比亚迪半导体碳化硅专家交流纪要–20220821

国内碳化硅情况介绍：比亚迪作为国内车企，在车上用碳化硅已经有差不多5、6年的历史，最早是在车载的OBC上用，后面是在车载弹簧、车载电控上面用，目前国内在碳化硅车型上，我们用的碳化硅的量是国内最多的，去年算上车载电控和车载OBC，碳化硅的器件去年接近2个亿。 今年预测可能到接近5个亿以上，甚至更大，因为今年芯片的资源非常紧张，所以导致目前还是处于瓶颈。 目前碳化硅的应用主要在车上，相对价值量更高，车上对成本的要求也没有那么强烈，因为碳化硅在整车应用之后会有系统优势。像碳化硅这种高端器件首先是在车上用，其次才会去往未来工业、消费覆盖。 目前成本还相对比较高。 目前车载的两大应用，一是电控，碳化硅的车载电控模组，我们早在2018年开发碳化硅模组，单车成本最早是在4000以上，现在碳化硅每台车可以做到4000以下的成本，售价也比较高。 目前主要是在一些比较高性能的车上，包括相对比较高端的20万甚至30万以上的乘用车上会采用碳化硅的方案。国内目前采用碳化硅方案的像比亚迪的汉和特斯拉的model3，蔚来的ET7，以及小鹏的G9。 整个收益来说，目前整车电池包和一些系统成本的降低，收益还是比不过成本的上升，但是从未来2-3年碳化硅芯片的降本，包括衬底的降本，芯片良率的提升，未来普及800V甚至以上的高压的电控系统之后，在系统上的收益也会越来越大，我们觉得在两三年后碳化硅会往30万甚至20以下的乘用车上普及和应用。 去年我们在自己相对比较高端的车型上用了碳化硅，配了差不多2万多台车，价格接近30万的车采用碳化硅模组。碳化硅今年和明年、后年我们的规划普及率更高。 今年我们会在一些新的相对高端的纯电车型中推动碳化硅版本的电控。 OBC上我们应用碳化硅单管方案就更早了，我们开发碳化硅电控模组是在2018年，但是我们开发碳化硅单管用在OBC上是2016年，当时在国内碳化硅还属于基本没有什么应用的器件，当时是向台湾去做代工，用在充电上。 因为本身碳化硅的特性是高频，在电源行业频率越高效率也会越高，包括对于整机的收益，省电收益比较大。 目前电源行业采用碳化硅之后，能做到更高频率，可以把整个性能器件的变压器、电源开关转换的变压器，整机的尺寸做的更小。目前以欣锐科技为主的企业，主要是在开发碳化硅的OBC，这一块我们也一直在做。 2018年我们开始在自己的车上逐渐采用碳化硅OBC的方案，目前我们基本上100%的车都是采用碳化硅MOS加一些碳化硅的SBD的非常高效的 OBC方案。 OBC上一般会用到4-8颗的碳化硅MOS，二极管也是4-8颗，主要是跟你的车型要不要去做双向充电，是否为中低端车型相关。一辆车上我们基本上能用到差不多接近200-300块钱左右碳化硅的器件。 我们自供的芯片主要是代工，去年差不多1/3-1/2的水平。 另外是进口，今年国内和海外越来越多的厂商开始在OBC上采用碳化硅Mos的方案，导致今年的产能也是非常紧张，我们今年的车也增加了不止一倍。 因为海外的厂商非常紧张，所以可以看到很多国产的厂商陆续推出碳化硅Mos的方案，比较多的像瀚薪、瞻芯、艾特，包括国内的研究所，十三所、十五所都在推碳化硅Mos方案。 目前我们也在导入一些国产，今年我们应用可能会超过2个亿以上，包括我们今年自研的部分和国产的引进，不过总体来说今年的供应相对还比较少，尤其是在电控这一块，进口芯片相对比较紧张。 国内目前参数能做到1200V25mΩ以下120A以上的厂商很少，12mΩ，15mΩ电控芯片国内可以做出来，但是良率和可靠性未经检验， 40mΩ以上比较成熟，这也是目前在电控上依靠进口的原因。 另外，SiCMOS的可靠性国际上检验比Si更严格，需要高温高压高湿情况下检验（1200V，175℃，湿度80%以上），导致很多国内厂商无法通过，只能在温度、电压等参数上降额。 目前我们主要做芯片代工，未来会做Fab，衬底也在开发。 未来主要要做车载级电控，还是希望在Fab这块能实现自有，从产能、质量、可靠性上把握控制。 硅衬底只占器件成本10%，而碳化硅衬底成本占器件的40%-50%，并且其缺陷会影响最终器件的质量，是未来开发重点。 外延上我们投资了一些国内公司，国际公司做的已经不错了，因此公司并没有投入太多精力，在成本上也只占15-17%，未来会采用委外加工。器件会做Fab，未来主要做车用电控。 封装上，2018年我们就开始启动车载碳化硅的封装了，我们买了一些海外的芯片，自己去开发车载碳化硅模组的封装，最早在2020年我们就完成了项目开发，在2020年底就开始在一些车型上应用。 所以在国内产业链上除了外延其他三个我们都会参与。 国内其他厂商目前能够对标的也不多，像国内的三安光电我们了解目前是有垂直产业链，基本衬底、器件、外延、封装都有。 但是目前在系统应用上还不多，二极管的应用是他的强项，但是碳化硅Mos目前在国内其实OBC上还是在推广的过程中，在电控的一些模组、封装也是刚刚开发的阶段。 国内原来做IGBT的企业，像斯达也是逐渐往这一块转，斯达未来在产业链上会更多的参与两个环节，一是芯片，二是封装。衬底、外延可能也是买一些国外比较成熟的衬底和外延片做。 衬底在产业里面会占到一半的价值量，所以未来在这一块的毛利主要是依靠Fab和封装带来的，衬底这一块的毛利还是基本被一些国外厂商拿走。 斯达目前他的碳化硅模组也开始量产了，未来会涉及Fab。 国内原来的IGBT厂商，像士兰、中车也是在自己建自己的Fab，中车的生产线，良率还是相对比较低，但是二极管相对比较成熟，Mos的良率还是比较低。 士兰今年下半年碳化硅Fab才能去做真正的器件开发，所以相对会比较晚。 未来碳化硅除了在车载、电控的应用之外，目前我们也在做一些工业级的模组，比如像光伏、APF、高端电源的应用，有一些模块现在已经开始使用IGBT+碳化硅SBD的方案，目前的储能客户也在测试纯碳化硅的Mos方案，包括在一些汽车的空压机、高速电机上需要很强的散热，也需要纯碳化硅Mos方案去做。 所以我们觉得未来碳化硅的方案也会往一些工业级的高端性能要求和效率要求这种行业上去渗透，目前我们也看到了一些方向，比如汽车的空压机，包括一些光伏和储能逐渐开始在往碳化硅Mos上渗透。 整个碳化硅我们未来觉得除了车载应用之外，随着未来成本的进一步降低，可以做到硅的两倍左右的价格，在很多一些要求频率非常高和效率比较高的一些工业应用上也是可以去做普及的，这一块的市场空间也会得到一些大幅度的增长。 Q&A：Q：您刚才讲的在车载碳化硅电控的模组成本大概是4000，能不能拆一下从衬底到外延片到器件整个价值的分配，价值量的拆解或者是计算能不能再拆一下？ A：目前一个模块里面是用到36-48颗芯片，单颗芯片在衬底上目前会占到0.2片—0.25片左右芯片的成本，按每片衬底量产5000价去算的话，衬底会接近1000块钱以上的成本。 外延会占到200-300的成本。 剩下的就是器件加工会占到接近30%左右，接近500、600块钱的成本。 衬底占1000以上，外延200-300，器件会占到500以上，最后做成一个芯片之后，在整个模块里面占到超过2000以上的成本，包括还有良率损失。 另外，封装因为使用了一些更贵的材料，比如碳化硅的陶瓷料，包括封装工艺做了一些更新，封装成本会比原来硅IGBT模块贵2倍，封装成本会接近1000块钱左右。 到终端测试的良率还是相对偏低，由于目前芯片的不稳定，所以整个良率会低于90%，算下来就是3000多的成本。 最开始说的4000是因为当时的芯片更贵，目前海外厂商卖这块芯片不是按一个晶圆卖给你，是按单颗芯片，比如60，50块钱一颗卖给你。 Q：碳化硅跟IGBT的技术还是有一些差异的，以后的竞争格局或者是前5家的市场份额的分布是怎么判断的，一些小的企业因为在IGBT的车规认证没有机会，转成碳化硅以后，渗透率提升的过程中，一些小企业有没有可能冒出来？ A：主要还是中高端应用，对芯片的质量要求还是比较高，还是由Fab的工厂比较有优势。之前IGBT没有优势的厂商如果有Fab还是有机会的。 Q：转成碳化硅以后，做IDM模式的企业会不会比Fabless的企业在碳化硅这块的优势更明显一些？ A：IDM优势明显，目前国内Fab厂商主要还是在做代工，但目前不愿意给代工开发沟槽式器件，而是做平台化产品。 而国外目前海外龙头都在器件上进行更新迭代，申请了很多专利，国内fabless如果依靠代工，从开发角度上比IDM有较大劣势。另外，碳化硅目前还是比较贵的，未来在车上大批量之后也要拼成本，因为车载都是大批量的成本。 在前期导入之后，未来在车用需要讲性价比，每年的降幅5%-10%，未来在这一块IDM厂商也会有更大的优势。包括产能，今年碳化硅的业务本来可以做的更多，主要是因为可以供得上的晶片的企业还是不多的。 Q：三安光电在碳化硅上领先优势如何，未来份额如何？ 衬底国内企业和海外企业WOLFSPEED有多少年的差距？ A：三安光电是我们的供应商，目前SBD产品在国内做的还是相对比较好的，比如650伏，已经开始批量应用了。 但是针对碳化硅Mos相对开发的比较晚，整个产品今年在一些OBC上推进时，遇到了刚才说的一些问题，比如良率目前是比不过像积塔、韩美代工的厂商，他们的良率可以比较稳定做到85%以上，但是三安现在是80%以下。 可靠性上，刚才说国内很多厂商在碳化硅的可靠性都会在参数上做降额，还满足不了刚才说的“三高”，175度、1200伏、85%的高湿的测试，有的会在温度上降额，有的会在电压上降额。 芯片结构上的设计，封装上的设计，国内的三安光电在这一块也是偏弱一点。 但是他的好处还是在于产业链够全，虽然发展慢，但是未来还是在国内会有比较大的空间，2025年OBC肯定会比较成熟，OBC国内企业都会大批量使用。 电控芯片到2025年从目前的进度来讲，国内很多做电控级别的Mos芯片到2025年可能具备上车甚至小批量的阶段，OBC未来也会是一个比较大的市场。 衬底上WOLFSPEED已经到8寸，但由于没有8寸外延和8寸Fab，还需要两三年的开发，短期内形成不了对国内厂商的碾压优势，6寸后几年会是主要竞争，国内这几年的衬底会跟WOLFSPEED和罗姆的6寸拼，但是目前wolfspeed，罗姆这些企业的衬底6寸已经做的相对比较成熟了，我们了解wolfspeed，包括以前买他的衬底，他是做分档出货的，比如卖到海外ST的厂商是做一些良率比较高的和质量非常好的衬底，供给他们做车载电控Mos的芯片。 国内主要是停留在二极管的应用，所以会把一些良率比较低的、质量比较低的给国内，国内做一些比较小的二极管的芯片。未来要看wolfspeed、罗姆这些企业会不会放开比较高质量衬底的销售。 国内目前6寸衬底，三安光电、天科这几个厂商，都是刚刚从4寸切到6寸，4寸在国内相对比较成熟了，6寸是刚刚切换过来，包括山东天 岳前段时间有一个千万的订单。 目前国内的6寸衬底，刚刚出来没多久，工业上、电源上有了，但是在电控级别的应用目前还没有真正的大批量验证。因为衬底还是会影响到器件可靠性、良率，这块是国内跟海外的差距。 比如大批量应用时，目前衬底的分档次标准，哪些衬底用来做二极管，哪些衬底可以做碳化硅的Mos，国内目前也没有明确的标准，国内的企业还是需要两三年左右的时间去建立标准，提升质量。 Q：碳化硅设备这一块怎么看，国内有没有一些比较好的企业对碳化硅的进步比较有价值？ A：目前碳化硅的设备，特别是衬底的设备最重要的还是在温度的均匀性，之前很多的设备主要是用感应加热，设备如果持续两周以上的，温度的均匀和一致性很重要。 气压的控制，目前也是比较关键的。 设备再好，最关键的还是在关键参数的调配，比如怎么调气压和温度。 海外的企业在这块也是做了很多年，包括一些缺陷和生