Knowmade近日發(fā)布了一份新的碳化硅（SiC）知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）報(bào)告，分析師選擇并分析了500多個(gè)不同實(shí)體提交的13,700多個(gè)專利族（發(fā)明），從專利格局的角度對(duì)碳化硅的競(jìng)爭(zhēng)、技術(shù)發(fā)展和進(jìn)行了全面分析，涵蓋碳化硅晶錠和外延、襯底到碳化硅器件、模塊和電路。

　　電動(dòng)汽車推動(dòng)下

　　碳化硅現(xiàn)大格局

　　Yole Dédevelopement最近預(yù)測(cè)，未來幾年碳化硅功率器件市場(chǎng)將達(dá)到數(shù)十億美元，2027年將超過60億美元，2021-2027年預(yù)計(jì)復(fù)合年增長(zhǎng)率為34%。但碳化硅晶圓業(yè)務(wù)的進(jìn)入壁壘非常高，目前能夠?yàn)楣β势骷圃焐檀笠?guī)模生產(chǎn)大面積高質(zhì)量碳化硅晶圓的公司數(shù)量有限就是明證，因?yàn)樗麄冃枰軌蚍想妱?dòng)汽車行業(yè)預(yù)期的嚴(yán)格器件要求。

　　2021，碳化硅功率器件市場(chǎng)收入超過10億美元，主要由位于歐洲（意法半導(dǎo)體（ST）、英飛凌）、美國（Wolfspeed、安森美（onsemi））和日本（羅姆半導(dǎo)體、三菱電機(jī)、富士電機(jī)）的公司賺取。

　　近年來，在電動(dòng)汽車（EV）中采用碳化硅功率器件的推動(dòng)下，碳化硅市場(chǎng)正在蓬勃發(fā)展。越來越多的汽車廠商研究了碳化硅功率器件的使用，尤其是在控制電機(jī)的電動(dòng)汽車主逆變器方面。

2020-2021年收入前六大碳化硅功率器件制造商

　　生長(zhǎng)碳化硅晶體是一個(gè)漫長(zhǎng)而困難的過程，而且制造高質(zhì)量和大面積的碳化硅晶圓仍然很昂貴，因此能夠提供此類晶圓的公司數(shù)量非常有限。為了緩解這兩個(gè)問題，主要的碳化硅功率器件制造商都已與多家碳化硅晶圓供應(yīng)商（如英飛凌與Wolfspeed和Showa Denko、ST與Wolfspeed和SiCrystal）簽署了LTSA，和/或通過收購碳化硅材料供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)襯底自供，采用了垂直整合模式（例如，ST收購Norstel、羅姆收購SiCrystal、安森美收購GTAT），重塑了碳化硅生態(tài)系統(tǒng)。

　　此外，越來越多的碳化硅晶圓供應(yīng)商正在開發(fā)200mm碳化硅晶圓的技術(shù)，意法半導(dǎo)體曾表示，首批200mm碳化硅晶圓質(zhì)量上乘，影響芯片良率、晶體位錯(cuò)的缺陷非常少。與150mm晶圓相比，200mm晶圓可增加產(chǎn)能，可用面積擴(kuò)大幾乎一倍，良率則可增加80-90％。這代表了一種中期或長(zhǎng)期解決方案。一些制造商正在對(duì)200mm碳化硅晶圓進(jìn)行送樣，包括Wolfspeed、II-VI、SiCrystal、ST、GTAT、SK Siltron的美國子公司SK Siltron CSS。

　　與此同時(shí)，幾家公司也在開發(fā)顛覆性技術(shù)以解決成本和供應(yīng)問題，目前已進(jìn)入碳化硅生態(tài)系統(tǒng)的有：Siltectra、Disco的激光切割/減薄技術(shù)；Soitec的Smart CutTM碳化硅工程襯底和Sumitomo Metal Mining（住友金屬礦業(yè)）的碳化硅激光退火設(shè)備。

　　2021年基于150mm襯底的1200V/100A碳化硅MOSFET片芯成本明細(xì)

　　碳化硅專利市場(chǎng)中國力量

　　趕了晚集卻有望趕上

　　專利格局反映了新興行業(yè)的新參與者進(jìn)入市場(chǎng)之前的準(zhǔn)備情況，可以更好地了解他們?cè)谔囟夹g(shù)方面的專業(yè)知識(shí)和訣竅。Knowmade化合物半導(dǎo)體和電子技術(shù)和專利分析師Rémi Comyn表示：“專利反映了一個(gè)國家或參與者在特定技術(shù)上的研發(fā)投資水平，同時(shí)也暗示了主要IP參與者達(dá)到的技術(shù)準(zhǔn)備水平。此外，價(jià)值鏈上的技術(shù)覆蓋率和專利組合的地理覆蓋率與IP參與者的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略密切相關(guān)。”

　　垂直整合創(chuàng)新戰(zhàn)略與全球?qū)＠嘟Y(jié)合

　　有助于克服碳化硅行業(yè)高進(jìn)入壁壘

　　盡管歷史上的IP廠商（Wolfspeed、SiCrystal、II-VI）不斷申請(qǐng)新的專利，表明其技術(shù)不斷改進(jìn)，但住友電氣和昭和電機(jī)在碳化硅襯底專利領(lǐng)域占據(jù)了IP領(lǐng)先地位。

　　功率碳化硅供應(yīng)鏈上的主要專利受讓人

　　Knowmade的專利分析表明，大量碳化硅專利領(lǐng)域的知名IP參與者都擁有加入或分拆碳化硅晶圓業(yè)務(wù)新公司的專業(yè)知識(shí)和訣竅，就像SKC于2021成立Scenic一樣。Scenic公司的前身是SKC集團(tuán)的碳化硅子公司，于2004年成立，是韓國唯一的碳化硅襯底公司，已成功開發(fā)2英寸至6英寸碳化硅晶圓。2021年9月，私募基金公司Paratus Investment以700億韓元（約3.7億人民幣）收購SKC的碳化硅晶圓資產(chǎn)，成立了Scenic公司。

　　從全球看，前十大IP廠商和市場(chǎng)前六大功率器件廠商的專利組合是：三菱電機(jī)、住友電氣、英飛凌、Rohm、豐田/電裝、Wolfspeed、富士電機(jī)、日立、東芝、ST、安森美和松下。

　　知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略頭部參與者

　　主要參與者的碳化硅專利組合

　　在中國，有許多從事碳化硅襯底研發(fā)的IP公司，其中一些公司已進(jìn)入碳化硅晶錠專利領(lǐng)域，SiCC（山東天岳）、Synlight Crystal（同光股份）、TankeBlue（天科合達(dá)）、San'an（三安光電）表現(xiàn)突出。

　　功率供應(yīng)鏈上的主要中國專利受讓人

　　Knowmade認(rèn)為，一些從事顛覆性技術(shù)開發(fā)的主要公司正在解決碳化硅晶圓的成本和可用性問題（Soitec、Toyota Tsusho/Kwansei Gakuin大學(xué)、Sumitomo Metal Mining/SiCoxs、英飛凌/Siltectra等）。

　　作為及時(shí)應(yīng)對(duì)新興功率碳化硅市場(chǎng)的捷徑，企業(yè)需要在整個(gè)價(jià)值鏈上獲得創(chuàng)新。雖然許多公司正致力于構(gòu)建垂直整合供應(yīng)鏈，以確保其碳化硅業(yè)務(wù)的長(zhǎng)期安全，但很少有公司在整個(gè)碳化硅價(jià)值鏈上開發(fā)出強(qiáng)大的專利組合，日本的豐田和電裝是個(gè)例外。

　　功率碳化硅的供應(yīng)鏈/價(jià)值鏈

　　許多公司可能沒有預(yù)料到歐洲或中國是功率碳化硅業(yè)務(wù)的關(guān)鍵市場(chǎng)，因此需要加強(qiáng)其在這些地理區(qū)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)地位。為此，大多數(shù)領(lǐng)先公司需要將內(nèi)部創(chuàng)新能力與外部創(chuàng)新源相結(jié)合，例如通過并購運(yùn)營(yíng)（如onsemi/GTAT、ST/Norstel、Wolfspeed/APEI、Danfoss/Semikron）、許可協(xié)議（如II-VI/GE）或知識(shí)產(chǎn)權(quán)合作（如豐田/電裝、奧迪/ABB），以加速其碳化硅技術(shù)的部署。

　　“更重要的是，全球創(chuàng)新戰(zhàn)略重點(diǎn)不僅在建立垂直整合的生產(chǎn)線方面，從而壓低供應(yīng)商利潤(rùn)率并在內(nèi)部確保供應(yīng)鏈的安全，它還使參與者在發(fā)展過程中不受供應(yīng)鏈不同層次——從材料優(yōu)化到模塊集成技術(shù)和成本壁壘的限制，”Comyn說：“因此，在供應(yīng)鏈的各個(gè)階段擁有關(guān)鍵專利的老牌企業(yè)有望在市場(chǎng)上獲得長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而新來者在碳化硅行業(yè)面臨著特別高的進(jìn)入壁壘。”這也表明，主要參與者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略對(duì)強(qiáng)化整個(gè)碳化硅價(jià)值鏈關(guān)鍵技術(shù)至關(guān)重要。

　　中國發(fā)展碳化硅產(chǎn)業(yè)似乎有點(diǎn)晚，但現(xiàn)在有望在價(jià)值鏈的各個(gè)層面迎頭趕上，近年來針對(duì)眾多碳化硅產(chǎn)業(yè)和研發(fā)項(xiàng)目提供了資金。2021年，功率碳化硅領(lǐng)域的新進(jìn)入者三安光電宣布投資25億美元建立中國第一條垂直整合碳化硅生產(chǎn)線，這是中國服務(wù)自身市場(chǎng)的雄心壯志的一個(gè)案例。

　　不過，對(duì)于碳化硅領(lǐng)域的新參與者來說，要滿足碳化硅功率器件所需的材料質(zhì)量，通常不僅需要強(qiáng)大的專業(yè)知識(shí)和巨大的投資，而且還需要在晶體和外延生長(zhǎng)、切片、拋光等方面進(jìn)行多年的開發(fā)，更不用說碳化硅器件制造和測(cè)試的難度，以及汽車應(yīng)用（功率碳化硅的主要市場(chǎng)）的苛刻要求。因此，目前中國功率碳化硅技術(shù)的發(fā)展給碳化硅行業(yè)帶來了許多問題。

　　這份碳化硅專利報(bào)告指出，中國參與者正在塑造中國新興碳化硅供應(yīng)鏈，加速其專利活動(dòng)以支持碳化硅技術(shù)的發(fā)展，更重要的是催生一個(gè)完整的國內(nèi)供應(yīng)鏈，并確保其功率半導(dǎo)體產(chǎn)品線的供應(yīng)安全。

　　目前，中國專利申請(qǐng)者覆蓋了整個(gè)供應(yīng)鏈，包括各細(xì)分市場(chǎng)上相對(duì)成熟的IP領(lǐng)域，參與者種類繁多（學(xué)術(shù)、工業(yè)、代工、IDM、集成商、純玩家等），涉及密集的IP合作和IP傳輸網(wǎng)絡(luò)。因此，在供應(yīng)鏈的大多數(shù)環(huán)節(jié)，中國與外國供應(yīng)商的技術(shù)差距有望縮小。

　　關(guān)于發(fā)展碳化硅產(chǎn)業(yè)

　　一些理性思考

　　圖源 | Asia Times

　　上面提到中國碳化硅發(fā)展存在一些問題，這里分析一下。目前，國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)看上去紅紅火火，但硅的霸主地位依舊不可撼動(dòng)，80%集成電路仍在使用硅，而碳化硅的優(yōu)勢(shì)主要在于其功率特性。

　　車用市場(chǎng)是碳化硅首先引爆的應(yīng)用市場(chǎng)，2022年以后，SBD會(huì)因?yàn)閲鴥?nèi)廠商的崛起引發(fā)激烈競(jìng)爭(zhēng)，而車規(guī)MOSFET應(yīng)用的高壁壘形成了精英賽道，能夠跑到最后的競(jìng)爭(zhēng)者有限。因此，是否有能力開展MOSFET的研發(fā)，是否有能力出貨，就成了判斷碳化硅器件公司成功與否的客觀標(biāo)準(zhǔn)。

　　未來，從產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值分布及客戶優(yōu)勢(shì)等方面看，上游擁有襯底量產(chǎn)技術(shù)、外延能力的企業(yè)，以及擁有功率半導(dǎo)體器件經(jīng)驗(yàn)、下游客戶或具備大量應(yīng)用數(shù)據(jù)的功率半導(dǎo)體公司將有望脫穎而出。其中產(chǎn)能十分關(guān)鍵，而國內(nèi)廠商大部分講的是規(guī)劃產(chǎn)能，并不等于有效的高質(zhì)量產(chǎn)能，有實(shí)力真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的并不多，最終良率偏低、影響產(chǎn)能的項(xiàng)目可能會(huì)被以兼并重組的方式淘汰。

　　2022年“兩會(huì)”提案中，代表們多次提及半導(dǎo)體及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，希望繼續(xù)發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步強(qiáng)化國家科技重大專項(xiàng)對(duì)核心芯片研發(fā)創(chuàng)新的支持力度，進(jìn)一步擴(kuò)大國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金投資規(guī)模。

　　碳化硅的發(fā)展還受限于標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，雖然行業(yè)正在獲得一些認(rèn)證，但借用的AEC Q-101、AQG324只是入門級(jí)要求，在車規(guī)級(jí)碳化硅方面需要更高級(jí)別的現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)證，國內(nèi)剛剛開始有一些團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

　　有代表建議，加速建設(shè)集成電路材料表征測(cè)試和應(yīng)用研究平臺(tái)，為研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)提供材料表征測(cè)試的“一站式”解決方案；建立集成電路材料相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系；加快建設(shè)自主可控的集成電路材料行業(yè)數(shù)據(jù)庫，以及集成電路材料基因組技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，構(gòu)建材料機(jī)理和組分、工藝和集成條件、材料和芯片性能之間關(guān)系數(shù)據(jù)庫和模型，設(shè)計(jì)并篩選新材料。

　　還有代表表示，化合物半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)建線周期長(zhǎng)，技術(shù)攻關(guān)難，一些企業(yè)長(zhǎng)期處于虧損狀態(tài)，急需國家有針對(duì)性的特殊政策。例如在出臺(tái)“穩(wěn)鏈強(qiáng)鏈”扶持政策時(shí)，充分考慮化合物半導(dǎo)體晶圓制造企業(yè)的特點(diǎn)，在選擇頭部企業(yè)、承擔(dān)國家重大項(xiàng)目以及稅收等方面給予支持和扶持。

　　總之，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體投資不是一朝一夕的事情，必須有長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，也需要有芯片企業(yè)、汽車等應(yīng)用企業(yè)的共同參與，還要構(gòu)建產(chǎn)業(yè)人才的引進(jìn)與培養(yǎng)長(zhǎng)期機(jī)制，才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。