多方协同破卷出新 助力国产碳化硅行业高质量发展

  “半导体产业的迅猛发展，正引领着全球科学技术革命和产业变革的新浪潮，碳化硅在全球新能源产业高质量发展中扮演着至关重要的角色，是我国在全球半导体产业竞争格局中实现重要突破的关键。”6月26日，中国科学院院士、武汉大学教授、阿基米德首席科学家刘胜在2024碳化硅功率器件制造与应用测试大会院士致辞时表示。

  此次大会以“穿越周期，韧性增长”为主题，解构碳化硅市场增长确定性与新业态模式、前沿技术趋势以及落地应用进程。本次大会由InSemiResearch、锡山经开区集成电路产业联盟联合主办，并由碳化硅芯观察与电动车千人会承办。近千名来自碳化硅衬底、外延、晶圆制造、器件设计、模组、下游应用、设备材料零部件等全产业链条的技术专家齐聚无锡。

  与会专家一致认为，当前，中国碳化硅产业“卷疯了”，“卷”出了强大、“卷”出了信心。展望2024年，受汽车应用的带动，市场对碳化硅器件的需求热度依然不减，随着8英寸晶圆的小幅试产，行业的竞争将在新一阶段逐步展开。

  记者了解到，半导体、碳化硅一直是国家的重点关注的高科技行业之一，从“十三五”开始，先进半导体领域的发展被明确写入规划中，而“十四五”出台后，围绕新一代半导体、碳化硅等材料的一系列促进性政策。此外，2020年后全国各地均出台了各项高技术行业、重点信息、集成电路相关行业的支持类政策，将以碳化硅为首的第三代半导体产业作为战略级规划产业。

  近年来，中国碳化硅行业发展迅速，市场规模逐步扩大。产业链最重要的包含衬底、外延、器件设计、晶圆制造、模块封装，该行业以第三代半导体材料为核心，主要使用在于新能源汽车、光伏等领域。产业链上游为碳化硅衬底和外延生长，中游为碳化硅器件和模块的设计与制造，下游则涉及多个高端应用领域。根据中研普华产业研究院发布的《2024-2029年中国碳化硅行业发展现状分析及投资前景预测研究报告》多个方面数据显示，2023年中国碳化硅外延设备市场规模约为13.07亿元，预计到2026年将增至26.86亿元，年复合增长率较高。

  “目前，中国碳化硅经过两到三年的发展，产能释放非常大，市场上对碳化硅材料的需求和对碳化硅材料的供应，已然浮现了供过于求的趋势，国内碳化硅材料占比在全球已经逐步加大，慢慢的变成为主流。另外国内碳化硅的衬底和外延质量也快速的提升。”复旦大学特聘教授、清纯半导体董事长张清纯表示。

  随着技术进步和市场需求量开始上涨，碳化硅行业将迎来更广阔的发展空间。意法半导体执行副总裁、中国区总裁曹志平在会上作《碳化硅为可持续创新赋能》主题分享时表示，电动车的大力推广和发展，将会极大的推动碳化硅器件在汽车上的应用。

  “同时，伴随电动车的发展，需要大量的充电桩，这也要使用到大量的碳化硅和相关的功率器件。此外，可再次生产的能源，包括风能、太阳能，这里用到的很多光伏逆变器、储能逆变器等等，都将会成为碳化硅非常好的应用场景。还有电源电力存储、超高压传输，以后也会成为碳化硅非常好的应用场景。这些都将会成为半导体赋能可再次生产的能源发展，以及推动碳中和逐步发展的重要领域。”曹志平说。

  然而，与国际碳化硅行业相比，中国碳化硅行业在技术上仍存在一定的差距。从产品来看，国内碳化硅产品大多分布在在中低端市场，真正用于高精尖科技，比如：高级研磨粉、精密电子元件等方面的碳化硅产品生产的基本工艺技术还被国外垄断;在碳化硅深加工产品上，对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细，产品质量的稳定性不够，国内产品技术上的含金量低，与美国、日本、欧洲等发达国家及地区领先水平相比还有很大的差距，国内高端技术产品缺乏。此外，西方发达国家从事该产品研发生产时间早经验丰富，产品指标领先我国，且产品验证周期长、产品技术壁垒难以打破，国内产品难以进入国际市场。最后，碳化硅属于发展中产品，有较大的市场需求，但其工艺不成熟，标准也处于低发展状态，例如：没有统一的包装标准，检验标准不完善等。

  “随着国内碳化硅企业技术水平的提升和产能扩张，国产替代将成为行业发展的重要趋势。国内企业将逐步减少对进口碳化硅的依赖，提高自给率。随着国内企业的不断努力和创新，差距正在慢慢地缩小。同时，国内企业在市场规模、生产所带来的成本等方面也具有一定的优势。未来，随技术的逐步发展和市场的不断拓展，中国碳化硅行业有望在国际市场上占据更重要的地位。”参加会议的专家一致表示。

  据了解，碳化硅在电动车辆和混合动力汽车的功率电子系统中起着关键作用，碳化硅器件主要使用在于逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等部件当中，可以在更高的电压和温度下工作，而且效率更加高，散热更好。随着电动车和混合动力车的需求增加，碳化硅产品的市场需求仍在增加。

  但当前碳化硅在光储充领域的应用较多。国产碳化硅芯片在国内的车企里面导入刚起步，量不大，国产芯片大规模导入主驱存在瓶颈，国产碳化硅芯片上车存在众多堵点和难点。

  对此，张清纯指出，当前碳化硅器件微型化面临的挑战主要涉及制造工艺、热管理、鲁棒性、封装技术等方面。

  刘胜指出，碳化硅器件正推动电力电子系统向更高效率和更高功率密度的方向发展，在这一进程中，封装技术至关重要，要实现封装技术的突破，需将基础理论和应用研究紧密结合，共同解决一系列关键的科学和工程问题，这需要整个产业链，从材料到装备，从芯片到模组再到应用的协同合作。同时也需要学术界和产业界的共同努力。

  “除了封装技术，目前，碳化硅制造碰到几大难点，一种原因是材料本身的缺陷率相比来说较高，制造环境的温度要求更高，同时在各种其他的细节方面，包括淬火工艺，钝化的处理，都跟硅基材料有很多不一样的要求，所以碳化硅制造远远没做到像硅基半导体那样，能够做的良率那么高。”曹志平表示。

  在中车科学家、功率半导体与集成技术全国重点实验室副主任、西南交通大学中车时代微电子学院副院长刘国友看来，在碳化硅器件工艺制造里面，人们很少关注缺陷的控制，实际上缺陷控制在功率半导体里面良率的提升和稳定能力非常关键。

  “碳化硅材料缺陷本身比较高，只能依托材料端去解决，但在制作的完整过程中，对缺陷的关注，以及缺陷对整个良率的影响，需要下很大的功夫，用更多的时间。碳化硅的高温材料体系、焊接技术，以及绝缘等等技术也需要去解决。”刘国友说。

  “因为现在国产芯片跟进口器件相比，质量还存在一定差距，价格还可能比进口的贵，并不是说它卖的价格贵，卖的价格是亏着卖，成本控制的比进口要贵，但必须要用，只有在使用的过程中才能一直在优化产品，所以经历过磨砺，才会打磨出高品质的产品。”潘运斌说。

  “吉利从上个月开始，已经在大批量导入国产碳化硅芯片，这个月也在陆续地增量，对国产器件厂商来说已经能清楚看到曙光。”潘运斌透露。

  泰科天润董事长陈彤表示，碳化硅的隐性成本比较高，这种隐性成本意味着碳化硅在很长一段时间里面不成熟，这也是目前存在的痛点。“但不成熟就更需要开发、需要试错，要解决问题。”陈彤说。

  “对于隐性成本，大家要有超级的信心，把成本打下去，让客户放心的用。这种隐性的成本更加要关注。而把器件做稳定，解决下游客户的隐性成本，是最大的挑战。”陈彤说。

  芯联动力董事长袁锋表示，中国汽车半导体国产化还有非常长的路要走，所有的国际企业都把中国作为重要的拓展市场，中国需要有一家作为纽带的碳化硅企业，把中国的车企、零部件企业和下游应用企业连接在一起，通过这一个纽带进行更深的合作，用技术创新和集成化去降本增效，真正的在新能源车领域里做出全球竞争力。

  “汽车市场非常大，现在还不是国产替代最主要的导入时候，再过一两年，我们的技术水平、产能，就可以完全用在新能源车主驱了。同时，随价格不断下降，质量逐步的提升，产能持续扩大，主驱芯片国产替代已经起步，但量还没有起来。我认为，碳化硅这个行业是中国比较擅长的赛道，有可能主导国际的供应链和市场，在这种情况下，国际企业和国内企业要强强联合才能有更好的发展。”张清纯说。

  “因为空间和电池互动的强关联，一定会带来碳化硅的逐渐替代，我认为这个替换的窗口期是今年陆陆续续开始有项目，然后到明年，后年就会起飞。”瞻芯电子首席营销官吴迅表示。

  去年以来，碳化硅行业火热，国内内卷严重，特别是衬底下游之后的器件等环节。

  “我认为卷是一件非常好的事情，说明这个产业真正产业化了，对于整个产业，碳化硅产业卷不是同行之间的卷，而是使得碳化硅成本和硅基IGBT持平，如果有一天整个碳化硅产业去卷硅基市场，那么整个碳化硅市场容量和体量是非常可观和可期待的。”北方华创化合物半导体事业部总经理李仕群说。

  “破卷出新，卷是一个利好，我更在意的是新字，我觉得所谓的新就是创新，碳化硅领域跟硅基未来的重叠度慢慢的升高，接下来，华创会在碳化硅特色工艺的制程上卷出新高度。”李仕群表示。

  在张清纯看来，企业要创新，这包括技术创新、体系创新以及产业生态的创新，这个创新体现在上下游企业之间如何协同上。

  陈彤指出，碳化硅最大的问题是用一个产业链在取代另外一个产业链，就是衬底、外延、器件、封装、应用一整个产业链在取代硅当年的一条产业链，这是一个生态的发展。所以要拥抱新的企业和新的技术，创新协同，才能是行业更具韧性。

  “公司对设备的合作伙伴是非常协同的，我们做了很多支持设备国产化的工作，像量测设备，像外延设备等等，还做了很多试错的事情。接下来对下游的企业，包括终端的车厂、模组或国产芯片也有试错的机会，同时，器件厂、制造厂，也会给材料厂试错的机会。因为只要有反馈，国内行业发展就会有非常大的优势。”中电化合物半导体有限公司总经理潘尧波表示。

  “从今年1月份到现在，慢慢的变多的从业者都知道碳化硅6英寸转8英寸是未来三年整个碳化硅产业链最大的一件事情。”希科半导体董事长夏玉山表示。

  据业内人士预测，未来6英寸产品每年降幅可达在5%～8%之间，8英寸产品降幅则更大，能达到10%。如果8英寸扩展顺利，未来碳化硅价格会持续走低，彼时切入碳化硅将会成为企业优选，但若8英寸扩产不顺利，仅仅依赖6英寸，价格可能会维持或上涨。能预见，未来8英寸将会迎来一场大战，2024年碳化硅市场只会更卷。

  面对更“卷”的市场，除了创新协同，降本增效也是公司发展的关键，潘运滨认为，降本不只是拼价格，也要讲究方法，本质上真正的降低成本还要设计降本和技术降本。

  潘尧波认为，“出海”时面对国外头部企业的竞争，核心还是自己的产品过硬。他举例说：“我们在2022年的时候就开始给国外送样，经过几个月的测试，我们的性能反而比国外的头部企业还好，多批次良率平均下来比竞争对手高了13个点，这是一个很高的数字，后面国外的客户就选择我们为主要的供应商，一直持续到现在。”

  李仕群也表示，从国内的设备厂商来看，出海是必然，中国市场集成电路的天花板已经看到，中国半导体不管是装备还是企业都一定会出海。

  “我理解的出海有两个方式，一种原因是要敢出海，要用我们国产化的材料、国产化的装备、国产化的企业去做合格的国产化芯片，这样对国外技术、设备、产品依赖度越来越小，国产的产品才能越来越行，才能把一些国内依赖的国外巨头的市场占有率赶出去。还有一种出海方式是，随着中国产业链做大做强之后，真正靠自己的产品走出去，中国有足够的产业基础、产品环境，把我国好的产品、好的解决方案推向海外，这是必然之路。”李仕群说。

  张清纯表示，公司发展到一定阶段，不可避免的会出现一些分化和洗牌，在此阶段，行业有必要进行整合。

  “比如说兼并整合，如果是健康的企业生态，也要鼓励企业之间的兼并整合，最终形成行业龙头，健康的发展。此外，要走向国际化，把我国的产能、技术出海。碳化硅要出海的话，我们大家都希望形成一个国家与国家之间双赢的局面，抛弃只有我赢你输的极端思维，这个不可持续，也不长久。”张清纯指出。

  面向未来，参加会议的专家表示，随着行业的发展，碳化硅企业将面临更多的整合机会。通过产业链上下游协同、兼并重组等方式，优化资源配置，提高产业集中度。此外，产业升级也将是未来发展的必然趋势。企业将加大研发投入，推动产品创新和技术进步，以满足高端市场的需求。（曹雅丽）