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關(guān)于碳化硅的那些謊言與真相

2022-09-06 74

碳化硅和大眾曾經(jīng)喜歡的石墨烯、納米管、鈉電池等等宏大的故事有沒有相似處呢？

倒是不太一樣，這東西已經(jīng)有了應(yīng)用規(guī)模。

今天的文字，可能有些人看了會(huì)不開心。

一、

本文說的碳化硅，是指碳化硅半導(dǎo)體。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，彎道超車是做夢(mèng)，所有的夢(mèng)想都必須用錢和時(shí)間砸出來。

1987年，北卡州立大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的五個(gè)學(xué)生和他們的老師創(chuàng)建了Cree，因?yàn)樗麄冄芯苛撕脦啄甑奶蓟栝L(zhǎng)晶方法取得了突破。而碳化硅在LED照明和功率半導(dǎo)體中都有顛覆性創(chuàng)新的潛質(zhì)。

Cree的LED業(yè)務(wù)很快取得了進(jìn)展。在隨后30年間，在投資人眼里Cree一直是一個(gè)LED公司，附贈(zèng)一個(gè)碳化硅芯片的故事。

早在公司剛創(chuàng)立時(shí)，John Palmour博士就申請(qǐng)了碳化硅MOSFET的核心專利。但到了該專利20年保護(hù)期過了，Cree也沒能推出相關(guān)產(chǎn)品。

二、

那時(shí)業(yè)界普遍認(rèn)為，雖然碳化硅天然耐高壓，但是它的晶體缺陷太多，做出可靠的SiC MOSFET幾乎是不可能的。特別是MOSFET用于電力領(lǐng)域，可靠性是No.1 的要求。

其它碳化硅半導(dǎo)體玩家把研發(fā)方向轉(zhuǎn)到BJT、JFET和SBD二極管等。

SBD從2001年英飛凌商用后經(jīng)過多次事故洗禮，逐漸各廠都相對(duì)成熟，然后帶來的就是門檻低、利潤(rùn)低。配合光伏風(fēng)電把故事講大，是SiC SBD的套路。

JFET的主推公司是UnitedSiC，但隨著SiC MOSFET的成熟，JFET似乎已經(jīng)不再是最完美的方案。UnitedSiC在2021年被尋找新方向的射頻巨頭Qorvo收購(gòu)。

Cree則孤獨(dú)地走了最艱難的一條路，在槍林彈雨下仰攻MOSFET，因?yàn)橹挥蠸iC MOSFET才是未來高壓功率器件的可能顛覆者。

從0.5寸晶圓開始努力(這應(yīng)該叫晶粒..)，Cree晶體從滿是缺陷和良率慘不忍睹到一點(diǎn)一點(diǎn)的提高，直到2011年勉強(qiáng)推出商用時(shí)，才3英寸襯底。而同期硅晶圓是12寸，成本比碳化硅低了無數(shù)倍。

無數(shù)倍的意思，就是那時(shí)SiC MOSFET完全沒有競(jìng)爭(zhēng)力。

Cree繼續(xù)咬牙完善長(zhǎng)晶技術(shù)，從3寸做到4寸，再到6寸8寸，其中每一步都花費(fèi)數(shù)年，克服了無數(shù)技術(shù)上的挑戰(zhàn)。即使這樣，SiC MOS和它的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手IGBT之間，仍存在價(jià)格上量級(jí)的差異，應(yīng)用仍然小眾。

直到馬斯克騎著大白馬出現(xiàn)。

三、

Cree公司的LED業(yè)務(wù)經(jīng)歷了起起伏伏，到了2015年有點(diǎn)扛不下去了。

公司決定斷臂求生，把全部碳化硅Power業(yè)務(wù)(Wolfspeed)賣給英飛凌，僅售8.5億美元。

結(jié)果兩年后，因?yàn)樘蓟枋擒姺较矚g的材料，美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)槍斃了這項(xiàng)收購(gòu)，戲劇性地拯救了Cree。

英飛凌是IGBT器件毫無爭(zhēng)議的老大，如果再將Wolfspeed納入麾下，其在Power器件領(lǐng)域就太強(qiáng)了，倒也頗會(huì)讓美帝多幾分忌憚。

賣身失敗后，Cree的GaN-on-SiC業(yè)務(wù)因通信4G/5G大躍進(jìn)獲得顯著成長(zhǎng)，英飛凌干脆反過來把自己的RF業(yè)務(wù)給了Cree。

即使如此，Cree仍是連年虧損，度日如年。

終于等到馬老師帶著Model 3從天而降。

四、

馬斯克做車和傳統(tǒng)車廠完全不同，他的所有設(shè)計(jì)思路都是顛覆性的。這也使他可以勇于采用各種激進(jìn)的方案，其中包括用碳化硅MOSFET替代IGBT(參考舊文：特斯拉的獨(dú)特氣質(zhì)和碳化硅革命)。

雖然用昂貴的SiC MOSFET只延長(zhǎng)了5%的續(xù)航里程，但背負(fù)著干掉汽油車使命感的特斯拉看到了新技術(shù)的革命。反過來想，5%的里程可以少配置的5%的動(dòng)力鋰電池，這反而省了一大筆錢。特斯拉極致地追求各個(gè)部件性價(jià)比和高毛利，這也是其中一個(gè)小例子。

如果沒有特斯拉，SiC MOSFET的故事估計(jì)要延誤3-5年，Cree被收購(gòu)也是早晚的事。

由于特斯拉的增長(zhǎng)太快，其SiC MOSFET器件供應(yīng)商ST(意法半導(dǎo)體)無法保證足夠的碳化硅襯底原料，順勢(shì)收購(gòu)了Norstel。

安森美則果斷收購(gòu)了GT Advanced，瞄定了特斯拉二供的角色。

碳化硅襯底二線供應(yīng)商迅速被幾大功率巨頭瓜分，而獨(dú)占約五成市占的Cree也水漲船高。

Cree索性賣掉LED業(yè)務(wù)，改名Wolfspeed專攻碳化硅，今日市值已經(jīng)高達(dá)140億美金。

估計(jì)英飛凌要哭死了。在2009年日本ROHM在其德國(guó)老家從老東家西門子手里買走的SiCrystal，今天碳化硅襯底占了全球約六分之一。

五、

那么，英飛凌在碳化硅競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)完敗了嗎？

并沒有。

碳化硅的故事，并不只有襯底(晶體)。

這是整個(gè)炒作鏈條中最容易誤導(dǎo)人的地方。

我們能看到這幾年冒出來上百家碳化硅公司，但對(duì)自己在產(chǎn)業(yè)鏈的位置總是含混其詞，做封裝的都能把自己吹在食物鏈頂端。

做碳化硅晶體的，也許是做砂紙的，也許是做項(xiàng)鏈的。

碳化硅硬度極高，僅次于鉆石，所以可以用來做切割工具和耐磨材料。另外高純度碳化硅，一般人看不出和鉆石的區(qū)別，甚至比鉆石更奪目。淘寶上一克拉只要50塊，學(xué)名莫桑鉆。

做半導(dǎo)體晶體不談純度和晶型以及單位面積缺陷，都有耍流氓的嫌疑。

六、

幾乎所有碳化硅的故事里，都會(huì)提到電動(dòng)汽車。

畢竟新能源是近期經(jīng)濟(jì)和A股中少有的幾個(gè)亮點(diǎn)之一，而碳化硅器件8成用在汽車上。

但A股沒有幾家的財(cái)報(bào)里敢于明示了產(chǎn)了多少車規(guī)SiC襯底或車規(guī)MOS、design win了幾款車。因?yàn)?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; caret-color: #333333; color: #333333; text-size-adjust: inherit; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">估計(jì)大多是零。

MOS襯底沒有，那么自研SiC MOS器件總有嗎？

不好意思，這個(gè)很多家出貨也是零。

為什么呢？

其實(shí)不重要，A股的關(guān)鍵是故事，有故事就能漲。

零有什么關(guān)系，可以通過微信群發(fā)發(fā)小作文，告訴大家我們已經(jīng)是“1”了，已經(jīng)研發(fā)成功了：我們站在雪山之巔，下面是又松又軟忍不住想撲上去的長(zhǎng)長(zhǎng)的雪球道。

A股從來不是價(jià)值投資，價(jià)值投資也是個(gè)故事的包裝紙而已。

那么問題來了，咱努努力把故事變成真的，不是更好嗎？

七、

講故事容易，但真做就難了。

碳化硅MOSFET，從晶體-外延-器件-模塊等每一步都來自超過十年的技術(shù)積累，這比喊了那么多年的IGBT難度更高。

像Wolfspeed這種少林正派，長(zhǎng)晶也是個(gè)童子功。這是個(gè)無比艱難、極其緩慢和高成本的過程，最終還不賺錢。碳化硅晶體有200多種，能做MOSFET的晶型不超過3種，這使得每家的種晶(Seed)都是嚴(yán)格不外傳的絕學(xué)。

碳化硅晶體排名第二的II-VI公司，技術(shù)傳承于功夫泰斗GE。韋爾奇的GE當(dāng)年太喜歡賺快錢了，對(duì)自家發(fā)明的IGBT和SiC器件等需要長(zhǎng)期投入又不賺錢的前沿技術(shù)喜歡砍砍砍。II-VI也是個(gè)利潤(rùn)不佳的公司，襯底業(yè)務(wù)在公司占比是個(gè)位數(shù)，一年好像也就1億美金收入，還多半是通信用的半絕緣襯底。

碳化硅晶體襯底不賺錢，那么做器件呢？

事實(shí)是做MOSFET器件的門檻只高不低。

熔晶長(zhǎng)晶買些進(jìn)口爐子就可以練手和講故事了，但做器件需要數(shù)十億的晶圓廠，同時(shí)需要有數(shù)十年老法師把關(guān)的工藝，還要跳過別家的專利墻。

八、

目前SiC MOSFET器件排名第一的是ST，馬老師認(rèn)證自然與眾不同。除了器件外，ST封裝的模塊也是堅(jiān)若磐石、可圈可點(diǎn)。但是，ST的股價(jià)挺悲催的，P/E只有12倍。

英飛凌的SiC器件占第二位，電動(dòng)車客戶主要是大眾和現(xiàn)代，量雖不小，但對(duì)其股價(jià)的作用也是乏善可陳。

第三名Wolfspeed正在通過增加器件的生產(chǎn)，來試圖增加毛利率。Wolf的賭注放在Mohawk Valley的8寸新廠，這個(gè)廠達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能預(yù)計(jì)要到2024年。

所以，Wolf的故事仍然還在，因?yàn)檫€沒到開獎(jiǎng)的時(shí)候。

我們看到的情況是，Wolf并不敢把不賺錢的襯底都留給自己做器件，當(dāng)然它產(chǎn)能也不夠。Wolf未來如何差異化經(jīng)營(yíng)，如何和幾大老巨頭與虎謀皮，這個(gè)眼下還看不清。

考慮到技術(shù)能力、產(chǎn)品組合和客戶base，我個(gè)人認(rèn)為Wolf不大可能在器件上取得多大優(yōu)勢(shì)。而最終Wolf翅膀硬了掀桌子、卡幾位老大原材料脖子的可能性也不是那么大。

翻過來想，即使Wolf不賣襯底都做成了器件，就一定比英飛凌和ST更賺錢嗎？

我們看到了故事的另外一個(gè)版本：安森美(onsemi)。

九、

ST、Wolf、安森美的量產(chǎn)SiC MOSFET都是平面結(jié)構(gòu)，理論上落后于英飛凌和ROHM的多級(jí)溝槽結(jié)構(gòu)至少一代以上。后者不僅產(chǎn)量高，在性能上有優(yōu)勢(shì)，在專利上估計(jì)也挖了不少坑。

但是，論講故事配合市場(chǎng)的意愿，安森美的CEO Hassane El-Khoury水平更高。

正好碰到汽車行業(yè)景氣，安森美接連財(cái)報(bào)靚麗。雖然碳化硅貢獻(xiàn)占比有限，但Hassane老板表示all in碳化硅的決心讓投資者灰常開心。

作為操刀賣掉Cypress的主刀手，Hassane可能也有想法再刀一次安森美。

操作這種事吧，天時(shí)地利人和都非常重要。

安森美的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)是全的，外部大環(huán)境造勢(shì)也是無可挑剔。

安森美的棋已入局。

十、

據(jù)權(quán)威市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)Yole給出的信息：即使到2025年，碳化硅MOSFET器件全球總市場(chǎng)容量也只有30多億美元，那么多巨頭每家能分到的也是有限。國(guó)內(nèi)的玩家如果技術(shù)突然神奇突破，產(chǎn)能爬坡飛速?gòu)?到勇奪20%份額，也就6-8億而已。

碳化硅并不是工業(yè)必需品，它只是新能源巨輪下面一朵漂亮的浪花。

在市場(chǎng)流動(dòng)性仍然充沛、錢又不愿進(jìn)入實(shí)體經(jīng)濟(jì)的情況下，漂亮就足夠了。

市場(chǎng)達(dá)成共識(shí)并不太需要所謂真相或仔細(xì)的算計(jì)，看起來漂亮才是關(guān)鍵。

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