碳化硅晶片制作工艺中衬底成本占47%,是产业链盈利模式优化的核心命题。衬底(47%)与外延(23%)合计占成本七成,而设计、制造、封测环节占30%,这意味着降本的主战场集中在晶体生长与衬底制备环节。盈利模式优化的关键在于提升晶体生长速度、提高良率并推进大尺寸衬底转型,从而摊薄单位成本。
成本结构:衬底为何如此昂贵
碳化硅产业链自上而下分为衬底、外延、设计及制造,海外厂商多采用一体化IDM架构,国内则以专注单一环节为主。衬底环节之所以成本占比最高,根源在于晶体生长速度极慢:主流PVT(物理气相传输法)被约90%以上的企业采用,但每小时仅能生长0.2-0.3毫米,一周约2-3厘米,与硅材料一周数米的生长速度存在百倍差距,叠加良率较低,衬底价格自然居高不下。
盈利模式优化路径
晶体生长提速是降本的第一杠杆。 生长速度与良率的提升直接决定衬底单位成本,是当前产业链技术攻关的重点方向。大尺寸衬底转型是另一条关键路径。 从更小尺寸向8英寸等更大尺寸演进,可在单次生长中获得更多可用芯片面积,从而摊薄单片成本——这一逻辑在硅基半导体产业中已被反复验证,碳化硅正沿着相似的产业路径演进。
从竞争格局看,碳化硅衬底市场呈现“一超”格局,头部厂商占据主导份额,国产厂商天科合达市占率约4%。对于国内企业而言,盈利模式的优化不仅依赖工艺突破,也需在差异化环节(如外延质量、器件设计)建立竞争力,以对冲衬底环节的规模劣势。
常见问题
衬底成本占比会随着技术成熟而下降吗?
会。随着晶体生长速度提升、良率改善以及向大尺寸衬底转型,衬底在总成本中的占比有望逐步下降。但这一过程依赖工艺积累和设备迭代,需要较长的技术爬坡期。
除了衬底降本,还有哪些优化盈利模式的方式?
外延环节占成本23%,提升外延层的均匀性与厚度控制精度可减少材料浪费;同时,器件设计环节通过优化结构降低损耗、提高芯片利用率,也能在制造端摊薄成本。此外,混合型方案(硅基IGBT搭配SiC二极管)可在部分应用中平衡性能与成本。
国产碳化硅厂商的盈利突破口在哪里?
国产厂商在衬底环节市占率仍较低,短期可聚焦外延与器件设计等环节建立差异化优势;中长期则需在晶体生长工艺上持续突破,并把握大尺寸转型的窗口期,以规模效应改善盈利水平。