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碳化硅:成也马斯克,败也马斯克-香港期货开户

不久前的特斯拉投资者日上,马斯克宣布特斯拉的每辆车都削减75%的碳化硅芯片使用量。随后,美股A股的一众碳化硅观点股齐齐崩盘,全球碳化硅龙头wolfspeed当日下跌7%,至今已经腰斩。

马斯克一句话带崩一个产业并不罕有,但碳化硅简直是个破例:这个原本不太起眼的产业,恰恰是马斯克一手带火的。

2018年,马斯克首次宣布在特斯拉Model3里使用碳化硅芯片。紧接着,比亚迪、小鹏、祥瑞纷纷效仿,在新款电车里换上了碳化硅芯片。

自此之后,通常使用了碳化硅芯片的车型,全都被打上了“高端”、“豪华”的标签,价钱也一起上探到30万以上。

对应的产业链上游,早年做一种名为“莫桑钻”的廉价珠宝的企业,也都由于生产质料是碳化硅,摇身一酿成为了性感十足的芯片观点股。

五年后,昔时的造神者亲自推倒了神像。随同着特斯拉投资者日的竣事,所有的喧嚣和狂热好像一瞬间被打回了真相。

那么,从廉价珠宝到半导体质料,碳化硅是怎么被马斯克一手托起,又重重摔下的?

碳化硅是怎么火起来的?

2018年,特斯拉最先在Model3的主驱逆变器里,使用基于碳化硅质料的碳化硅MOSFET,以替换传统的硅基IGBT。

这个决议在那时引发了凶猛的震惊——在电动车取代燃油车的历程中,电池、电机、电控组成的三电系统,取代此前燃油车时代的发念头与变速箱,成为一辆汽车最焦点的心脏。但由于电池是直流电,电机事情需要交流电,这就需要电控环节的逆变器,将直流电转换交流电,

在这之中,硅基IGBT碳化硅MOSFET等功率模块是一个逆变器最焦点的手艺所在。

相比传统的硅基IGBT,碳化硅加倍耐高温、耐高压,还拥有更高的热导率。因此,碳化硅器件的体积只需要做到硅器件体积的1/10,就可以实现同样的功率转化需求。

同时,搭载碳化硅MOSFET的电车,续航比搭载硅基IGBT的延伸5-10%,消耗降低75%,总系一切效率提升5%[1]。

简而言之,碳化硅体积小,性能优越,节能性强,还顺带缓解了续航问题,以是一举成为新能源车的当红炸子鸡,车企纷纷效仿,海内电车暮年迈比亚迪首当其冲。

2020年,比亚迪推出了*款高端车型“汉”,“在电机控制器中首次使用了碳化硅的功率模块;紧接着,蔚来也于2021年推出在电驱动系统上应用碳化硅质料的ET7;2022年,小鹏也推出了搭载碳化硅电驱动平台的G9车型。

这几款车型价钱都上探到30万元以上,齐齐驶进电车领域的高端赛道。

终端的热潮,顺便在供应侧带火了一家叫做CREE的公司。

碳化硅进入应用前,要履历衬底、外延、器件设计、器件制造封测的一系列制作环节,这些环节又可以拆分给差其余公司。

现在,全球有能力完成所有制造环节的企业很少[2],CREE就是其中一家,也是*个入局碳化硅的企业。

1991年,CREE制造了出天下上*块商用碳化硅衬底,并把它应用在LED领域。和那时风靡的小我私人电脑、MP3,以及厥后的智能手机相比,这着实算不上引人注重。

但厉害的是,今后二十多年,CREE这个小众市场做到了近乎垄断的职位

等到新能源车缔造了大量的增量市场,CREE莫名其妙躺着就赢了——2020年,在汽车所需要的导电型碳化硅中,CREE一家就占有全球60%以上产能,海内*天科合达仅占比4%[1]。

手艺层面,CREE也常年保持一骑绝尘的*职位。在晶圆制造中,单片衬底面积增进有利于降低制造成本,因此行业内普遍以为衬底尺寸越大,企业的研发越先进。现在业内的最高水平是8英寸碳化硅衬底。

CREE在2015年推出了8英寸碳化硅衬底,随后,罗姆、意法半导体等国际头部厂商,也于2021年研制乐成。与之相比,海内最*的厂商天科合达、天岳先进等的生产能力却仍在6英寸水平。

另一个手艺难点在于碳化硅的良率:在获得碳化硅衬底的晶体生长历程中,传统的硅质料只需3天就可以长成一根晶棒,而碳化硅晶棒需要7天,这就导致碳化硅生产效率自然地更低。

而且,由于碳化硅的脆硬属性,在切割晶圆划片时异常容易崩边,以现在的生产工艺来看,制作出及格的、半导体级其余碳化硅晶圆并不容易,产能异常紧缺。

具有完整产业链 手艺*一步的双重buff加持,CREE成为了资源市场的热门标的。2020年,CREE的市值上涨了129%,在同期主要半导体公司里涨幅位居全球第二,英伟达和AMD都被它甩在死后[7]。

随着特斯拉宣布使用碳化硅质料,CREE也加倍集中精神,先后卖掉了曾经视为焦点的照明营业和LED营业,而且将整个公司更名为:Wolfspeed,中文直译为“狼速”。

效果自从CREE更名,“狼速”就酿成了狗爬。

2021年11月12日,更名后一个月,Wolfspeed的市值爬上了最*,到现在只剩下了那时的一半。

2021年10月4日,Cree更名为Wolfspeed

从*到谷底,马斯克自然要肩卖力任。但问题是,碳化硅为什么在短时间内,从宠儿酿成了弃儿?

特斯拉:造神者灭神

Wolfspeed与碳化硅观点股最近一次的暴跌,是由于马斯克在3月初的特斯拉投资者日上宣布:单车减用75%的碳化硅。

但市场似乎解读错了重点:特斯拉是削减使用了,不是不用了。

而且,这背后尚有不少隐情:只管生长多年,但碳化硅长晶时间长、属性硬脆的特征依旧没能解决。这就导致纵然行业龙头Wolfspeed,综合良率尚且只有60%,海内衬底厂商的良率更是在40%以下[4]。

低良率的直接效果就是高成本:以Model3为例,其主驱动逆变器接纳的48个碳化硅MOSFET,总成本为5000元,是传统方案硅基IGBT的3-5倍[1]

对于砍成本狂魔马斯克来说,这显然是可忍孰不能忍。恰巧在今年年头,特斯拉刚刚搞了一波疯狂降价,马斯克顺势立下了一个flag:减价不减量,特斯拉性能稳固,但总制造成本还要再削减1000美元[3]

作为汽车电控的焦点成本泉源,碳化硅自然而然的登上了黑名单

马斯克心里着实尚有另一本帐。根据他的构想:到了2030年,特斯拉要到达2000万辆电动汽车的年产量,而现在每平均每2辆特斯拉就要用掉一块6英寸的碳化硅。但乐观展望,纵然每年的复合增进率为34%,到2030年,碳化硅的总产能也只有1045-1218万片。

也就是说,若是维持原本的使用量,特斯拉一家就要用掉全球碳化硅的所有产量,这显然是不能能的。

价钱上用不起,产量上跟不上,一直掉链子的wolfspeed,只能倒逼着特斯拉另辟蹊径。

就在特斯拉宣布减用碳化硅的那天,其动力系统工程副总裁提出:特斯拉着实是开发了定制化模块封装手艺,可以在使用更少碳化硅的情形下,保持相同的散热效果。

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也就是说,特斯拉不是不用了,只是少用了。而那些暂时还没掌握“定制化模块封装手艺”的车企,短期内,也只能一边疏通与Wolfspeed的关系,一边努力寻找备胎。

好比,比亚迪投资了天域半导体和天科合达,小鹏投资了瞻芯电子。2018 年,海内碳化硅相关的投资项目签署额仅50亿元,到2020年已达463亿元,其中90%以上有政府介入[1]。

不外,在汽车市场不停降价的靠山之下,本就利润微弱的国产汽车,对碳化硅的信仰还能坚持多久,也就被画上了问号。

为碳化硅祛魅

碳化硅自己着实并不新颖,其作为质料的历史已有100多年。在商用领域的手艺生长也已历经30多年。

1884年,爱迪生实验室里一个叫做爱德华·艾奇逊的员工去职创业后,想要做出“人工钻石”。效果却意外在一次实验的熔炉反映物中发现一种硬度只比钻石小一点,火彩甚至比钻石更亮的器械,从而打开了人工合成“碳化硅”的大门。

十多年后,又有一个叫亨利·莫桑的科学家在陨石中发现了自然的碳化硅,甚至还因此获得了1904年的诺贝尔化学奖。而碳化硅,也因此被赋予了一个名气更大的名字:莫桑石。

以是,一个冷知识是:着实许多打着“碳化硅”名号混的风生水起的企业,在特斯拉用上碳化硅之前,一直是廉价珠宝的供应商。

图左:钻石,图右:莫桑石

好比2022年1月,碳化硅*股天岳先进上岸科创板,而直到2020年,天岳先进的前五大客户里有三家都是珠宝公司。现在海内碳化硅衬底产量最高的天科合达,在2020年准备上市时,宣布的大客户名单里也有两家珠宝公司耐久占有前五,其中一家还曾在2017年成为天科合达*的客户。

固然,在资源市场,碳化硅尚有一个加倍性感的名字——第三代半导体。

理由是碳化硅可以作为芯片的晶圆衬底,并在物理特征上具备禁带宽度更大、电子漂移速率更大、热导率更大、击穿场强更大的特点,更通俗来说就是可以顺应高功率、高频、高温、高电压等恶劣条件,因此在汽车芯片、高压快充等场景中优势尤为显著。

与之相对应的则是*代半导体与第二代半导体。其中,*代半导体衬底一样平常是硅晶圆,可以用来生产传统的CPU、GPU、MCU等等;

第二代半导体的衬底一样平常是磷化铟、砷化镓,主要用来生产射频器件、光模块、LED、激光器、探测器、传感器等器件。

又是芯片,又与特斯拉、新能源车相关,甚至还一度引来张汝京亲自下场,资源市场对碳化硅的炒作也一度被捧到了“国产替换”“弯道超车”的高度。

而对厂商来说,只要将碳化硅在拉晶历程中的硅棒拉得够大,就能从义乌小商品城*的莫桑钻供应商转酿成为第三代半导体。

但要将晶棒拉得够大,并不简朴。

碳化硅生产制造的难点在于:生长历程在2300摄氏度高温的黑箱中举行(硅质料只需要1600摄氏度),随着尺寸扩大,其生长难度呈几何式增进:

温度和压力的控制稍有失误,就有可能导致碳化硅质料的微管密度、错位密度、电阻率、翘曲度、外面粗拙度等一系列参数泛起差错[6]。

一旦泛起差错,这种碎掉、畸形的碳化硅晶圆,就被降格定级为莫桑钻。

也正是由于从莫桑钻到第三代半导体的跨越历程中极高的碎片率,想要投资半导体级其余碳化硅,奏效往往是很慢的。

*如Wolfspeed,早在2015年就研发出8英寸碳化硅衬底,然则却到2022年,迭代到第三代晶圆时,才得以进入规模化量产。而海内企业2020年才最先进入8英寸的研发[6]。

只管财报中,“8英寸”在各厂发出的喜报和新闻里已经吆喝了许多年,但现在国际市场上主流的衬底仍停留在6英寸水平,海内的主流产物更是还停留在4英寸衬底。

甚至就连Wolfspeed自己,也还在将不达标的碳化硅作为莫桑钻卖给珠宝公司。更早之前的2016年,CREE一度计划把研发碳化硅的第三代半导体部门出售给英飞凌。

效果到了2017年,CREE看到Wolfspeed营业渐有转机,态度180度大转弯:不只不卖了,还将整个公司的重心都转移到半导体部门,并在后续多年里,陆续将曾经的LED和照明出售。

到了2018年,CREE正式忏悔,宣布拒绝把半导体营业卖给英飞凌,甚至翻身做甲方,把英飞凌的射频营业买了下来。

尾声

之前的文章中,我们讲过这样一个故事:

2013年,为了用蓝宝石替换康宁的玻璃屏幕,在苹果支持下,美国一家叫做极特先进(GT Advanced Technologies)的企业花了整整9亿美金在在亚利桑那州盖蓝宝石工厂。

根据合约,苹果会预付5.78亿美金的预购款给极特先进,用于扩产以及相关的装备投入。

也正是由于苹果的支持,那一年的极特先进,纵然财政亏损,股价却走出了一个漂亮的大涨曲线。

相似的温情开头,却迎来了纷歧样的了局:仅仅一年后,苹果就就由于蓝宝石成本高且易碎,重回了康宁怀抱并“含泪”增进一整年,再一次创下确立以来的历史股价新高。

而激进扩产的极特先进,为了归还债务,甚至沦落到了卖熔炉还债、裁员歇业的故事收尾。

无论是极特先进的歇业,照样Wolfspeed的浮沉,本质上都反映了一个问题:一个凌驾货量的终端产物,对上游供应链往往有着伟大的话语权,甚至能够决议供应链公司的生死生死。

这着实也是中国竭尽全力培育新能源车市场的另一个缘故原由——一家千亿市值的新能源车企业,很可能动员几十家百亿市值的供应链公司,它们背后可能是更多的就业、利税和高收入岗位。

从这个角度看,碳化硅的潮起潮落只是新能源车背后供应链上无限硝烟的一个缩影,对这个市场话语权与附加值的争取和追赶,还远远没到竣事的时刻。

参考资料

[1] IGBT剑指全球市场,鼎力扩产保障新能源供应,民生证券

[2] 外洋考察系列一:从wolfspeed生长看碳化硅国产化,东吴证券

[3] 特斯拉投资者日:每45秒生产一辆新车、组装成本降低50%,2030年十款车型实现年销2000万辆,界面新闻

[4]Wolfspeed剖析讲述:全球碳化硅衬底龙头,新能源车驱动中期生长,中信证券

[5] 碳化硅行业深度讲述:乘新能源之风,行业需求有望高增,长城证券

[6] SiC衬底——产业瓶颈亟待突破,海内厂商加速生长,安信证券

[7] 重磅!Cree年底更名为Wolfspeed—坚决迈向第三代半导体,集邦咨询