碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要由襯底、外延、器件、應(yīng)用等環(huán)節(jié)組成。碳化硅晶片作為半導(dǎo)體襯底材料，根據(jù)電阻率不同可分為導(dǎo)電型、半絕緣型。導(dǎo)電型襯底可用于生長(zhǎng)碳化硅外延片，制成耐高溫、耐高壓的碳化硅二極管、碳化硅MOSFET等功率器件，應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域；半絕緣型襯底可用于生長(zhǎng)氮化鎵外延片，制成耐高溫、耐高頻的HEMT 等微波射頻器件，主要應(yīng)用于5G 通訊、衛(wèi)星、雷達(dá)等領(lǐng)域。

一、碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

二、生產(chǎn)工藝流程及周期

碳化硅生產(chǎn)流程主要涉及以下過程：

1）單晶生長(zhǎng)，以高純硅粉和高純碳粉作為原材料形成碳化硅晶體；2）襯底環(huán)節(jié)，碳化硅晶體經(jīng)過切割、研磨、拋光、清洗等工序加工形成單晶薄片，也即半導(dǎo)體襯底材料；

3）外延片環(huán)節(jié)，通常使用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，在晶片上淀積一層單晶形成外延片；

4）晶圓加工，通過光刻、沉積、離子注入和金屬鈍化等前段工藝加工形成的碳化硅晶圓，經(jīng)后段工藝可制成碳化硅芯片；

5）器件制造與封裝測(cè)試，所制造的電子電力器件及模組可通過驗(yàn)證進(jìn)入應(yīng)用環(huán)節(jié)。

碳化硅產(chǎn)品從生產(chǎn)到應(yīng)用的全流程歷時(shí)較長(zhǎng)。以碳化硅功率器件為例，從單晶生長(zhǎng)到形成襯底需耗時(shí)1 個(gè)月，從外延生長(zhǎng)到晶圓前后段加工完成需耗時(shí)6-12 個(gè)月，從器件制造再到上車驗(yàn)證更需1-2 年時(shí)間。對(duì)于碳化硅功率器件IDM 廠商而言，從工業(yè)設(shè)計(jì)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為收入增長(zhǎng)的周期非常之長(zhǎng)，汽車行業(yè)一般需要4-5 年。

三、襯底：價(jià)值量占比46%，為最核心的環(huán)節(jié)

由SiC 粉經(jīng)過長(zhǎng)晶、加工、切割、研磨、拋光、清洗環(huán)節(jié)最終形成襯底。其中SiC晶體的生長(zhǎng)為核心工藝，核心難點(diǎn)在提升良率。類型可分為導(dǎo)電型、和半絕緣型襯底，分別用于功率和射頻器件領(lǐng)域。

就技術(shù)路線而言，碳化硅的單晶生產(chǎn)方式主要有物理氣相傳輸法（PVT）、高溫氣相化學(xué)沉積法（HT-CVD）、液相法（LPE）等方法，目前商用碳化硅單晶生長(zhǎng)主流方法為相對(duì)成熟的PVT 法。

PVT：生長(zhǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性不佳、晶體生長(zhǎng)效率低、易產(chǎn)生標(biāo)晶型雜亂以及各種結(jié)晶缺陷等嚴(yán)重質(zhì)量問題，從而成本較高。

HT-CVD：起步晚，能夠制備高純度、高質(zhì)量的半絕緣碳化硅晶體，但設(shè)備昂貴、高純氣體價(jià)格不菲。

LPE：尚未成熟，可以大幅降低生產(chǎn)溫度、提升生產(chǎn)速度，且在此方法下熔體本身更易擴(kuò)型，晶體質(zhì)量亦大為提高，因而被認(rèn)為是碳化硅材料走向低成本的較好路徑，有積極的發(fā)展空間。

四、襯底：大尺寸大勢(shì)所趨，是SiC 產(chǎn)業(yè)化降本的核心

目前6 英寸碳化硅襯底價(jià)格在1000美金/片左右，數(shù)倍于傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體，核心降本方式包括：提升材料使用率（向大尺寸發(fā)展）、降低制造成本（提升良率）、提升生產(chǎn)效率（更成熟的長(zhǎng)晶工藝）。

長(zhǎng)晶端：SiC包含 200多種同質(zhì)異構(gòu)結(jié)構(gòu)的晶型，但只有4H 型（4H-SiC）等少數(shù)幾種是所需的晶型。而PVT 長(zhǎng)晶的整個(gè)反應(yīng)處于2300°C高溫、完整密閉的腔室內(nèi)（類似黑匣子），極易發(fā)生不同晶型的轉(zhuǎn)化，任意生長(zhǎng)條件的波動(dòng)都會(huì)影響晶體的生長(zhǎng)、參數(shù)很難精確調(diào)控，很難從中找到最佳生長(zhǎng)條件。目前行業(yè)主流良率在50-60%左右（傳統(tǒng)硅基在90%以上），有較大提升空間。

機(jī)加工端：碳化硅硬度與金剛石接近（莫氏硬度達(dá)9.5），切割、研磨、拋光技術(shù)難度大，工藝水平的提高需要長(zhǎng)期的研發(fā)積累。目前該環(huán)節(jié)行業(yè)主流良率在70-80%左右，仍有提升空間。

提升生產(chǎn)效率（更成熟的長(zhǎng)晶工藝）：SiC長(zhǎng)晶的速度極為緩慢，行業(yè)平均水平每小時(shí)僅能生長(zhǎng)0.2-0.3mm，較傳統(tǒng)晶硅生長(zhǎng)速度相比慢近百倍以上。未來需PVT 工藝的進(jìn)一步成熟、或向其他先進(jìn)工藝（如液相法）的延伸。

五、SiC襯底設(shè)備：與傳統(tǒng)晶硅差異較小，工藝調(diào)教為核心壁壘

SiC襯底設(shè)備主要包括：長(zhǎng)晶爐、切片機(jī)、研磨機(jī)、拋光機(jī)、清洗設(shè)備等。與傳統(tǒng)傳統(tǒng)晶硅設(shè)備具相通性、但工藝難度更高，設(shè)備+工藝合作研發(fā)是關(guān)鍵。

外延設(shè)備及外延片：價(jià)值量占比23%

本質(zhì)是在襯底上面再覆蓋一層薄膜以滿足器件生產(chǎn)的條件。具體分為：導(dǎo)電型SiC 襯底用于SiC 外延，進(jìn)而生產(chǎn)功率器件用于電動(dòng)汽車以及新能源等領(lǐng)域。半絕緣型SiC 襯底用于氮化鎵外延，進(jìn)而生產(chǎn)射頻器件用于5G 通信等領(lǐng)域。

全球SiC外延設(shè)備被行業(yè)四大龍頭企業(yè)Axitron、LPE、TEL和Nuflare壟斷，并各具優(yōu)勢(shì)。

六、碳化硅功率器件芯片封裝清洗：

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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