2025市場達200億，碳化硅關鍵設備企業迎歷史機遇

近年來，新能源汽車、充電樁、智能裝備制造、光伏新能源等新興應用領域成為功率半導體產業的持續增長點，SiC?MOSFET 和 IGBT 等功率半導體獲得了前所未有的關注。

在全球碳化硅功率市場高景氣的背景下，供應不足是目前碳化硅產業發展的首要問題，于是擴產放量成為了整個行業的共識，國內外大廠都在爭先恐后的投資擴產。

英飛凌要在2030年占據全球30%的碳化硅市場份額；安森美計劃將碳化硅晶圓產能擴大4倍；羅姆則打算到2025年碳化硅產能增至2021年時的6倍；Wolfspeed更是想到2026年實現導電型襯底的產能超百萬片；國內企業同樣激進，據不完全統計，如今至少有超40個碳化硅項目在建設，包括了襯底、外延和器件、模塊等環節，國內碳化硅產業鏈正在加速完善、成長。

雖然碳化硅產能擴建一片紅紅火火，但想要大規模起量乃至獲得高額收益，至少要等到2025年以后了，如今都不過是在燒錢布局罷了，最先從中受益的反而是設備廠商，由于碳化硅的擴建擴產，相關設備市場皆呈現供不應求的狀態，Insemi預計2025年碳化硅襯底規劃產能達636.2萬片，對應約200億的設備總市場空間。

碳化硅產業鏈可以分為襯底、外延、芯片、封裝四個環節，其中襯底占總成本達47%，外延占比23%，上游襯底和外延加起來占了70%的成本，這兩個環節的專業性都非常強，對相關技術和設備的要求很高，是影響碳化硅產能上限的決定性因素。

過去很長一段時間，這些關鍵設備都嚴重依賴進口，近年來在市場需求的拉動下，國產碳化硅設備發展迅速，“卡脖子”現象得到明顯緩解，設備的國產化有利于推動碳化硅成本的下降，提高國內企業的市場競爭力，加速追趕上國際先進水平，下面艾邦半導體就詳細分析襯底、外延相關設備的國產化進展。

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長晶爐實現國產替代，切磨拋設備仍需發力

碳化硅襯底制備目前主要以高純碳粉、硅粉為原料合成碳化硅粉，采用物理氣相傳輸法（PVT 法），在單晶爐中生長成為晶體，隨后碳化硅晶體經過切片、研磨、拋光、清洗等步驟制成單晶薄片作為襯底。

碳化硅晶體的制備有兩大難點，其一是碳化硅晶棒生長速度慢，約2cm的晶棒需要7-10天的生長時間；其二是碳化硅晶體生長對各種參數要求高，需要精確控制硅碳比、生長溫度梯度等參數，并且生長過程很難監控，對工藝要求非常高。

基于上述情況，如今碳化硅晶體制備難點更在于工藝而非設備本身，碳化硅長晶爐與傳統硅晶有相同性，結構不算復雜，單價不到100萬/臺，已經基本實現國產化，而工藝上每家襯底廠商都有細微差別，也是核心技術所在，因此許多襯底廠商都選擇自研長晶設備，讓工藝與設備更加契合，當然也有部分廠商選擇外購模式。

目前國內的碳化硅長晶爐設備供應商主要有北方華創和晶升股份，兩者在國內占有的份額超過70%，考慮到與工藝的契合性，襯底廠商一般不輕易改變長晶爐的購買渠道，其他企業想要插入進來并不容易，不過如今碳化硅產業瘋狂擴產或有新的機遇。

圖源：北方華創

切割是碳化硅襯底制備的首要關鍵工序，決定了后續研磨、拋光的加工水平，成本能占到50%以上，這是因為碳化硅屬于硬質材料，硬度僅比金剛石低，切割難度非常大，目前主流的工藝是線鋸切割，也有一些廠商在試驗激光切割。

目前碳化硅切割設備主要被日本高鳥壟斷，占據了70%以上的份額，在連續收到訂單的情況下，交付時間已延長到13-14個月，為了應對更多的訂單需求，高鳥已與中國公司和日本本土公司簽訂了聯盟協議，將在中國建立生產工廠。

國內企業上機數控此前表示，公司在碳化硅切割領域取得了較大突破，自行研發的碳化硅切片設備獲得成功，開辟了“碳化硅設備國產替代進口”的先河，在國產碳化硅切片機市場占有率超90%。

宇晶股份近日在調研中表示，公司加大對碳化硅切、磨、拋關鍵技術的攻克，設備的精度已經達到行業一流水平，公司生產的碳化硅切割、研磨、拋光設備主要用于加工單晶碳化硅拋光片，目前公司生產的碳化硅切、磨、拋設備已實現批量銷售。

高測股份主要從事高硬脆材料切割設備和切割耗材的研發、生產和銷售，今年5月稱，公司已有30 余臺來自碳化硅襯底企業的訂單，推出的8寸碳化硅金剛線切片機也在上半年已形成批量訂單。

今年6月，力凱數控表示最新研發的DA300碳化硅多線切割機已達成10臺意向訂單，預計銷售額達3000萬元，據悉，該切割機收放線輪運轉速度可實現2400米/分鐘，采用硅料向下進給方式，伺服同步控制線網進行高速切割，可實現8小時切割一刀，一次性產出100片晶片。

實際上，國內外碳化硅切磨拋環節技術路線差距并不大，主要還在設備的精度和穩定性上，這對襯底加工的效率和產品良率有關鍵影響，目前國內企業相比國外還有差距，因此碳化硅切磨拋裝備仍以進口為主，導致國內廠商生產成本居高不下，碳化硅切磨拋設備的國產替代需求迫切，還需相關廠商共同努力。

外延設備壁壘較高，國產替代空間巨大

在碳化硅晶體的生長過程中，會不可避免地產生缺陷、引入雜質，因此碳化硅襯底無法直接使用，需要在其上生長一層薄膜來加工，這就是外延層，所有的器件基本上都是在外延上實現的，處于承上啟下的關鍵位置，而外延的品質和設備息息相關，決定著后續芯片器件產品的質量和良率問題。

外延環節技術壁壘相對較高，對第三方廠商成熟設備具有較強依賴性，目前碳化硅外延設備由德國的Aixtron、意大利的LPE、日本的TEL和?Nuflare所壟斷，占據了超80%的市場份額，四家企業也有各自的特點，Aixtron的設備產能較大，LPE的單片機生長速率快，TEL和Nuflare的設備采用雙腔體工藝，對提高產量有一定的作用。

在碳化硅的擴產潮下，如今外延設備產能非常緊缺，國內企業想要購買更為不易，日本TEL一般不供應國內，Nuflare也多數交付給Wolfspeed和II-VI，Aixtron和LPE的產品也有英飛凌、羅姆等一眾巨頭在搶購，一系列因素讓碳化硅外延設備交付周期甚至能拉長到2年，實現外延設備國產化刻不容緩。

現階段，國內已有多家企業實現了對碳化硅外延設備的規模出貨，包括晶盛機電、北方華創、納設智能、中電科48所等。

今年2月，晶盛機電發布了6英寸雙片式SiC外延設備，該設備采用上下層疊加的方式，單爐可以生長兩片外延片，且上下層工藝氣體可以單獨調控，溫差≤5℃，有效彌補了單片水平式外延爐產能不足的劣勢。晶盛機電三季度財報顯示，前三季度歸母凈利潤達35.1億元，同比增長75%，主要系設備驗收順利+材料持續放量增厚業績，截至三季度末，公司存貨為156億元，同比增長37%，合同負債為111億元，同比增長42%，表明公司在手訂單充沛。

北方華創此前在調研中表示，目前公司包括外延爐等碳化硅設備在手訂單充足，已實現近200臺的銷售，占據市場半壁江山。北方華創三季度財報顯示，報告期內實現營業收入145.9億元，同比增長45.7%，其中電子工藝裝備收入129億元，同比增長63.43%；截至三季度末，公司存貨和合同負債分別為173和94億元，環比上季度增長4%和9%，反映公司新簽訂單較好。

納設智能在2022年2月成功出廠了高溫化學氣相沉積設備，同年11月，其SiC外延爐就獲得了國內廠商數十臺復購訂單，今年8月，納設智能表示，公司已累計獲得10+個客戶超過 150臺 6吋SiC外延設備訂單，訂單金額累計數億元。

中電科48所是國內最早實現SiC外延設備批量出貨的廠商之一，據早先消息，在6英寸SiC外延機型方面，中電科48所收獲了國內第三代半導體裝備行業的第一大訂單；今年10月，中電科48所表示，在連續數月實現月產20臺套產能驗證后，制造部汲取批產經驗，及時調整裝調節奏、優化生產管理，順利完成20臺套SiC外延設備的產出及發貨。

碳化硅降本勢在必行，相比于6英寸，8英寸碳化硅晶圓的邊緣損耗更小、可利用面積更大，未來通過產量和規模效益的提升，成本有望降低50%以上，如今8英寸的碳化硅襯底和外延材料量產已呼之欲出，事實上今年我國已進入“8英寸時代”，各大設備公司接連發布8英寸設備研發成功的消息。

今年6月，中電科48所發布了自主研發的8英寸SiC外延設備，該設備實現了大尺寸外延材料生長所需的均勻、穩定溫流場分布，目前已在國內頭部企業上線驗證。同樣6月，晶盛機電發布8英寸單片式碳化硅外延生長設備，該設備可兼容6、8英寸碳化硅外延生產，外延的厚度均勻性1.5%以內、摻雜均勻性4%以內，達到行業領先水平；8月，納設智能成功研制8英寸碳化硅外延設備，目前已交付客戶進行現場驗證。

伴隨著對碳化硅外延片國產化的強烈市場需求，經過多年發展，國內企業在6英寸碳化硅外延生長爐上已經實現逐步放量，并開始延展至對8英寸外延設備的驗證，發展速度較快，有望趕上即將到來的8英寸碳化硅時代機遇。

綜合來看，國內碳化硅關鍵設備產業已經逐步發力，大部分設備類型都已有國產替代方案，在碳化硅產業爆發的情況下，未來碳化硅設備市場也將不斷增大，預計此輪利好將持續2-3年，在此期間碳化硅設備需求將持續增長，將為國內設備廠商帶來巨大的發展機遇，同時大尺寸設備的研發推進以及國產替代步伐的加快，也讓碳化硅增產降本指日可待，推動碳化硅器件的規模化應用。

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參考資料：

1、【申萬宏源】碳化硅：國內襯底廠商加速布局

2、楊?金等.第三代半導體SiC芯片關鍵裝備現狀及發展趨勢

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暫定議題

序號	暫定議題	擬邀請
1	多層陶瓷高溫共燒關鍵技術介紹	佳利電子 副總 胡元云
2	氮化鋁HTCC封裝材料現狀及技術發展趨勢	中電科43所/合肥圣達 集團高級專家 張浩
3	芯片管殼空腔封裝	佛大華康 總經理 劉榮富
4	HTCC陶瓷封裝用配套電子材料的匹配性問題研究	泓湃科技?CEO?陳立橋
5	HTCC氫氮氣氛燒結窯爐	北京中礎窯爐 副總經理 付威
6	高速高精度HTCC全工藝流程視覺檢測應用介紹	深圳禾思 總經理 楊澤霖
7	精密激光在LTCC/HTCC加工中的關鍵技術及發展趨勢	德中技術 張卓 戰略發展與市場總監
8	微波大功率封裝外殼技術發展	中電科55所 研究員 龐學滿
9	B-stage膠水在管殼封裝中的應用	佛山華智
10	低溫共燒LTCC和高溫共燒HTCC燒結中的關鍵因素	蘇州阿爾賽 王笏平 總經理
11	多層共燒陶瓷生產線裝備與系統	中電科2所 郎新星 高級專家
12	多層共燒陶瓷的增材制造技術	中南大學 教授 王鋒
13	三維電鍍陶瓷基板（3DPC）及其封裝應用	華中科技大學/武漢利之達 教授/創始人 陳明祥
14	多層陶瓷封裝外殼的生產工藝和可靠性設計	宏科電子 副廠長 康建宏

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