碳化硅的投资思考（上） - 联盟动态中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟

本文从碳化硅的4点核心行业环境出发，阐述3个备受关注问题的看法，以及在目前情形下的2点投资思路，供与各位专家老师探讨。

核心的行业环境：衬底产能、器件结构、晶圆尺寸、国内扩产；

关注的投资问题：SBD VS MOS、车规VS 非车规、Fabless VS IDM、Si 利润水平 VS SiC 利润水平；

倾向的投资领域：优先考虑“外延片&器件制造”组合或“车规&模块”组合，其次考虑“IDM&SBD”组合或“CIDM&MOS&高质量客户群体”组合。

核心行业环境

一、衬底产能

高品质衬底材料高度集中，CR3逐步提高材料自用比例，几大IDM瓜分剩余主要产能，未来几年，若国内衬底厂商没有显著进步，材料产能大概率依旧会是二三线器件厂商成长的天花板。

当下市场供应由衬底驱动。紧缺产品交期大概是1年至1.5年，这么紧俏的市场为啥一时半会扩不出来产能？

根据派恩杰创始人公开访谈的数据显示，Wolfspeed目前等效6寸片的产能规模约为6万片/月，按照其50%市占率测算，全球等效8寸片的产能规模6.4万片/月，对于传统的功率大厂买几台SiC的专用设备，在制造环节扩产还是相对容易的。主要问题还是在上游的材料环节，Wolfspeed、ROHM、ⅡⅥ三家掌握了大概80%的衬底产能，三家的扩产节奏整体限制了市场产能供给。

未来三年市场依旧由衬底产能驱动。根据Wolfspeed最新的投资者大会（2021年11月）所公布的数据显示， Wolfspeed预计2022年和2024年的产能分别为90万片和130万片（折算6寸），其中8英寸分别为12万片和17万。假设Wolfspeed继续维持全球50%的市场份额，那么全球2022年和2024年市场销量折合6英寸分别约为180万片至260万片。目前高质量衬底的应用主要集中于CR3，以国际IDM大厂收购的NORSTEL、GT-Advanced厂商的衬底产能还较低，以国内厂商为代表的衬底厂商的产品良率、品质和生产效率还有一定差距，如果后期在技术和产能的追赶上没有重大进度，短期看中高功率器件产业链的上游主要还受衬底CR3控制。

CR3逐步提高材料自用比例。根据Wolfspeed投资者大会（2021年11月）数据显示，2021财年衬底材料和芯片对营收的贡献相差不大，但是预计2024年后，Wolfspeed的营收将由2/3来自芯片产品。我们再看ROHM 2025年希望能够获取大概30%的市场份额，目前其衬底和器件的市场份额均低于20%，且器件的市场份额较低，如果要完成30%的市场份额目标，战略转型向器件的方向发力是必然的战略路径。再看ⅡⅥ公司最近的动作，从通用技术获得了器件和模块的制造技术，ⅡⅥ也盯上了整个产业链的大蛋糕。

图片来源：水深三米

几大IDM瓜分剩余主要产能。根据Wolfspeed投资者大会（2021年11月）数据显示，2024年后，Wolfspeed的营收将由三分之二来自芯片产品，如果按照材料65%的成本占比测算，2021年和2024年的材料自用比例从40%提高到了56%。根据目前Wolfspeed 5年内长期产能协议15亿美金，结合其未来的营收和材料销售比例预测，大部分的材料产能已经被几大IDM厂商预定，后期的衬底供应的格局大概率不会有显著的变化。

二、晶圆尺寸

8寸晶圆的成本效益显著高于产业预期。

关于8英寸，前期大家对其成本效应有不同的看法，有不少观点是8英寸的机台设备太贵，导致分摊成本过高。根据Wolfspeed最新的投资者大会（2021年11月份）所公布的数据显示，以32平方毫米的MOSFET裸片为例，预计2024年8英寸晶圆厂的单颗裸片成本是目前6寸厂的37%！

Wolfspeed 2019年开始建设8英寸材料和晶圆制造工厂，且高度自动化；预计2022年开始爬坡，2024年达产。达产后，8寸材料达到材料产能的一半。根据最新的投资者说明会，良率方面，8寸在做完化学机械抛光CMP后的良率可到90%以上。裸片数量方面，2024年，以32平方毫米的裸片为例，从六寸晶圆扩大到八寸晶圆，PDPW增加了近90%。自动化程度方面，Wolfspeed的4寸和6寸的洁净间和设备还主要基于LED的生产环境，8寸是Wolfspeed第一个真正意义上的功率器件工厂。

2024财年MVF晶圆厂的单颗MOSFET裸片成本降低63%，其中28%的降本来自良率提高，25%来自规模效应，另有10%来自自动化减少的人工和生产周期。

图片来源：水深三米

三、器件结构

国内外的SiC MOSFET的器件结构存在代际差距。

（一）硅基器件结构的摩尔定律

器件结构专利非常难绕开：各类器件结构的工艺专利相对有一定的空间规避，但器件结构由于太过于基础，专利绕不开，除了侵权就基本只能等专利过期或交专利授权费。IGBT在前5代结构每一代都是碾压式的性能和成本优势，5代后优势放缓。
目前IGBT第5代结构专利已过期，第6代算是第4代的加强版。英飞凌器件结构的技术壁垒给性能成本带来的边际效益已经没那么明显，近几年国内IGBT迎来了大发展。

图片来源：斯达半导体招股书

（二）SiC MOSFET结构大概率重走IGBT老路

可量产的SiC沟槽结构高度稀缺。目前平面结构的厂商主要包括Wolfspeed、ST、Microsemi，国内批量的有APS、瞻芯、瀚芯、派恩杰这几家Fabless企业，沟槽结构已量产的有ROHM、英飞凌。据公众号碳化硅学习笔记研究信息显示，目前业界能够量产的SiC沟槽结构仅有ROHM的双沟槽结构、英飞凌的半包沟槽结构、日本住友的接地双掩埋结构。

图片来源：Yole经修改

沟槽结构成本和性能优势明显。目前ROHM Gen3结构（Gen1 Trench结构）的芯片面积相当于是Gen2（Plannar2）的75%，同一芯片尺寸的导通电阻可降低50%。

图片来源：ROHM

再看 ROHM Gen4结构（Gen2 Trench结构）的性能。在不牺牲短路耐受时间的前提下，成功地使导通电阻比以往产品降低约40％，通过大幅降低栅漏电容（Cgd），成功地使开关损耗比以往产品降低约50％。

图片来源：ROHM

SiC MOSFET的器件结构目前看在重走IGBT的路，国内厂商如果无法突破沟槽结构的专利壁垒，一直在平面结构演进的话，那么代际的差距可能还会逐步拉大。

四、国内扩产

国产衬底的大规模投产正在进行中，衬底的良率、效率、品质作为重要变量，对国内器件厂商未来的成本结构、产能瓶颈会有较大影响。

目前国内产能不足20万片，未来，据中国电子材料行业协会统计，国内SiC衬底在建和已建成的项目就低于30个，项目总规划投资额超过300亿元人民币，预计规划产能超200万片/年。这里面很多产能可能难以最终落地，但是仅考虑天岳、天科、露笑、同光、烁科、三安等几家相对靠谱的厂商，几年内投产100万片/年的产能看着还是蛮有希望的，而Wolfspeed 2024年预计产能约为130万片，国内衬底厂商的集合体预计能成为全球一个不可忽视的力量。

我们可以对这部分的产能做个假设，关键要素包括成本、质量两个部分，其中8寸几年内规模出货可能性不大暂不考虑。

成本方面，由于国内衬底生产良率和效率低，成本相比CR3都还有很大的差距，如果几年内国产衬底厂商能够释放大规模的有效产能，成本能够控制到与国外厂商基本差不多，鉴于目前全球衬底的毛利还较高，叠加目前国内热钱资本对快速扩产的杠杆效应，衬底价格大幅下行是必然的。

质量方面，如果衬底的质量还是难以充分满足大功率器件，尤其是大功率MOSFET的要求，那么这部分的衬底可能会比较集中冲进中低功率SBD市场，衬底的价格竞争会更激烈，但有利于器件厂商SBD产品毛利率的提高。如果是衬底质量能够满足大功率MOSFET的生产要求，在产能方面，国内器件厂商可以打破高品质衬底的产能瓶颈，在成本方面，对国内厂商的SBD和MOSFET产品毛利率的提高均有很大的帮助。

关注的投资问题

一、SBD VS MOSFET

器件结构和晶圆尺寸带来的代际压力，MOS相比SBD要敏感的多，MOSFET预计会面临非常大的成本压力。

（一）技术维度

从静态的角度看，现阶段MOSFET是个好生意，出货也不易。

由于MOSFET难度大，毛利率高，MOSFET产品显然更能赚钱。因此目前不少股权投资机构将MOSFET的研发和出货情况作为判断SiC器件公司投资价值的重要衡量标准。

鉴于目前全球SiC MOSFET缺货的市场行情，国内几家Fabless企业较早的研发进度及与全球稀缺的SiC代工产能的深度合作关系，中国电动车和光伏供应链的先天优势，国产厂商的定价策略，目前国内已陆续有Fabless企业的MOSFET产品在出货。不考虑后期产品可靠性的潜在不利因素，能够冲进MOSFET的阵营，其实对企业的研发能力、供应链管理能力都是一个很大的肯定，确实不容易。

从动态的角度看，后期国内MOSFET的竞争力势必会面临成本压力。

SBD和MOSFET的核心的差异：一是对晶圆尺寸成本效益的敏感度不同，按照Wolfspeed的数据口径，考虑衬底缺陷的情形下，MOSFET 6寸和8寸平台的良率存在近20%-30%的差异，因此对8寸的成本效应非常敏感；考虑衬底缺陷的情形下，SBD 6寸良率一般能过90%，对8寸的成本效益相对不敏感。二是器件结构的系统性差异程度不同，MOSFET的平面型和沟槽型的差异有点像自行车和机动车的差距，目前国内外SBD的代际差异更像是普通机动车和跑车的差距。