电子行业深度报告：碳化硅车型密集发布，关注国产衬底厂商扩产、器件厂商上车进展

800V车型密集发布，碳化硅是800V高压快充标配。碳化硅耐高压特性适配800V高压快充车型，同时SiC方案可实现新能源汽车三电系统降本、增效。23年有小鹏G6、极氪X、智己LS6等多款20-25万元价格段的标配碳化硅车型上市，可见新势力车企的高性能策略已强势拉动碳化硅渗透，未来仍将有同价格段车型如极氪007等上市。碳化硅市场未来将由新能源汽车主导拉动，预计2028年全球市场规模有望达到66亿美元，22-28年CAGR高达32% 衬底端，国产产能释放拉动降本，重视各厂商产能实际交付能力。1）SiC价格较高限制应用放量，21年衬底占成本比例约46%、是产业链的核心降本环节，24-25年国产衬底厂商市场释放是产业链降本、打开需求空间的关键时点。2）根据Yole数据，2022年全球碳化硅衬底市场中，Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ和SICrystal三家合计占据约72%市场份额，国产厂商天科合达、天岳先进加速追赶，22年导电型衬底合计实现营收1.04亿美元，合计占比15%，同比+5pct。3）尽管各国产厂商规划产能增速极高，但由于碳化硅衬底存在降低缺陷密度等技术门槛，因此并非所有规划产能均能如期实际交付，部分厂商未来可能出现技术落后将导致盈利能力不佳，从而放缓扩产节奏，尾部厂商将主动或被动完成产能出清。 器件端，国产厂商研发、扩产并举，24年有望成为国产化元年。1）根据Yole数据，2021年SiC市场份额前五厂家均为欧美日企业，合计占据93%的市场份额，其中意法半导体依靠与特斯拉的合作占据全球40%的市场份额。2）国产设计厂商持续推出导通电阻更低、性能更优的碳化硅芯片产品，同时传统设计公司已开始涉足碳化硅晶圆制造产线建设，拟完成碳化硅IDM能力构建。国产代工厂商持续提升工艺平台能力、扩建产能。3）可比国产IGBT上车历史，凭借供应本土化优势，国产碳化硅模块厂商有望加速上车，24年有望成为器件国产化元年。 投资建议：碳化硅市场高增长趋势吸引业界激进投资，远期规划产能合计数已超远期需求，未来供过于求将导致尾部厂商被出清，技术（降本能力）、产能（有效产能）、客户关系为决定竞争格局的关键要素。建议关注具备技术、客户先发优势的国产厂商，推荐天岳先进（衬底龙头扩产、拓客并举，业绩拐点将至），建议关注晶升股份（长晶炉）、中芯集成（代工厂）、斯达半导（器件）等。 风险提示：碳化硅在车端、桩端渗透不及预期风险；国产化进度不及预期风险；扩产进程不及预期风险；价格战的风险。 1.解决里程焦虑，碳化硅是新能源汽车800V高压快充标配 SiC属于第三代半导体，性能参数优异。以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、饱和电子漂移速率高、热导率高、击穿电场强度高等优势： 1）更大的禁带宽度可以保证材料在高温下，电子不易发生跃迁，本征激发弱，从而耐受更高的工作温度。碳化硅的禁带宽度约为硅的3倍，理论工作温度可达400℃以上。 2）饱和电子漂移速率指电子在半导体材料中的最大定向移动速度，决定器件的开关频率。碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的两倍，有助于提高工作频率，将器件小型化。 3）高温是影响器件寿命的主要原因之一，热导率代表了材料的导热能力，碳化硅的高热导率可以有效传导热量，降低器件温度，维持正常工作。 4）临界击穿场强指材料发生电击穿的电场强度，一旦超过该数值，材料将失去绝缘性能，进而决定了材料的耐压性能。碳化硅的临界击穿场强约为硅的10倍，能够耐受更高的电压，更适用于高电压器件。 表1：三代半导体性能指标对比 碳化硅器件旨在为应用系统“增效+降本”，新能源汽车贡献主要市场。根据Yole的数据，2022年碳化硅功率器件市场规模为18亿美元，2028年有望达到89亿美元，22-28年CAGR高达31%。碳化硅功率器件可应用于汽车、能源、交通、工业等多个领域，其中汽车占据主导地位，市场规模占比超过七成，2022年市场规模为13亿美元，2028年有望达到66亿美元，22-28年CAGR高达32%。 图1：碳化硅器件分应用领域市场规模预测（单位：亿美元） 1.1.新能源汽车：特斯拉引领主驱搭载碳化硅，其他主流厂商上车潮渐进 SiC方案可实现新能源汽车三电系统降本、增效。碳化硅凭借高效率、高功率密度等优异特性，为应用系统“降本+增效”。以新能源汽车主驱为例，根据ST测算，碳化硅逆变器效率比IGBT逆变器高3.4%，可以有效提升续航、节省电池成本。此外，由于碳化硅逆变器体积较小，还可搭载成本更低的冷却系统，从而降低整车成本。因此新能源汽车主驱逆变器、车载OBC、DC/DC转换器已率先开启SiCSBD、SiCMOS的渗透。 图2：SiC器件和Si器件能量损耗对比 图3：SiC器件的应用可减小主驱系统体积 SiC在汽车主驱、OBC、DC/DC系统中均已开启渗透。 1）主驱：SiC在纯电动车、混动车主驱上都有应用。2018年，特斯拉率先将SiC应用于Model3，开启主驱逆变SiC器件的大规模商业化应用，Model3全车搭载24个SiC模块，拆开封装每颗有2个SiC裸晶（Die），共计搭载48颗SiC MOSFET。后续有比亚迪、蔚小理、吉利等车企跟进。 2）OBC、DC/DC：相比SiC主驱逆变器，OBC、DC/DC所使用的SiCMOS允许更高的导通电阻，技术成熟度更高，比亚迪于18年就开始在OBC中应用碳化硅器件。 表2：碳化硅在汽车主驱、OBC、DC/DC的应用情况 主流车企加速推出搭载碳化硅的车型。据统计，全球大部分主流车企均已有碳化硅车型上市，暂未上市的厂商也有概念车或合作消息公布，如标致的Inception EV概念车、宝马与安森美签订供货协议等，说明碳化硅的应用方案已经得到终端车企的广泛认可。 表3：主流车企已上市及待上市碳化硅车型一览 23年已有多款20-25万元价格段的标配碳化硅车型上市，助力碳化硅加速渗透。根据汽车之家数据，23年有小鹏G6、极氪X、智己LS6等多款20-25万元价格段的标配碳化硅车型上市，可见新势力车企的高性能策略已强势拉动碳化硅渗透，未来仍将有同价格段车型如极氪007等上市。 表4：主流碳化硅车型一览（红底为23 H2 /24年上市车型） 特斯拉引领、其他车企跟进搭载碳化硅，23年1-8月其他车企已贡献25%碳化硅车型销量。特斯拉作为行业中首个大规模应用碳化硅的车企，旗下Model3、ModelY车型销量火爆，近年来在国内外造车新势力的共同努力下，市场结构逐渐走向多元化。根据我们的测算，其他车企在碳化硅车型中的销量占比2023年1-8月已达到25%，其他车企碳化硅渗透率已达8%，未来渗透率有望逐年提升，与特斯拉共同拉动碳化硅渗透。 图4：碳化硅渗透率预测 图5：碳化硅车型销量预测（单位：万辆） 基于以下核心假设：1）电动车渗透率逐年提升；2）纯电动车的SiC器件主要应用于主驱、OBC、DC/DC；3）伴随碳化硅国产衬底产能释放、国产器件实现技术追赶，器件平均价格有望每年降低15%，从而拉动碳化硅在纯电车中渗透。我们预测25年全球新能源汽车SiC器件市场规模有望达到194亿元，23-25年CAGR达50%。 表5：全球新能源汽车SiC器件市场规模预测 1.2.充电桩：800V车型渗透，桩端升压、提效需求拉动碳化硅应用 SiC器件的耐高压、高频特性适配直流快充桩需求。要满足新能源汽车快充需求，直流快充桩电压需要提升到800-1000V，所用功率器件耐压必须提高到1200V以上，适合应用碳化硅。同时，使用碳化硅器件还可降低拓扑复杂度，减少驱动配套电路数量与功率器件用量，从而降低充电桩体积及系统成本。此外，对于运营商而言，应用SiC器件还可以减少开关损耗，提升转换效率，提高营业利润。 图6：SiC器件适配高功率充电模块需求 图7：采用Vienna PFC转换器拓扑的纯电动车三级充电桩 充电模块功率提升，国内外桩端厂商积极布局搭载碳化硅的产品。南方电网、巨湾技研、FreeWire、Rhombus等国内外多厂商均已发布碳化硅技术为核心的充电桩项目，据中关村天河宽禁带半导体技术创新联盟介绍，采用碳化硅充电模块的功率可以达到60kW以上，而采用IGBT单管的设计仅达到15-30kW水平。未来伴随直流充电桩功率提高，碳化硅渗透率有望快速提升。 表6：充电桩SiC器件应用进展 基于以下核心假设：1）汽车留存率随时间推移而下降；2）国内公用车桩比逐年下降，直流桩占比逐年提升；3）海外公用车桩比逐年下降，直流桩占比与中国保持一致； 4）由于SiC二极管应用方案较为成熟，而SiC模块需要等待800V车型渗透率进一步提高才能大规模应用，因此假设SiC二极管渗透率匀速提升，SiC模块渗透率加速提升； 5）SiC二极管价格保持稳定，SiC模块由于替代元件存在先后顺序，每千瓦价值量将逐年提升，直至全面替代。我们预测2025年全球充电桩SiC器件市场规模有望达到74亿元，22-25年CAGR高达330%，高增速主要来自SiC模块的加速渗透。 表7：全球充电桩SiC器件市场规模预测 1.3.光伏：应用碳化硅可提升光伏逆变器转换效率，二极管率先开启渗透 SiC器件物理特性优良，显著提升光伏逆变器转换效率。根据SimonWall等人在《High-efficiency PV inverter with SiC》的研究中，在50KW的组串式逆变器中，Si二极管被SiC二极管替代后有望实现0.3%的系统效率提升。根据天科合达招股说明书，使用全SiCMOSFET或SiC MOSFET与SiC SBD结合的功率模块的光伏逆变器，转换效率可从96%提升至99%以上，能量损耗降低50%以上，设备循环寿命提升50倍。 图8：采用SiC二极管替代Si二极管有望使效率提升0.3% 根据英飞凌，目前在光伏逆变器的DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路中均有碳化硅器件的替代方案，考虑经济因素，主要有IGBT+SiCSBD和SiC MOSFET两类方案，应用端、功率器件及光伏逆变器厂商都积极推出相关产品。 图10：SiC的主要替代方案 表8：光伏逆变器SiC器件应用进展 基于以下核心假设：1）分布式光伏占比逐年提高；2）SiC器件只应用于分布式光伏，不应用于集中式光伏；3）由于光伏产品成熟度高，对全新方案的接受度较低，因此假设SiC二极管渗透率快速增长，SiC模块的渗透率缓慢提升。我们预测2025年全球光伏SiC器件市场规模有望达到5亿元，22-25年CAGR达54%。 表9：全球光伏SiC器件市场规模预测 2.产业链各环节迈向国产化，技术、产能、客户三要素制胜 技术（降本能力）、产能（有效产能）、客户关系为决定竞争格局的关键要素。碳化硅产业链自上而下包括衬底、外延、器件设计、晶圆制造、模块封装等环节，其中，衬底端为当前的有效产能瓶颈、降本瓶颈环节，器件端国产化、IDM是大趋势，技术、产能、客户关系为决定各环节竞争格局的关键要素，建议关注国产衬底厂商扩产、国产器件厂商量产节奏。 图11：碳化硅产业链各环节现状 2.1.衬底：国产衬底产能释放拉动降本，重视各厂商产能实际交付能力 SiC衬底位于产业链上游，根据电学性能不同可分为半绝缘型、导电型衬底。为满足下游应用市场对于不同功能芯片的需求，需要制备不同电学性能的碳化硅衬底。根据工信部文件，一类是具有高电阻率（电阻率≥10Ω·cm）的半绝缘型碳化硅衬底，该类衬底采用氮化镓外延，制成射频器件，应用于信息通讯、无线电探测等领域；另一类是低电阻率（电阻率区间为 15~30m Ω·cm）的导电型碳化硅衬底，该类衬底采用碳化硅外延，制成功率器件，应用于新能源汽车、光伏&储能逆变器、新能源汽车充电桩等领域。 图12：碳化硅产业链 SiC价格较高限制应用放量，衬底是产业链的核心降本环节。碳化硅材料具有高熔点、高硬度属性，制造所需的工艺难度远高于硅基材料，且由于碳化硅晶体生长速率慢、产品良率低，碳化硅衬底的生产周期远大于传统硅基。根据芯八哥数据，202