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碳化硅的谎言与真相

发布人:传感器技术 时间:2022-09-15 来源:工程师 发布文章
都说买股****买的是预期,其实通常买的是故事。

老话说,Buy the rumor, sell the news。也就是,有故事的时候买,消息落地(故事结局)赶紧卖掉。注意,上述谚语中即使故事成真,如果没有新的故事了,股****也不再涨了。和量子计算很像(旧文:量子计算的谎言与真相),碳化硅(SiC)的故事也很漂亮:有深度有门槛有前景有震撼,大家都有美好的未来。那么,碳化硅和大众曾经喜欢的石墨烯、纳米管、钠电池等等宏大的故事有没有相似处呢?倒是不太一样,这东西已经有了应用规模。今天的文字,可能有些人看了会不开心。一、本文说的碳化硅,是指碳化硅半导体。在半导体领域,弯道超车是做梦,所有的梦想都必须用钱和时间砸出来。1987年,北卡州立大学的一个实验室的五个学生和他们的老师创建了Cree,因为他们研究了好几年的碳化硅长晶方法取得了突破。而碳化硅在LED照明和功率半导体中都有颠覆性创新的潜质。Cree的LED业务很快取得了进展。在随后30年间,在投资人眼里Cree一直是一个LED公司,附赠一个碳化硅芯片的故事。早在公司刚创立时,John Palmour博士就申请了碳化硅MOSFET的核心专利。但到了该专利20年保护期过了,Cree也没能推出相关产品。二、那时业界普遍认为,虽然碳化硅天然耐高压,但是它的晶体缺陷太多,做出可靠的SiC MOSFET几乎是不可能的。特别是MOSFET用于电力领域,可靠性是No.1 的要求。其它碳化硅半导体玩家把研发方向转到BJT、JFET和SBD二极管等。SBD从2001年英飞凌商用后经过多次事故洗礼,逐渐各厂都相对成熟,然后带来的就是门槛低、利润低。配合光伏风电把故事讲大,是SiC SBD的套路。JFET的主推公司是UnitedSiC,但随着SiC MOSFET的成熟,JFET似乎已经不再是最完美的方案。UnitedSiC在2021年被寻找新方向的射频巨头Qorvo收购。
Cree则孤独地走了最艰难的一条路,在枪林弹雨下仰攻MOSFET,因为只有SiC MOSFET才是未来高压功率器件的可能颠覆者。从0.5寸晶圆开始努力(这应该叫晶粒..),Cree晶体从满是缺陷和良率惨不忍睹到一点一点的提高,直到2011年勉强推出商用时,才3英寸衬底。而同期硅晶圆是12寸,成本比碳化硅低了无数倍。无数倍的意思,就是那时SiC MOSFET完全没有竞争力。Cree继续咬牙完善长晶技术,从3寸做到4寸,再到6寸8寸,其中每一步都花费数年,克服了无数技术上的挑战。即使这样,SiC MOS和它的主要竞争对手IGBT之间,仍存在价格上量级的差异,应用仍然小众。直到马斯克骑着大白马出现。三、Cree公司的LED业务经历了起起伏伏,到了2015年有点扛不下去了。公司决定断臂求生,把全部碳化硅Power业务(Wolfspeed)卖给英飞凌,仅售8.5亿美元。结果两年后,因为碳化硅是军方喜欢的材料,美国监管机构枪毙了这项收购,戏剧性地拯救了Cree。英飞凌是IGBT器件毫无争议的老大,如果再将Wolfspeed纳入麾下,其在Power器件领域就太强了,倒也颇会让美帝多几分忌惮。卖身失败后,Cree的GaN-on-SiC业务因通信4G/5G大跃进获得显著成长,英飞凌干脆反过来把自己的RF业务给了Cree。即使如此,Cree仍是连年亏损,度日如年。终于等到马老师带着Model 3从天而降。四、马斯克做车和传统车厂完全不同,他的所有设计思路都是颠覆性的。这也使他可以勇于采用各种激进的方案,其中包括用碳化硅MOSFET替代IGBT 。虽然用昂贵的SiC MOSFET只延长了5%的续航里程,但背负着干掉汽油车使命感的特斯拉看到了新技术的革命。反过来想,5%的里程可以少配置的5%的动力锂电池,这反而省了一大笔钱。特斯拉极致地追求各个部件性价比和高毛利,这也是其中一个小例子。如果没有特斯拉,SiC MOSFET的故事估计要延误3-5年,Cree被收购也是早晚的事。由于特斯拉的增长太快,其SiC MOSFET器件供应商ST(意法半导体)无法保证足够的碳化硅衬底原料,顺势收购了Norstel。安森美则果断收购了GT Advanced,瞄定了特斯拉二供的角色。碳化硅衬底二线供应商迅速被几大功率巨头瓜分,而独占约五成市占的Cree也水涨船高。Cree索性卖掉LED业务,改名Wolfspeed专攻碳化硅,今日市值已经高达140亿美金。估计英飞凌要哭死了。在2009年日本ROHM在其德国老家从老东家西门子手里买走的SiCrystal,今天碳化硅衬底占了全球约六分之一。五、那么,英飞凌在碳化硅竞争中已经完败了吗?并没有。碳化硅的故事,并不只有衬底(晶体)。这是整个炒作链条中最容易误导人的地方。我们能看到这几年冒出来上百家碳化硅公司,但对自己在产业链的位置总是含混其词,做封装的都能把自己吹在食物链顶端。做碳化硅晶体的,也许是做砂纸的,也许是做项链的。碳化硅硬度极高,仅次于钻石,所以可以用来做切割工具和耐磨材料。另外高纯度碳化硅,一般人看不出和钻石的区别,甚至比钻石更夺目。淘宝上一克拉只要50块,学名莫桑钻。做半导体晶体不谈纯度和晶型以及单位面积缺陷,都有耍流氓的嫌疑。六、几乎所有碳化硅的故事里,都会提到电动汽车。毕竟新能源是近期经济和A股中少有的几个亮点之一,而碳化硅器件8成用在汽车上。但A股没有几家的财报里敢于明示了产了多少车规SiC衬底或车规MOS、design win了几款车。因为估计大多是零。MOS衬底没有,那么自研SiC MOS器件总有吗?不好意思,这个很多家出货也是零。为什么呢?其实不重要,A股的关键是故事,有故事就能涨。零有什么关系,可以通过微信群发发小作文,告诉大家我们已经是“1”了,已经研发成功了:我们站在雪山之巅,下面是又松又软忍不住想扑上去的长长的雪球道。那么问题来了,咱努努力把故事变成真的,不是更好吗?七、讲故事容易,但真做就难了。碳化硅MOSFET,从晶体-外延-器件-模块等每一步都来自超过十年的技术积累,这比喊了那么多年的IGBT难度更高。像Wolfspeed这种少林正派,长晶也是个童子功。这是个无比艰难、极其缓慢和高成本的过程,最终还不赚钱。碳化硅晶体有200多种,能做MOSFET的晶型不超过3种,这使得每家的种晶(Seed)都是严格不外传的绝学。碳化硅晶体排名第二的II-VI公司,技术传承于功夫泰斗GE。韦尔奇的GE当年太喜欢赚快钱了,对自家发明的IGBT和SiC器件等需要长期投入又不赚钱的前沿技术喜欢砍砍砍。II-VI也是个利润不佳的公司,衬底业务在公司占比是个位数,一年好像也就1亿美金收入,还多半是通信用的半绝缘衬底。碳化硅晶体衬底不赚钱,那么做器件呢?事实是做MOSFET器件的门槛只高不低。熔晶长晶买些进口炉子就可以练手和讲故事了,但做器件需要数十亿的晶圆厂,同时需要有数十年老法师把关的工艺,还要跳过别家的专利墙。八、目前SiC MOSFET器件排名第一的是ST,马老师认证自然与众不同。除了器件外,ST封装的模块也是坚若磐石、可圈可点。但是,ST的股价挺悲催的,P/E只有12倍。英飞凌的SiC器件占第二位,电动车客户主要是大众和现代,量虽不小,但对其股价的作用也是乏善可陈。第三名Wolfspeed正在通过增加器件的生产,来试图增加毛利率。Wolf的****注放在Mohawk Valley的8寸新厂,这个厂达到设计产能预计要到2024年。所以,Wolf的故事仍然还在,因为还没到开奖的时候。我们看到的情况是,Wolf并不敢把不赚钱的衬底都留给自己做器件,当然它产能也不够。Wolf未来如何差异化经营,如何和几大老巨头与虎谋皮,这个眼下还看不清。考虑到技术能力、产品组合和客户base,我个人认为Wolf不大可能在器件上取得多大优势。而最终Wolf翅膀硬了掀桌子、卡几位老大原材料脖子的可能性也不是那么大。翻过来想,即使Wolf不卖衬底都做成了器件,就一定比英飞凌和ST更赚钱吗?我们看到了故事的另外一个版本:安森美(onsemi)。九、ST、Wolf、安森美的量产SiC MOSFET都是平面结构,理论上落后于英飞凌和ROHM的多级沟槽结构至少一代以上。后者不仅产量高,在性能上有优势,在专利上估计也挖了不少坑。但是,论讲故事配合市场的意愿,安森美的CEO Hassane El-Khoury水平更高。正好碰到汽车行业景气,安森美接连财报靓丽。虽然碳化硅贡献占比有限,但Hassane老板表示all in碳化硅的决心让投资者灰常开心。作为操刀卖掉Cypress的主刀手,Hassane可能也有想法再刀一次安森美。操作这种事吧,天时地利人和都非常重要。安森美的碳化硅产业链已经是全的,外部大环境造势也是无可挑剔。安森美的棋已入局。十、据权威市场分析机构Yole给出的信息:即使到2025年,碳化硅MOSFET器件全球总市场容量也只有30多亿美元,那么多巨头每家能分到的也是有限。国内的玩家如果技术突然神奇突破,产能爬坡飞速从0到勇夺20%份额,也就6-8亿而已。碳化硅并不是工业必需品,它只是新能源巨轮下面一朵漂亮的浪花。市场达成共识并不太需要所谓真相或仔细的算计,看起来漂亮才是关键。主播漂亮就能赚钱:她们不需要清北复交,也不需要提供下巴弧度的数据。



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