的产品中应用了 SiC 材料。比如,特斯拉的畅销款产品 Model 3、比亚迪旗下的比亚迪汉、比亚迪唐 EV 等,都使用了 SiC MOSFET(碳化硅功率场效应晶体管)。 

 

据三菱电机(知名 SiC 厂商)研究发现,SiC 的功率损耗较 IGBT 下降了 87%。结合功率半导体在整车中的能量损耗占比数据可以得出,仅仅是将 IGBT 替换为 SiC,就可提高整车续航里程 10%左右。 作为一种潜力更大的新型应用材料,除了用于汽车元器件之外,其优秀的充电效率,使其还被广泛地应用于充电桩设施之中。据预计,未来随着电动汽车作为主驱动力以及 MOSFET 器件的上量,SiC 市场有望在未来 8 年突破 20 亿美元。作为全世界最大的新能源汽车市场,中国新能源市场还处于蓬勃发展的初期阶段,未来随着该市场的全面爆发,作为重要原材料的 SiC 市场,也将迎来自己的春天。 从政策方面来看,SiC 市场也存在多方面的利好。

 

据了解,目前我国已经在“十四五”规划中,将 SiC 为代表的第三代半导体材料,纳入国家战略进行重点推进。另外,在《中国制造 2025》中,国家对 5G 通信、高效能源管理中的国产化率也提出了具体目标,目标要求到 2025 年,要使先进半导体材料的国产化率达到 50%。这些利好的政策,对 SiC 市场的进一步发展壮大自然是大有助益。 

 

新大战在即? 那么,在巨头纷纷布局 SiC 市场之后,是否意味着一场新的大战即将到来了呢?从目前来看,基本不会。 首先,目前国内的 SiC 市场才刚刚起步,产业化阶段还很初级。当前无论是山东天岳还是其他厂商的产线也才刚刚铺开,大规模量产尚未完全准备就绪,国内的 SiC 市场也仍主要由国外巨头如英飞凌、恩智浦、三菱电机等机构掌控。 因此目前各类国产厂商的核心任务,还主要是加速其 SiC 材料的产能扩张,为下一阶段的规模化、产业化打基础。

 

而在市场化尚未铺开的情况下,巨头之间开启新大战概率很小。 其次,从碳化硅行业本身来说,目前其仍存在不少难点有待突破。首先,是成本高的问题仍未得到有效解决。目前各类 SiC 器件的成本仍比 Si 基器件高 2.4~8 倍,这对其普及应用造成了一定难度;其次,随着产能规模扩大,其对品控要求也越来越高,如何保障良品率也是摆在其面前的一大问题。而在以上问题没有得到解决之前,产业的大规模应用仍存在诸多不确定性因素。 

 

因此从短期之内来看,巨头发生大冲突的可能性很小,至少在其全面市场化应用、以及产能形成之前,这种大战爆发的可能性仍比较低。但从长远来看,随着国产碳化硅市场全面崛起之后,这种大战仍不可避免。