上月底,面对巨额债务难题,全球碳化硅行业领军企业Wolfspeed透露,将在数周内提交破产申请。
领先地位并不等同于企业的防线坚不可破。随着国内厂商的全力追赶,一些企业的市场占有率已足以与对手相媲美。
随着最后一双靴子尘埃落定,供应链经历了重新整合,SiC衬底产业有望摆脱价格低沉的困境,行业竞争格局或许将迎来新的变化。
国内在技术工艺领域实力突出的企业,比如天岳先进和天科合达,随着产能与需求之间的供需关系逐步趋向均衡,它们在争夺行业主导地位的机会或许正在悄然形成。
激进扩产埋下危机
2021年,Wolfspeed迎来了其辉煌的时期,在此之前,该公司名为Cree。Wolfspeed是Cree的三大核心部门之一,专注于第三代半导体领域的发展。
Cree公司于1987年成立,在90年代成为了全球最大的蓝光LED芯片生产商。早在1991年,它便推出了全球首块商业化的碳化硅晶圆,这一成就使其在行业内确立了鼻祖的地位。
2011年,Wolfspeed作为先锋,全球首次推出了SiC MOSFET,此举在业界确立了技术典范。
然而,自2016年起,LED芯片与组件、照明系统及灯具等两项业务开始出现下滑趋势,导致Cree的业务核心逐渐偏向Wolfspeed,因此,公司不得不陆续剥离其他业务板块。
新能源汽车及光伏等行业对碳化硅半导体的需求,无疑为Wolfspeed带来了广阔的发展前景。依托其技术上的领先地位和8英寸SiC晶圆的产能优势,该公司迅速占据了行业领导者的位置。
2021年10月,Cree公司正式更名为Wolfspeed。紧接着的11月,其股价攀升至历史最高点,最高触及139美元,同时公司市值也飙升至165亿美元,约合人民币1200亿元。
在2021至2024年间,Wolfspeed公司高层计划进行大规模的产能扩张,预计将至少投资数十亿美元,在美国和德国等地建设新的生产基地。这其中包括对莫霍克谷的8英寸碳化硅晶圆厂进行产能提升,以及对达勒姆的6英寸碳化硅晶圆厂进行产能的扩大。
这笔投资在当时面临着相当大的变数,事后被打上激进的标签。
进行重资产投资并采用较高的杠杆率,一旦下游市场未能给予充足的实质性回报,日常所需的资本投入和利息费用便会不断消耗现金收益,更遑论规模效应所带来的益处。
公司恰逢碳化硅应用尚未迎来大规模增长之际,便过早地选择了下一代技术发展方向。
一方面,相较于中国市场,欧美市场的电动化发展步伐近年来显得较为迟缓。海外主要汽车制造商多次推迟了电动化目标的实现,这进而影响了汽车电子零部件需求的快速增长。对于企业而言,在下游市场的订单规模有限,产能一旦投入,利用率难以提升,投资回收周期也因此被不断拉长。
另一方面,在2022年左右,业界对于是否应该过早地将8英寸晶圆作为替代品来取代6英寸晶圆,仍在进行深入的讨论。
晶圆尺寸的增大使得初期晶圆的良率偏低,同时应用成本也显著上升,尽管如此,碳化硅衬底当时还处于产业导入的初级阶段,市场需求并不旺盛。
同时,那时全球碳化硅衬底的生产能力持续紧张,再加上车载模块的良率较低,这直接推高了成本。作为欧美地区唯一一家规模较大的电动车制造商,特斯拉在2023年公开表示,将减少其下一代电驱动系统中碳化硅晶体的使用量,这一举措使得用量减少了75%。
2022年,关于是否将全面转向以8英寸晶圆为核心的技术路线尚未有明确的结论,而市场的逆境又对Wolfspeed造成了严重的打击。
此案例对比鲜明地揭示了该企业所遭遇的困境:Wolfspeed销售的碳化硅晶片,其售价高达一万美元,但生产成本竟高达一万七千美元;相较之下,英特尔每售出一片价值一万美元的高端硅晶圆,其生产成本为十六千五百五十美元;至于台积电,其成本则在一万美元左右。在2025财年的前三个季度,Wolfspeed的毛利率分别呈现为负18.6%、负20.6%和负12.1%。
尽管该公司在碳化硅市场占据领先地位,份额最大,然而却背负着高达65亿美元的债务负担,每年需支付的利息约为8亿美元,然而其现金储备却仅有区区13亿美元。
最终,还是撑不住了。
5月21日,公司宣布寻求破产保护,这一消息迅速传开,导致股价在一天内暴跌近60%。从年初至今,其股价已经累计下跌了78%,而到了2024年,跌幅更是达到了惊人的85%。
产能过剩有望化解
随着巨头出局,行业供需和竞争格局即将迎来变化了。
不止一家企业退出了竞争,甚至日本知名的半导体巨头瑞萨电子(Renesas)也有可能放弃生产用于电动汽车的碳化硅(SiC)功率半导体。
碳化硅衬底在功率半导体设备、射频半导体设备等领域有着广泛的应用,同时也可用于光波导、TF-SAW滤波器、散热组件等众多下游产品。
这些部件在电动汽车制造、光伏和储能系统的应用、电力电网的运行、轨道交通的建设、通信技术的实现、AI眼镜的制造、智能手机的组装以及半导体激光技术的应用等多个下游领域扮演着关键角色。
相较于硅基半导体,碳化硅在材料到器件的整个性能链上展现出显著优势,它拥有高功率输出、优异的耐高压和耐高温性能。这些特性恰恰是电动车、光伏储能系统以及高速铁路运输等领域所特别看重的。
例如,与基于硅的IGBT功率模块相较,电机驱动装置选用的碳化硅功率模块能显著提升整体能源的利用率,其效率可提升高达9%。
国内汽车制造商为了增强车辆的行驶里程和减少充电所需的时间,正加快引进碳化硅电力驱动系统,其中比亚迪、蔚来等知名品牌的高端车型已经开始大规模使用碳化硅MOSFET模块。
弗洛斯特沙利文指出,碳化硅功率器件在全球市场的规模正迅速扩大,2020至2024年间,其市场规模从45亿元增至227亿元,年复合增长率接近50%。若这种超过35%的增速得以持续,预计到2029年,市场规模将突破千亿大关,碳化硅材料在功率器件领域的市场份额有望达到20%。
中国市场所占份额高达三分之一,这一成就主要归功于电动车、光伏等新能源产业在中国市场的迅猛商业化进程,它们不仅加速了上游产业链的产能扩大,还助力了天岳先进、天科合达等众多材料企业迅速崛起。
但Wolfspeed没能吃到中国市场这个红利。
自2018年起,我国逐渐兴起国产替代潮流,在此背景下,SiC芯片及其生产设备受到了一定程度的管控,为此,我国在SiC芯片领域正积极推动自主研发和产业化进程。
比亚迪半导体着手建设自己的SiC生产线,同时,士兰微集团旗下的厦门士兰集宏、意法半导体以及与三安光电在中国合资成立的安意法半导体,也都在积极扩张8英寸碳化硅的生产规模。
在当前中美技术逐渐分离的背景下,我国汽车制造商和设备供应商更倾向于利用国内或非美国来源的供应链来降低潜在风险,然而,Wolfspeed公司并未在中国建立生产基地,亦未与国内企业进行合资合作。
下游市场的销量激增迫使碳化硅材料及工艺进行创新升级,我国厂商将6英寸碳化硅衬底的价格降至国际市场水平的30%,一举突破了Wolfspeed的成本防线。尽管Wolfspeed量产的8英寸SiC衬底在理论上能将单位成本降低30%,但实际生产中良率不足40%的问题一直未能得到有效解决。
中国SiC产业链的发展进程大大超过了原先的预期,从基础材料到模块产品的国内企业,比如天岳先进和泰科天润,它们已经成功实现了从技术落后到领先,再到价格优势的华丽转身。
TrendForce的调研结果表明,2024年全球碳化硅衬底领域,Wolfspeed依然稳居首位,市场份额高达33.7%。然而,值得关注的是,我国企业天科合达(TankeBlue)以及天岳先进(SICC)在市场中表现突出,分别以17.3%和17.1%的份额位居全球第二、三位。
2022年,登陆科创板的这家名为天岳先进的企业,在全球范围内属于少数能够实现8英寸碳化硅衬底大规模生产的企业之一。位于上海临港的工厂,其年产量达到了30万片8英寸衬底,年度总产量较前一年增长了56.6%。
去年11月,我国天岳先进率先推出了12英寸的碳化硅衬底技术,这一创新举措显著增加了单晶圆片上可用于芯片生产的区域,从而极大地提高了合格芯片的产出量。
技术进步促使衬底成本降低,但这并非唯一因素;同时,行业供需之间的周期性波动也起到了重要作用。
去年,主流SiC衬底的价格承受了显著的压力。在此之前,海外厂商在亚洲、欧洲、美洲等地纷纷扩大生产规模,价格竞争迅速展开。紧接着,国内市场也加入了这场竞争。
全球6英寸碳化硅产能迅速增加,导致2024年碳化硅晶圆价格大幅下降,降幅接近30%。与此同时,全球N型导电型碳化硅衬底产业的年度收入减少了9%,降至10.4亿美元。
2024年伊始,我国领先的碳化硅衬底制造商大幅下调了产品售价,降幅高达30%以上。进入第三季度,6英寸碳化硅衬底的价格更是锐减,直接跌破了500美元大关。与2023年底的850美元相比,跌幅显著。
由于Wolfspeed位居市场占有率首位,它不得不退出市场,这很可能加快SiC衬底领域的清理速度,进而促使行业供需关系得到调整,同时逐步遏制价格的下跌趋势,从而改善产业链上企业的盈利状况。
尾声
依据相关机构的预测,到了2025年,碳化硅行业将同时遭受市场需求减弱和供应量过大的双重挑战。
从长远视角来看,SiC衬底与常规硅衬底之间的成本差距正逐渐减小,这一现象实际上更有助于SiC器件在下游应用领域的快速推广。
此外,采用大尺寸技术无疑有助于降低单片芯片的成本,这一优势吸引了众多企业的积极参与。据相关机构预测,到2030年,8英寸碳化硅衬底的出货量将超过20%,并逐步取代6英寸衬底。
根据集邦化合物半导体的不完全统计,国内已有超过十家企业投身于8英寸碳化硅材料的细分市场。其中,一些厂商已经生产出8英寸的SiC衬底和外延产品,而另一些厂家则已经具备了批量生产的能力。
同时,SiC衬底的应用范围持续扩大,例如晶盛机电和天岳先进为AR眼镜制造商供应衬底,将衬底与刻蚀技术相结合的光波导技术,成为了AR光学解决方案的一大优势路径。
弗若斯特沙利文预测,按照销售收入来衡量,到2030年,全球碳化硅衬底市场的规模预计将达到664亿元人民币,这一数字将展现出39.0%的年复合增长率。