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關于碳化硅的那些謊言與真相

2022-09-06 92

碳化硅和大眾曾經喜歡的石墨烯、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，這東西已經有了應用規模。

今天的文字，可能有些人看了會不開心。

一、

本文說的碳化硅，是指碳化硅半導體。

在半導體領域，彎道超車是做夢，所有的夢想都必須用錢和時間砸出來。

1987年，北卡州立大學的一個實驗室的五個學生和他們的老師創建了Cree，因為他們研究了好幾年的碳化硅長晶方法取得了突破。而碳化硅在LED照明和功率半導體中都有顛覆性創新的潛質。

Cree的LED業務很快取得了進展。在隨后30年間，在投資人眼里Cree一直是一個LED公司，附贈一個碳化硅芯片的故事。

早在公司剛創立時，John Palmour博士就申請了碳化硅MOSFET的核心專利。但到了該專利20年保護期過了，Cree也沒能推出相關產品。

二、

那時業界普遍認為，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用于電力領域，可靠性是No.1 的要求。

其它碳化硅半導體玩家把研發方向轉到BJT、JFET和SBD二極管等。

SBD從2001年英飛凌商用后經過多次事故洗禮，逐漸各廠都相對成熟，然后帶來的就是門檻低、利潤低。配合光伏風電把故事講大，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。

Cree則孤獨地走了最艱難的一條路，在槍林彈雨下仰攻MOSFET，因為只有SiC 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(這應該叫晶粒..)，Cree晶體從滿是缺陷和良率慘不忍睹到一點一點的提高，直到2011年勉強推出商用時，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倍。

無數倍的意思，就是那時SiC MOSFET完全沒有競爭力。

Cree繼續咬牙完善長晶技術，從3寸做到4寸，再到6寸8寸，其中每一步都花費數年，克服了無數技術上的挑戰。即使這樣，SiC MOS和它的主要競爭對手IGBT之間，仍存在價格上量級的差異，應用仍然小眾。

直到馬斯克騎著大白馬出現。

三、

Cree公司的LED業務經歷了起起伏伏，到了2015年有點扛不下去了。

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

結果兩年后，因為碳化硅是軍方喜歡的材料，美國監管機構槍斃了這項收購，戲劇性地拯救了Cree。

英飛凌是IGBT器件毫無爭議的老大，如果再將Wolfspeed納入麾下，其在Power器件領域就太強了，倒也頗會讓美帝多幾分忌憚。

賣身失敗后，Cree的GaN-on-SiC業務因通信4G/5G大躍進獲得顯著成長，英飛凌干脆反過來把自己的RF業務給了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、

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

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

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

由于特斯拉的增長太快，其SiC MOSFET器件供應商ST(意法半導體)無法保證足夠的碳化硅襯底原料，順勢收購了Norstel。

安森美則果斷收購了GT Advanced，瞄定了特斯拉二供的角色。

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

Cree索性賣掉LED業務，改名Wolfspeed專攻碳化硅，今日市值已經高達140億美金。

估計英飛凌要哭死了。在2009年日本ROHM在其德國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，英飛凌在碳化硅競爭中已經完敗了嗎？

并沒有。

碳化硅的故事，并不只有襯底(晶體)。

這是整個炒作鏈條中最容易誤導人的地方。

我們能看到這幾年冒出來上百家碳化硅公司，但對自己在產業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別，甚至比鉆石更奪目。淘寶上一克拉只要50塊，學名莫桑鉆。

做半導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，都會提到電動汽車。

畢竟新能源是近期經濟和A股中少有的幾個亮點之一，而碳化硅器件8成用在汽車上。

但A股沒有幾家的財報里敢于明示了產了多少車規SiC襯底或車規MOS、design win了幾款車。因為估計大多是零。

MOS襯底沒有，那么自研SiC MOS器件總有嗎？

不好意思，這個很多家出貨也是零。

為什么呢？

其實不重要，A股的關鍵是故事，有故事就能漲。

零有什么關系，可以通過微信群發發小作文，告訴大家我們已經是“1”了，已經研發成功了：我們站在雪山之巔，下面是又松又軟忍不住想撲上去的長長的雪球道。

A股從來不是價值投資，價值投資也是個故事的包裝紙而已。

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，長晶也是個童子功。這是個無比艱難、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)都是嚴格不外傳的絕學。

碳化硅晶體排名第二的II-VI公司，技術傳承于功夫泰斗GE。韋爾奇的GE當年太喜歡賺快錢了，對自家發明的IGBT和SiC器件等需要長期投入又不賺錢的前沿技術喜歡砍砍砍。II-VI也是個利潤不佳的公司，襯底業務在公司占比是個位數，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？

事實是做MOSFET器件的門檻只高不低。

熔晶長晶買些進口爐子就可以練手和講故事了，但做器件需要數十億的晶圓廠，同時需要有數十年老法師把關的工藝，還要跳過別家的專利墻。

八、

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

英飛凌的SiC器件占第二位，電動車客戶主要是大眾和現代，量雖不小，但對其股價的作用也是乏善可陳。

第三名Wolfspeed正在通過增加器件的生產，來試圖增加毛利率。Wolf的賭注放在Mohawk Valley的8寸新廠，這個廠達到設計產能預計要到2024年。

所以，Wolf的故事仍然還在，因為還沒到開獎的時候。

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，當然它產能也不夠。Wolf未來如何差異化經營，如何和幾大老巨頭與虎謀皮，這個眼下還看不清。

考慮到技術能力、產品組合和客戶base，我個人認為Wolf不大可能在器件上取得多大優勢。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版本：安森美(onsemi)。

九、

ST、Wolf、安森美的量產SiC MOSFET都是平面結構，理論上落后于英飛凌和ROHM的多級溝槽結構至少一代以上。后者不僅產量高，在性能上有優勢，在專利上估計也挖了不少坑。

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

正好碰到汽車行業景氣，安森美接連財報靚麗。雖然碳化硅貢獻占比有限，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，天時地利人和都非常重要。

安森美的碳化硅產業鏈已經是全的，外部大環境造勢也是無可挑剔。

安森美的棋已入局。

十、

據權威市場分析機構Yole給出的信息：即使到2025年，碳化硅MOSFET器件全球總市場容量也只有30多億美元，那么多巨頭每家能分到的也是有限。國內的玩家如果技術突然神奇突破，產能爬坡飛速從0到勇奪20%份額，也就6-8億而已。

碳化硅并不是工業必需品，它只是新能源巨輪下面一朵漂亮的浪花。

在市場流動性仍然充沛、錢又不愿進入實體經濟的情況下，漂亮就足夠了。

市場達成共識并不太需要所謂真相或仔細的算計，看起來漂亮才是關鍵。

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