碳化硅的谎言与真相

鸣涧

碳化硅的谎言与真相


都说买股票买的是预期，其实通常买的是故事。
老话说，Buy the rumor, sell the news。也就是，有故事的时候买，消息落地(故事结局)赶紧卖掉。注意，上述谚语中即使故事成真，如果没有新的故事了，股票也不再涨了。和量子计算很像(旧文：量子计算的谎言与真相)，碳化硅(SiC)的故事也很漂亮：有深度有门槛有前景有震撼，大家都有美好的未来。那么，碳化硅和大众曾经喜欢的石墨烯、纳米管、钠电池等等宏大的故事有没有相似处呢？倒是不太一样，这东西已经有了应用规模。今天的文字，可能有些人看了会不开心。一、本文说的碳化硅，是指碳化硅半导体。在半导体领域，弯道超车是做梦，所有的梦想都必须用钱和时间砸出来。1987年，北卡州立大学的一个实验室的五个学生和他们的老师创建了Cree，因为他们研究了好几年的碳化硅长晶方法取得了突破。而碳化硅在LED照明和功率半导体中都有颠覆性创新的潜质。Cree的LED业务很快取得了进展。在随后30年间，在投资人眼里Cree一直是一个LED公司，附赠一个碳化硅芯片的故事。早在公司刚创立时，John Palmour博士就申请了碳化硅MOSFET的核心专利。但到了该专利20年保护期过了，Cree也没能推出相关产品。二、那时业界普遍认为，虽然碳化硅天然耐高压，但是它的晶体缺陷太多，做出可靠的SiC MOSFET几乎是不可能的。特别是MOSFET用于电力领域，可靠性是No.1 的要求。其它碳化硅半导体玩家把研发方向转到BJT、JFET和SBD二极管等。SBD从2001年英飞凌商用后经过多次事故洗礼，逐渐各厂都相对成熟，然后带来的就是门槛低、利润低。配合光伏风电把故事讲大，是SiC SBD的套路。JFET的主推公司是UnitedSiC，但随着SiC MOSFET的成熟，JFET似乎已经不再是最完美的方案。UnitedSiC在2021年被寻找新方向的射频巨头Qorvo收购。
Cree则孤独地走了最艰难的一条路，在枪林弹雨下仰攻MOSFET，因为只有SiC MOSFET才是未来高压功率器件的可能颠覆者。从0.5寸晶圆开始努力(这应该叫晶粒..)，Cree晶体从满是缺陷和良率惨不忍睹到一点一点的提高，直到2011年勉强推出商用时，才3英寸衬底。而同期硅晶圆是12寸，成本比碳化硅低了无数倍。无数倍的意思，就是那时SiC MOSFET完全没有竞争力。Cree继续咬牙完善长晶技术，从3寸做到4寸，再到6寸8寸，其中每一步都花费数年，克服了无数技术上的挑战。即使这样，SiC MOS和它的主要竞争对手IGBT之间，仍存在价格上量级的差异，应用仍然小众。直到马斯克骑着大白马出现。三、Cree公司的LED业务经历了起起伏伏，到了2015年有点扛不下去了。公司决定断臂求生，把全部碳化硅Power业务(Wolfspeed)卖给英飞凌，仅售8.5亿美元。结果两年后，因为碳化硅是军方喜欢的材料，美国监管机构枪毙了这项收购，戏剧性地拯救了Cree。英飞凌是IGBT器件毫无争议的老大，如果再将Wolfspeed纳入麾下，其在Power器件领域就太强了，倒也颇会让美帝多几分忌惮。卖身失败后，Cree的GaN-on-SiC业务因通信4G/5G大跃进获得显著成长，英飞凌干脆反过来把自己的RF业务给了Cree。即使如此，Cree仍是连年亏损，度日如年。终于等到马老师带着Model 3从天而降。四、马斯克做车和传统车厂完全不同，他的所有设计思路都是颠覆性的。这也使他可以勇于采用各种激进的方案，其中包括用碳化硅MOSFET替代IGBT(参考旧文：特斯拉的独特气质和碳化硅革命)。虽然用昂贵的SiC MOSFET只延长了5%的续航里程，但背负着干掉汽油车使命感的特斯拉看到了新技术的革命。反过来想，5%的里程可以少配置的5%的动力锂电池，这反而省了一大笔钱。特斯拉极致地追求各个部件性价比和高毛利，这也是其中一个小例子。如果没有特斯拉，SiC MOSFET的故事估计要延误3-5年，Cree被收购也是早晚的事。由于特斯拉的增长太快，其SiC MOSFET器件供应商ST(意法半导体)无法保证足够的碳化硅衬底原料，顺势收购了Norstel。安森美则果断收购了GT Advanced，瞄定了特斯拉二供的角色。碳化硅衬底二线供应商迅速被几大功率巨头瓜分，而独占约五成市占的Cree也水涨船高。Cree索性卖掉LED业务，改名Wolfspeed专攻碳化硅，今日市值已经高达140亿美金。估计英飞凌要哭死了。在2009年日本ROHM在其德国老家从老东家西门子手里买走的SiCrystal，今天碳化硅衬底占了全球约六分之一。五、那么，英飞凌在碳化硅竞争中已经完败了吗？并没有。碳化硅的故事，并不只有衬底(晶体)。这是整个炒作链条中最容易误导人的地方。我们能看到这几年冒出来上百家碳化硅公司，但对自己在产业链的位置总是含混其词，做封装的都能把自己吹在食物链顶端。做碳化硅晶体的，也许是做砂纸的，也许是做项链的。碳化硅硬度极高，仅次于钻石，所以可以用来做切割工具和耐磨材料。另外高纯度碳化硅，一般人看不出和钻石的区别，甚至比钻石更夺目。淘宝上一克拉只要50块，学名莫桑钻。做半导体晶体不谈纯度和晶型以及单位面积缺陷，都有耍流氓的嫌疑。六、几乎所有碳化硅的故事里，都会提到电动汽车。毕竟新能源是近期经济和A股中少有的几个亮点之一，而碳化硅器件8成用在汽车上。但A股没有几家的财报里敢于明示了产了多少车规SiC衬底或车规MOS、design win了几款车。因为估计大多是零。MOS衬底没有，那么自研SiC MOS器件总有吗？不好意思，这个很多家出货也是零。为什么呢？为什么呢？其实不重要，A股的关键是故事，有故事就能涨。零有什么关系，可以通过微信群发发小作文，告诉大家我们已经是“1”了，已经研发成功了：我们站在雪山之巅，下面是又松又软忍不住想扑上去的长长的雪球道。A股从来不是价值投资，价值投资也是个故事的包装纸而已。那么问题来了，咱努努力把故事变成真的，不是更好吗？七、讲故事容易，但真做就难了。碳化硅MOSFET，从晶体-外延-器件-模块等每一步都来自超过十年的技术积累，这比喊了那么多年的IGBT难度更高。像Wolfspeed这种少林正派，长晶也是个童子功。这是个无比艰难、极其缓慢和高成本的过程，最终还不赚钱。碳化硅晶体有200多种，能做MOSFET的晶型不超过3种，这使得每家的种晶(Seed)都是严格不外传的绝学。碳化硅晶体排名第二的II-VI公司，技术传承于功夫泰斗GE。韦尔奇的GE当年太喜欢赚快钱了，对自家发明的IGBT和SiC器件等需要长期投入又不赚钱的前沿技术喜欢砍砍砍。II-VI也是个利润不佳的公司，衬底业务在公司占比是个位数，一年好像也就1亿美金收入，还多半是通信用的半绝缘衬底。碳化硅晶体衬底不赚钱，那么做器件呢？事实是做MOSFET器件的门槛只高不低。熔晶长晶买些进口炉子就可以练手和讲故事了，但做器件需要数十亿的晶圆厂，同时需要有数十年老法师把关的工艺，还要跳过别家的专利墙。八、目前SiC MOSFET器件排名第一的是ST，马老师认证自然与众不同。除了器件外，ST封装的模块也是坚若磐石、可圈可点。但是，ST的股价挺悲催的，P/E只有12倍。英飞凌的SiC器件占第二位，电动车客户主要是大众和现代，量虽不小，但对其股价的作用也是乏善可陈。第三名Wolfspeed正在通过增加器件的生产，来试图增加毛利率。Wolf的赌注放在Mohawk Valley的8寸新厂，这个厂达到设计产能预计要到2024年。所以，Wolf的故事仍然还在，因为还没到开奖的时候。我们看到的情况是，Wolf并不敢把不赚钱的衬底都留给自己做器件，当然它产能也不够。Wolf未来如何差异化经营，如何和几大老巨头与虎谋皮，这个眼下还看不清。考虑到技术能力、产品组合和客户base，我个人认为Wolf不大可能在器件上取得多大优势。而最终Wolf翅膀硬了掀桌子、卡几位老大原材料脖子的可能性也不是那么大。翻过来想，即使Wolf不卖衬底都做成了器件，就一定比英飞凌和ST更赚钱吗？我们看到了故事的另外一个版本：安森美(onsemi)。九、ST、Wolf、安森美的量产SiC MOSFET都是平面结构，理论上落后于英飞凌和ROHM的多级沟槽结构至少一代以上。后者不仅产量高，在性能上有优势，在专利上估计也挖了不少坑。但是，论讲故事配合市场的意愿，安森美的CEO Hassane El-Khoury水平更高。正好碰到汽车行业景气，安森美接连财报靓丽。虽然碳化硅贡献占比有限，但Hassane老板表示all in碳化硅的决心让投资者灰常开心。作为操刀卖掉Cypress的主刀手，Hassane可能也有想法再刀一次安森美。操作这种事吧，天时地利人和都非常重要。安森美的碳化硅产业链已经是全的，外部大环境造势也是无可挑剔。安森美的棋已入局。十、据权威市场分析机构Yole给出的信息：即使到2025年，碳化硅MOSFET器件全球总市场容量也只有30多亿美元，那么多巨头每家能分到的也是有限。国内的玩家如果技术突然神奇突破，产能爬坡飞速从0到勇夺20%份额，也就6-8亿而已。碳化硅并不是工业必需品，它只是新能源巨轮下面一朵漂亮的浪花。在市场流动性仍然充沛、钱又不愿进入实体经济的情况下，漂亮就足够了。市场达成共识并不太需要所谓真相或仔细的算计，看起来漂亮才是关键。主播漂亮就能赚钱：她们不需要清北复交，也不需要提供下巴弧度的数据。