异动
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碳化硅专家交流
投研掘地蜂
2022-10-13 08:35:33

核心话题:
1、天花板的空间估计千亿级美金市场。第三代半导体材料还在起步期,增速极 高,增量空间大,存 量空间小。
2、电力电子领域,碳化硅适合中高压,650伏以上的电压等级;微波射频5G基 站领域:氮化镓碳化 硅是互补品的关系。
3、衬底和器件是两个技术门槛高的环 节,与国外差距明显;位错国外可以达到1000/c亿 国内目前是 5000/c亿 技 术差距大约有5-8年时间差距;国外MO­S­F­ET已经大批量出货了,国内目前还是 在二极管 领域。
4、碳化硅投资强度:6寸的一台炉子300万,100台就是3个 亿,100台炉子的产能大概是4万片。材 料端3个亿,那4万片的器件线可能还要 乘个3,也就是10个亿。 5、整个碳化硅器件它的一个价值量基本上衬底占 50%,外延20%。剩下30%,工艺占20%,封装占 10%。
6、外延这块是有危机 的,因为外延本身它的技术门槛相对较低,除非体量做大了,体量不做大将来 很 有可能就被挤掉了;在这个领域要做设计企业很难,因为本身找代工的企业就不 好找。 7、Cr­ee在性能和可靠性中选择可靠性较强的平面型结构,瞄准在车上大 规模使用。 Q:第三代半导体在半导体领域到底是怎么样的存在? A:第三代半导体又称宽禁带半导体,现在比较成熟两个材料,一个就是碳化硅 (SiC), —个氮化镓 (GaN),只能做分立器件。在整个半导体的这个领域当 中,只占很小的一个领域。存量方面:半导体领 域最大的是集成电路。集成电路 现在几乎100%都是用硅来做。整个半导体领域现在一年销售额大概 是在五千亿 美金左右。其中90%都是硅,剩余10%里才是非集成电路(分立器件约占 5%)。增量领域: 例如新能源汽车、5G基站,是增速较快的领域,尤其在新能 源车领域。但即使算上增量,可能天花板的 空间估计千亿级美金市场。总结一句 话就是: 第三代半导体材料还在起步期,增速极高,增量空间 大,存量空间小。
Q:碳化硅与氮化镓之间的关系
A: 一是电力电子领域(电流电压的功率变换):它们两者之间有不同的赛道。碳 化硅适合中高压,650 伏以上的电压等级。主要应用场景是新能源汽车、光伏逆 变器以及工业的一些应用领域。 氮化镓适合 中低压,650伏以下,主要应用场景 是快充,手机快充消费电子快充等。二是微波射频5G基站领域:氮 化镓碳化硅 是互补品的关系。是在碳化硅的基板上长一层氮化镓,叫碳化硅基的氮化镓,这 样做出来 的器件,就是微波射频器件,用在5G基站的功率放大器。现在5G基站 里50%用碳化硅基的氮化镓器 件,剩余50%用传统的硅器件。
Q:碳化硅各环节国内外现状 A:衬底:国内外差距很大最主要体现在尺寸,世界主流尺寸是6英寸,但目前国 内主流还是在4英寸, 而且国外Cr­ee已经研制出8英寸,最快2022年底可能就能 进入市场,而国内现在6英寸还是小批量供 应,所以尺寸上体现出技术差别,另 外衬底品质上差别,体现在是否完美,技术中有两个指标,微管

和位错,微管部 分国内夕卜差别不大,都是每c肝小于1个,位错国外目前Cr­ee可以达到1000/c m2, 国内目前是5000-1万/cm—技术差距大约有5年时间差距。外延:整体来 看,碳化硅领域,技术瓶颈 较低的是外延,目前外延有商用商业化设备的主要有 两家国夕卜企业,一家是意大利的LPE,另一家是 德国的Ai­x­t­r­on,因为这两家公 司在卖设备的时候也会带工艺,所以技术门槛不是太高,大约一千万左 右就能买 一台设备就可以做出合格的外延产品,后续的研发主要体现在让厚度更厚,性能 更好以及在 保证品质的情况下降成本,因为器件中衬底成本大约占到50%,外 延成本在20-25%,所以外延工艺 控制好,成本可以降低很多。器件:另一个门 槛较高的就是器件,器件的难度体现在工艺步骤很多, 比如1个二极管大约几十 步工艺,1个MO­S­F­ET大约上百步工艺,另一方面前期需要大规模投资,衬底 一 条产线可能几亿,器件至少在10亿人民币以上,核心问题还是工艺步骤多及一 些核心高温工艺,如 高温栅氧高温注入等。目前国内外差距主要体现在, 国外 MO­S­F­ET已经大批量出货了,国内目前还没 有能够大规模供货的企业,原因是 因为国内目前还是在二极管领域, 在三极管领域技术还是稍有滞 后,同时二极管 部分动静态指标也有一定差距,虽然电流电压等级参数相同,但导通电阻、开关 损耗 等相对有差距,意味着当真正面临使用阶段,效率会有一定差距。除此之 外,用在消费电子、工业、 车规可靠性不同,目前车规级国内还没有企业能供 货,特斯拉是意法半导体供货,比亚迪汉据行业内 有传言是英飞凌供货,所以这 部分就是器件上与国外还有一定差距。封装:封装环节的核心矛盾在 于,碳化硅 材料的主要特性是高温高频, 但目前封装还是照搬硅封装,所以高温高频性能并 不能得 到有效发挥,但这部分国内外都还没有突破,国内斯达半导体在做硅封装 模块比较优秀,目前在碳化 硅方面也有布局。应用:最后是应用部分,应用需要 量大才有技术问题显现及突破,目前国内大部分车 企,比亚迪,北汽、宇通、蔚 来等都有相应平台在做。
Q:碳化硅的投资强度? A:投资强度上,4寸的已经没有投资意义了,预计还有3年的生存期,之后基本 上就淘汰出市场。6寸 的,按炉子算的话,一台炉子大概300万人民币,那么 100台就是3个亿。8寸的现在还没法去算,因为国内 还刚开始研发出来。就投资 强度而言,6寸到8寸,预计最大也就翻一番。如6寸一台炉子300万人民币,那 么8寸的炉子最多600万,可能还不到。炉子还好,关键是后面的加工线还远远 滞后。不管是切割还是磨 抛,机台目前都还没有。单台炉子算的话,600万这个 投资强度都多了。夕卜延端基本上都兼容,设备都 是商用的设备,如Ai­x­t­r­on、 LPE等。买一套设备就会有相应的工艺匹配,就可以做出好的产品。只不 过需要 去调工艺,来更好的降低成本。外延机台投资强度就是一台1000万。器件的投 资强度会更大一 些,因为它工艺需要的机台、步骤都会比较多,光刻、刻蚀、镀 膜以及后面的封装等等,所以这块的投资 强度会更大。 比如刚刚说的6寸的一台 炉子300万,100台就是3个亿,100台炉子的产能大概是4万 片。材料端3个 亿,那4万片的器件线可能还要乘个3,也就是10个亿。总体来说比IC的投资相 对要低很 多。
Q:整个碳化硅器件它的一个价值量或者说一个成本拆分大概是怎么样?
A: 这块基本上衬底占50%,外延20%。剩下30%,工艺占20%,封装占 10%。 毛利率的话,国内厂 家毛利率要比国外更低一点。衬底这个环节,平均 毛利率应该能到40-45%左右。外延这个环节毛利率 比较高,50-55%左右。器 件这个环节相对低一点,因为成本还是比较高,控制得好的话可以到35-40%。 封装这一块不好说,传统的封装毛利率比较高,但碳化硅如果用硅的封装,性能 会受到很大的限制。真正

给碳化硅量身定做的,适合高频高温的封装,这一块成 本会很高。目前封装这一块市场还没有一个很好的 平衡,本身这一块的研究也比 较滞后。真正要说这一块利润的话,我觉得应该和器件环节相当。 Q:衬底,夕卜延、器件、封装的格局。国内厂商它在氮化镓跟碳化硅上面跟海外 的一些厂商的差 距。
A:碳化硅或者第三代半导体,实际上国内跟国外差距还是不小。虽然我们相对 IC这个领域,第三代半 导体之间的差距要小一点,但是在我看来也至少有5-8年 的差距。这种差距体现在多方面,比如材料 端,尺寸就有差距。一个尺寸到另一 个尺寸差不多就需要花5年的时间,也就意味着我们现在没有8寸 的,可能5年之 后8寸的会慢慢出来。另一方面,在材料品质上也有差距。碳化硅最核心的一个 品质就 是位错密度。国际上现在平均是每平方厘米1000个,国内是5000个左 右,大概是5倍。位错密度直接 决定了器件的可靠性和稳定性的问题。外延这个 环节相对来说差距小一些,因为本身这个环节技术门 槛相对低一点。设备是商用 的设备,这块实际上国内外差距不大,就是有差距,也不会是5年,觉得 最多就 一两年差距,主要是控成本的差距以及材料的一致性、可靠性的问题上。国内有 两家还不错, 东莞天域、瀚天天成都是不错的企业。器件上的差距也不小。国际 上三极管、MO­S­F­ET产业化要比 SBD晚了将近10年,因为它难度大。国内这一 块可以说研发成功了,但是真正产业化供货MO­S­F­ET基 本上还处于创业阶段。 真正产业化的还是以SBD为主,不管是国内做得最早的碳化硅器件泰科天润,还 是湖南长沙的线,主 要是以SBD为主。国外都是大批量的生产MO­S­F­ET,而且在 真正的器件用量上,MO­S­F­ET、三极管体 量远远大于二极管。单说二极管的话, 实际上它也有代替的产品,现在国际上也到第7代了。国内实 际上至少要晚一 代,晚一代就意味着同样规格的器件,性能就会要落后于别人。性能落后于别 人,最 终到电路上效率就会低,所以这就是差距。这就是国际上的竞争。 Q:外延和设计这两个环节怎么看? A:外延这块是有危机的,因为外延本身它的技术门槛相对较低,除非体量做大 了,体量不做大将来很 有可能就被挤掉了。有两种可能, 一种是被上游的衬底厂 商给挤掉,因为他有彻底再做外延,很容易 做上去。另一种也是可能会被下游的 器件厂商给挤掉。 因为这两个环节技术门槛都比较高的,它们往 技术门槛比较低 的地方去是比较容易的。所以没有体量就意味着没有规模经济带来的价格优势, 就很 容易被挤掉。瀚天天成,东莞天域这两家也是不错的,一直这么多年体量也 不错,所以在这个领域确 实没有看到新的企业进来,也许正是看到了这个状态, 也不敢进来,进来以后就没有生存空间。设计 这块,很多新进入的玩家一开始走 的设计路线。其实, 在这个领域要做设计企业很难,因为本身找代 工的企业就不 好找,代工企业的技术能力有多强也不好说。 这个领域代工体系还没有建立,代 工体 系的建立需要时间,这期间找谁去做,实际上自己有工艺线,就能很快生产 出。另外,代工本身费用 高,周期长,三五个周期才迭代出来,根本赶不上人家 的速度,在分立器件方面,IDM为王,若干年 后代工体系可能才会慢慢出来。设 计企业想要进入车企供应链更难,很多主机厂希望是一个具备IDM 技术的企 业,因为车载应用要求的一致性和可靠性非常高,包括产出、产线的固定。
Q: Cr­ee器件采用平面型结构,罗姆是沟槽型(tr­e­n­ch),这个会不会有什么 不同? A:确实两者的技术路线不太一样。Cr­ee是做了平面结构的MO­S­F­ET。罗姆是沟 槽型tr­e­n­c­ho tr­e­n­ch实 际上从技术先进性上来说应该更好一些,tr­e­n­ch结构的 器件的性能也会更好。所谓的性能更好,就是 它的脉压还有导通电阻在当下实验 室测试、出场测试的时候性能都会很好。但是碳化硅器件我们需要

在性能和可靠 性两者之间做平衡。我一般把性能理解成一个爆发力,把可靠性比喻成持久力。 一个器 件不仅需要有爆发力,同时也需要有持久力。实际上tr­e­n­ch的这种结构, 它可以提升性能,但是这种 tr­e­n­ch结构,它的可靠性方面会有本质的缺憾。当然 也有办法去改善它,改善意味着成本又会上去。 所以这两种技术路线,Cr­ee可 以看出来是比较保守的,他用平面的结构,它可靠性很好,可靠性好就 损失了一 部分的性能。然后就看什么资产上用了。对于车用来说,对于可靠性的要求更 高。因为车使 用上基本是10年以上,不是说今天开得很好,过了两年就不行 了。所以Cr­ee为什么一直坚持平面型的 结构,他是要瞄准了在车上大规模的使 用。tr­e­n­ch的结构的可靠性也能提升,提升就意味着成本会上 升。性能也好了, 可靠性也好了,但是价格贵了,你愿不愿意买单?实际上又回到了一个你愿意买 碳 化硅还是硅的问题。
Q:上碳化硅半绝缘衬底产能的为啥很少?
A: 一是:半绝缘目前主要用在5G基站建设,现在基

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