碳化硅应该做IDM吗

今天看到一家刚成立3年，专做化合物半导体外延的公司获得3亿元A轮融资。该公司专门生产碳化硅及氮化镓相关外延片，同时提供包含GaN on Silicon、GaN on SiC以及SiC等器件，针对高压、高功率以及射频微波等应用市场的外延代工服务。

晶圆代工是制造业门槛最高的一个行业。投资大、周期长，每台设备的专业化程度都很高，整个产线是靠设备堆起来的，所以建厂、买设备、导入设备到投产、打磨产品，再到客户认可，然后小批量到大批量生产，每个阶段没有两年都不行，成功生产出产品就要5-8年，几十亿资本是否等得起？

这个化合物外延代工的市场到底如何，今天聊聊IDM和代工。

先看张图大概了解一下半导体生态。半导体的供应链主要涉及到下面几个环节：

1. 设计 （画）
2. 晶圆制造（做）
3. 封装测试（封）
4. 分销（卖）

而根据所涉及的环节，又可以把半导体公司分为

• IDM - 涉及全部4个环节，例如英特尔，英飞凌
• Foundry - 芯片代工，涉及2/3两个环节（Fab凭借硬实力在往下游走），例如人们熟知的台积电，中芯国际
• Fabless - 无晶圆，只做设计， 例如华为，高通
• Design house - 设计公司，连接设计及晶圆制造
• IP company - 只做设计，专利授权，无芯片，例如ARM
• OSAT - 外包封测公司，例如国际上较有名气的日月光和安靠；在中国则主要市场份额由长电，通富，华天等公司包揽

芯片代工是台积电30年前发展起来的，针对半导体加工环节中的一项独特分工，在半导体生态系统中占据重要地位。由于先进的半导体设备和制程，需要高昂的费用和专业的工程师进行生产和运营维护；同时，先进工艺的研发和制造需要资金和人力的投入堪称“无底洞”，新工艺的量产总是从上一代吸取经验教训，再开发下一代并且提升良率和产能爬坡最终实现规模量产，这些工作都需要长时间的技术积累来实现稳定的制程。这部分工作和投入并不是每一个做半导体的公司都可以承担的。

在CMOS集成电路技术中，芯片供应商把重点放在IC设计上，从而区别他们的产品并拥有相关的知识产权（IP）。而芯片的制造并不是他们的强项，或者说并不是他们的产品重点。不仅如此，他们还可以跟随代工厂制程的进步，享受集成度提高带来的性能提升和大规模生产的成本优势，代工厂和客户（Fabless）都可以享受专业分工带来的好处。同时，代工厂的存在让Fabless，特别是初创企业和较小的公司，在没有重大工艺器件投资的情况下，测试他们的产品成为可能，极大地降低了芯片设计公司的试错成本。

目前主要的芯片代工主要在台湾（台积电，联电和世界先进等）和韩国（三星），占据了超过60%的市场份额。近年，看到20nm+代工厂产能满载，英特尔也希望借助其现有制程来分一杯羹，去年重启了代工业务。某个程度来看，这个调整，可以说是幅度较小的把设计与制造分割的动作。虽然没有拆出去成为另一家公司，但当 Intel 的晶圆制造部门，成为一个独立事业单位之后，其实也等于把设计与制造之间的权责划分的更清楚了。然而，IDM做久了的厂商，不容易拥有为他人“服务”的精神。对于老牌IDM的英特尔来说，给他人代工新的工艺而非制造自己的产品，这个事咱们还是拭目以待。

就功率器件而言，目前国际上的头部玩家无一例外的是IDM。英飞凌，安森美，意法半导体等传统IDM占据了市场半壁江山。产生这样的情形其实原因很多，除了IDM可以很好控制成本，也因为功率芯片的附加值体现在器件的结构和工艺。在功率器件领域，早期代工厂不制定基准工艺。取而代之的是，他们的客户（无晶圆厂）设计开发一种基于公司专有工艺的器件。然后，这个工艺由代工厂加工实施，每个无晶圆厂的客户可能有不同的工艺。因此，代工厂必须为众多客户移植和维护不同的工艺，这使得代工模式很难在低成本和制程可移植的情况下进行运营。一个特定的功率器件是围绕一个工艺而开发和优化的，器件和工艺在晶圆厂中需要紧密配合。

所以，相对CMOS对电路layout的保护而言，功率器件更多的是对芯片的制程和堆叠的结构，沟槽的方式进行IP保护。例如IGBT分平面和沟槽，根据芯片器件部分结构划分不同的代次。不同的芯片结构直接导致了不同的器件性能，因此形成与竞争对手区别的产品。

这样就不难理解为什么目前的功率半导体玩家都是资深IDM了。代工厂并没有IP，也不能加工未经授权的器件结构，只好各家干各家的，没代工厂什么事。然而，代工厂加工点射频器件赚赚钱还是可以的，毕竟那个是平面结构，却也是在GaAs这些三五族的化合物半导体上玩。要不是还有这些射频IC给代工厂订单，真难想象现在还能有谁能转来给Power GaN这些做代工。

相对GaN而言，SiC就困难很多。长晶又慢，又难划片、磨片，好不容易外延片准备好了，你可以开始做器件了，离子注入、刻蚀也慢，挖沟也难，还一大堆killer-defect等着你，做一片wafer能有一半是好的已经很开心——太难了。做出好的芯片只成功了一半，高功率密度对封装挑战极大，现有的IGBT封装架构大概率不适合直接照搬。可靠性评估出来如果跟wafer的器件结构有关，就要重新做器件，8-10个月的功夫跑不掉。等做出来可靠性达标，能上车的产品，保守估计以中国速度也要2-3年。同时，还要保证有这么一队工程师，连续进行高强度的开发工作，进行技术积累和攻关。

以普通碳化硅离散器件产品的成本结构而言，碳化硅衬底成本占比约为46%，外延成本占比约为23%，后道封测成本在15%左右，产业链价值量倒挂，衬底供应商掌握了产业链的核心话语权。以Wolfspeed为例，其衬底产能全球第一，已获13亿美元长期协议，在车规级器件端扩展迅速。目前，ST、英飞凌、安森美等传统功率器件商均在上游材料进行扩产，同时基于多年客户积累与汽车等终端建立合作，产业垂直整合加速。

虽然相对来说SiC的整条生产链比较复杂，但也不是没有做SiC代工的机会。市场上还是有一些针对SiC来提供代工的公司。但是，需要跟客户、器件设计者合作深度绑定合作。也正因为外延片和外延代工的价值链仍然很诱人，能否形成一个针对SiC的专业分工，这个留给读者自己去思考。

国际上的碳化硅玩家不停往上游整合，除了能够实现规模优势，也是为了保证碳化硅晶圆的供给。根据TrendForce集邦咨询，2025年全球电动车市场对6英寸SiC晶圆需求可达169万片（略显夸张），其中绝大部分将用于主逆变器。天风证券也做过相关计算，6寸SiC晶圆需求在123万片（纯电动汽车：6寸晶圆能满足7辆车，8寸晶圆能满足13辆车）。我们打个折扣，保守估计在120万片跑不掉。根据Wolfspeed2021年的预测，新能源汽车SiC 功率器件2022/24/26市场规模分别为16 亿/32 亿/46 亿美元（悄悄算了一下，模块的附加值还真挺高的！）。而目前全球SiC的产能（IDM+代工厂）大概不到40万片（6寸），远低于3年后的市场需求！

因此，要达到上车要求，SiC产能上就能卡一波。如果一个SiC无晶圆厂要上车，首先得保证5年的主驱供应订单，否则谁敢跟你开发主驱系统呢，花2年时间开发好了，车也卖的很好，主驱没了，gameover。所以最后能上车的玩家都必须要跟晶圆厂或代工厂搞好关系，下个定金什么的，买好产能在那等着。