電子行業(yè)專題分析研究1特斯拉事件：碳化硅何去何從？特斯拉下一代汽車平臺或?qū)p少75%碳化硅。美國時間3月1日，特斯拉舉辦投資者大會，特斯拉表示2022年Model3成本已經(jīng)降低30%，下一代汽車生產(chǎn)成本將下調(diào)超50%，降低驅(qū)動單元造價是特斯拉控制生產(chǎn)成本重要一環(huán)。特斯拉提出下一代動力總成將在不損害汽車性能和效率的情況下，碳化硅器件將下降75%（75%reductioninsiliconcarbide），總成本將減少1000美元。然而，我們認(rèn)為特斯拉可能不會大幅減少器件數(shù)量（75%），而是得益于SiCMOSFET供應(yīng)商的進步，將芯片面積和SiC總成本大幅降低。碳化硅性能優(yōu)異，是制作高壓高頻高溫器件的理想材料。碳化硅是由硅元素和碳元素組合而成的一種化合半導(dǎo)體材料。在耐高壓、耐高頻、耐高溫方面具有獨特優(yōu)勢。1）耐高壓：碳化硅阻抗更低，禁帶寬度更大，能承受更大的電流和電壓，帶來更小尺寸的產(chǎn)品設(shè)計和更好效率；2）耐高頻：碳化硅不存在電流拖尾現(xiàn)象，能夠提高元件的開關(guān)速度，是硅開關(guān)速度的3-10倍，從而適用于更高頻率和更快的開關(guān)速度；3）耐高溫：碳化硅擁有高導(dǎo)熱率，相較硅來講，能在更高的溫度下工作。因此，碳化硅能夠有效滿足電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化和輕量化要求，有望成為被廣泛使用的半導(dǎo)體芯片基礎(chǔ)材料。2018年特斯拉將碳化硅導(dǎo)入Model3，新能源車企競相布局碳化硅器件。特斯拉Model3首次采用意法半導(dǎo)體和英飛凌的SiC逆變器。相較于Si-IGBT，碳化硅模塊開關(guān)損耗降低75%、系統(tǒng)效率提升5%、尺寸更小。在特斯拉導(dǎo)入碳化硅器件后，多家新能源汽車廠商紛紛跟進。2020年，比亞迪將自主研發(fā)制造的SiCMOSFET功率器件搭載在漢EV四驅(qū)高性能版上，實現(xiàn)了200KW的輸出功率，功率密度提升一倍。成本昂貴疊加供應(yīng)緊張倒逼特斯拉加大研發(fā)力度。碳化硅技術(shù)可以大幅提升電池續(xù)航能力、降低電池生產(chǎn)成本。在800V充電架構(gòu)下，碳化硅相較于硅基IGBT能耗低、效率高；碳化硅器件節(jié)省無源元器件、冷卻系統(tǒng)等成本，整體主驅(qū)逆變器系統(tǒng)綜合成本比硅基方案系統(tǒng)成本更低；碳化硅方案有助于壓縮驅(qū)動電機重量，與硅基IGBT方案相比，其制造的高速電機重量下降三分之一。特斯拉動力總成副總裁柯林·坎貝爾表示：碳化硅晶體管是關(guān)鍵但昂貴的部件。由于碳化硅價格昂貴、晶圓尺寸較難擴展，存在碳化硅器件產(chǎn)能無法供應(yīng)汽車出貨量風(fēng)險，因而特斯拉優(yōu)化碳化硅部件、降低碳化硅成本勢在必行。對于特斯拉來說，只有碳化硅器件成本降低，供應(yīng)商供給能力增強，才能憑借成本和規(guī)模優(yōu)勢滲透到更大的市場。因此，我們認(rèn)為特斯拉未來的技術(shù)路線并非是直接減少75%的碳化硅使用量，而是通過芯片尺寸縮小、封裝技術(shù)增強、母線電壓提升等一系列手段，將芯片面積和SiC總成本大幅降低。具體來看，特斯拉及供應(yīng)商在中短期可能通過模塊封裝技術(shù)優(yōu)化、縮小芯片面積來降低碳化硅成本，中長期可以通過提升器件電壓、提升襯底和外延制造效率來降低碳化硅器件成本。1）受益于SiCMOSFET供應(yīng)商技術(shù)進步，碳化硅用量壓縮、成本下降。特斯拉減少碳化硅器件用量可能得益于SiCMOSFET供應(yīng)商技術(shù)進步。近年來，特斯拉供應(yīng)商意法半導(dǎo)體的SiCMOSFET芯片尺寸一直在縮小，如果按照第3代MOSFET面積是第2代的1/4來算，芯片面積剛剛好縮小了75%。MOSFET發(fā)展途徑是：持續(xù)降低比電阻，功率不變情況縮小芯片面積。目前SiCMOSFET已發(fā)展到第三代，英飛凌和羅姆技術(shù)路線是從平面柵向溝槽柵過渡；安森美是改變元胞形狀和溝槽柵。2）模塊散熱能力提升將減少碳化硅器件用量。碳化硅芯片縮小導(dǎo)致發(fā)熱密度急劇增加，因而要求同等功率下，其單位面積導(dǎo)熱能力要求提高3-7倍。碳化硅導(dǎo)熱系數(shù)和熔點較高，其耐受結(jié)溫超500℃。目前大多碳化硅器件標(biāo)稱最高結(jié)溫在200℃左右，并未發(fā)揮碳化硅器件良好性能。根據(jù)業(yè)界研究，通過采用綁定緩沖層、雙面散熱等技術(shù)，碳化硅功率模塊導(dǎo)熱能力可提高10倍，電流能力可提高15倍。特斯拉可能通過T-pak等模塊封裝技術(shù)優(yōu)化來壓縮碳化硅器件尺寸和用量，已開發(fā)定制化模塊封裝技術(shù)，使得模塊總體熱阻最小化、導(dǎo)熱率最大化，相較于市面上碳化硅功率模塊產(chǎn)品，該封裝散熱能力提升至兩倍左右，這意味著模塊封裝中的碳化硅晶片用量將有所下降。特斯拉的封裝技術(shù)讓單管可經(jīng)受住長達5年的可靠性檢驗。3）800V母線電壓的提升將減少碳化硅器件用量。特斯拉Model3采用400V電壓架構(gòu)和650VSiCMOSFET，共使用48顆碳化硅器件。假設(shè)未來升級至800V電壓架構(gòu)，則需要配套1200VSiCMOSFET，碳化硅器件用量可減少一半。4）碳化硅器件成本逐步下調(diào)，滲透增加。碳化硅制備難度大、長晶速度慢、損失率高，導(dǎo)致碳化器件價格高昂、滲透率較低。根據(jù)我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）數(shù)據(jù)顯示，SiC功率器件最主要的原材料成本——SiC襯底、外延片的價格近年來持續(xù)下降，原因有：第一，伴隨大直徑襯底占比不斷提高，襯底單位面積生長成本下降；第二，單晶的平均可用厚度仍會持續(xù)增加，這將不斷降低單位面積襯底成本；第三，襯底質(zhì)量和晶片供貨量的提高，以及外延晶片成品率的提高，推動SiC器件成本逐步降低。未來SiC各環(huán)節(jié)成本有望持續(xù)下降，并迎來對于下游產(chǎn)業(yè)的加速滲透。2碳化硅大勢所趨，發(fā)展空間廣闊2.1歐美廠商高度壟斷，國產(chǎn)化加速Wolfspeed壟斷SiC襯底與外延片市場，歐美企業(yè)主導(dǎo)SiC器件市場。從襯底到器件環(huán)節(jié)，目前Wolfspeed、ST及羅姆等海外頭部企業(yè)占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈主要份額。其中，因布局較早，良率與產(chǎn)能規(guī)模全球領(lǐng)先，Wolfspeed在SiC襯底及外延片市場一家獨大。下游器件領(lǐng)域，歐美日企業(yè)領(lǐng)先，整體市占率達到95%，意法半導(dǎo)體作為特斯拉SiC功率器件的主要供應(yīng)商，市場占有率排名第一，達到41%。國際主流廠商大幅擴產(chǎn)，釋放搶占SiC市場信號。國際企業(yè)大力完善第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)布局，計劃大幅擴產(chǎn)來強化競爭優(yōu)勢，以搶奪日漸增長的市場份額。安森美表示22年將SiC產(chǎn)能擴充4倍；意法半導(dǎo)體計劃到2024年將SiC晶圓產(chǎn)能提高到2017年的10倍，SiC營收將達到10億美元。在國際大廠加速擴產(chǎn)的背景下，SiC產(chǎn)業(yè)格局逐漸迎來空前重構(gòu)和變化。國內(nèi)廠商加速布局，發(fā)展空間巨大。國內(nèi)企業(yè)也在積極研發(fā)和探索SiC器件的產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)形成相對完整的SiC產(chǎn)業(yè)鏈體系，部分產(chǎn)業(yè)節(jié)點已有所突破。SiC襯底方面，天岳先進在半絕緣SiC襯底的市場占有率連續(xù)三年保持全球前三；天科合達在國內(nèi)率先成功研制6英寸SiC襯底，并已實現(xiàn)2-6英寸SiC晶片的規(guī)?；a(chǎn)和器件銷售。SiC外延片方面，廈門瀚天天成與東莞天域可生產(chǎn)2-6英寸SiC外延片。SiC器件方面，國內(nèi)廠商主要有泰科天潤、瀚薪、揚杰科技、中電55所、中電13所、科能芯、時代電氣等。模組領(lǐng)域，目前SiC市場斯達半導(dǎo)、河南森源、常州武進科華、時代電氣處于起步階段。中國廠商在圍繞SiC襯底生產(chǎn)上正在縮短與國外差距，未來若能在6英寸和8英寸的SiC晶圓良率和成本上進一步實現(xiàn)突破是競爭的關(guān)鍵。2.2新能源車驅(qū)動SiC器件規(guī)?？焖贁U張全球SiC器件市場發(fā)展迅猛，2027年有望增長至63億美元。受益于5G通信、國防軍工、新能源汽車和新能源光伏等領(lǐng)域的發(fā)展，SiC器件市場規(guī)模增速可觀。Yole數(shù)據(jù)顯示，2021年全球SiC功率器件市場規(guī)模為11億美元，預(yù)計2027年將增長至63億美元，CAGR約34%。整體電動車相關(guān)領(lǐng)域（包括主逆變器、OBC、DC/DC轉(zhuǎn)換器等）SiC市場規(guī)模有望在2027年達到50億美元，21-27年CAGR為39%。全球新能源汽車終端需求火熱，車用SiC晶圓需求攀升。根據(jù)EVTank數(shù)據(jù)，新能源汽車2026年銷量將達到3157萬輛，21-26年CAGR為37%。隨著新能源車滲透率不斷升高，以及整車架構(gòu)朝800V高壓方向邁進，SiC器件在車載逆變器等領(lǐng)域有望迎來規(guī)模化發(fā)展。據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)，2025年全球電動車市場對6英寸SiC晶圓需求可達169萬片，21-25年CAGR為94%。國內(nèi)新能源車市場規(guī)?？焖僭鲩L，SiC功率器件有望進一步突破。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2022年中國新能源汽車銷量將達到689萬輛，預(yù)計2026年中國新能源汽車銷售量將達到汽車銷售總量的近50%。根據(jù)DIGITIMESResearch預(yù)測，2025年電動汽車用SiC功率半導(dǎo)體將占整車用功率半導(dǎo)體的37%以上，高于2021年的25%。國內(nèi)新能源車市場具備領(lǐng)先優(yōu)勢，隨著滲透率的進一步提升以及汽車電子化程度的持續(xù)推進，國內(nèi)車用SiC器件規(guī)模有望快速突破。多維度優(yōu)勢賦能車用SiC器件。SiC功率器件在新能源汽車中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，其應(yīng)用場景包括：電機驅(qū)動系統(tǒng)逆變器、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載DC／DC）、車載充電系統(tǒng)（OBC）及非車載充電樁等。從材料來看，SiC相對于硅材料擁有更高的擊穿場強、更高的熱導(dǎo)率以及更高的電子飽和漂移速度；從電路損耗來看，在同等條件下，SiC功率器件能大幅減小電路開關(guān)的能量損耗（下降85%）；從設(shè)備空間來看，采用SiC功率器件的DC/DC轉(zhuǎn)換器、車載充電機以及電機控制器分別能加減小設(shè)備20%、40%、64%的系統(tǒng)空間；從電池轉(zhuǎn)化效率來看，集成了SiC器件的模塊能幫助系統(tǒng)提升6%的電力轉(zhuǎn)換效率。新能源車高電壓平臺大勢所趨，SiC器件彰顯優(yōu)勢。近年來各車企紛紛通過提升功率來緩解新能源汽車的續(xù)駛焦慮和充電焦慮，而功率的增加一般有兩種路徑，即提高電流或電壓。然而，大電流可能會導(dǎo)致較大的核心部件熱損耗，因此高電壓電氣平臺成為了首選。高電壓平臺要求電驅(qū)動系統(tǒng)的耐壓性也要隨之提升，而硅基器件無法承載電壓的大幅升高，故SiC應(yīng)用將逐步替代硅基IGBT成為關(guān)鍵。相比之IGBT，SiC體積小、功率密度高、耐高壓和高溫能力強，可助力新能源車實現(xiàn)更長的續(xù)航里程、更短的充電時間和更強的動力性能。國內(nèi)外車企紛紛布局800V高壓平臺，SiC大規(guī)模車載應(yīng)用可期。在相同功率下，800V電壓平臺較400V電壓的電流減半，電池充電熱量降低，且低成本、輕量化、EMC干擾的降低，以及效率和續(xù)航的提升，讓充電補能體驗大幅增強。2019年保時捷Taycan推出全球首款800V高電壓電氣架構(gòu)，支持350kw大功率快充，15分鐘內(nèi)電量可充到80％。近年來比亞迪、奧迪、吉利、小鵬等一眾車企也紛紛開始布局800V高電壓平臺，預(yù)計各大車企基于800V高壓平臺方案將在2022年之后陸續(xù)上市，SiC作為800V平臺架構(gòu)的最佳拍檔有望大放異彩。800V高壓平臺需要電源產(chǎn)品配套升級，充電樁等迎來發(fā)展良機。當(dāng)動力電池電壓平臺升級到800V，當(dāng)前的OBC、DC/DC及充電樁等電源產(chǎn)品都需要從400V等級提升至符合800V電壓平臺的應(yīng)用，SiC器件由于其優(yōu)異的特性也將開始大規(guī)模的應(yīng)用。以充電樁為例，800V高壓充電樁在設(shè)計架構(gòu)上區(qū)別于400V的重要特點是需要配置SiCMOSFET，以達到更快的充電速度和更好的器件耐壓性。22年Wolfspeed宣布參與搭載SiC技術(shù)的直流快速充電樁項目，總功率可達350kW，成本可降低20-30%。國內(nèi)車企也開始發(fā)力，廣汽埃安于2021年8月發(fā)布480kW超級充電樁，小鵬也宣布22Q4起部署480kW高壓超充樁，實現(xiàn)充電5分鐘續(xù)航200公里。3投資分析3.1斯達半導(dǎo)：積極布局碳化硅市場，長期成長動能充足公司獲多個主控制器用車規(guī)級SiCMOSFET模塊項目定點。2021年公司在機車牽引輔助供電系統(tǒng)、新能源汽車行業(yè)控制器、光伏行業(yè)推出的各類SiC模塊得到進一步的推廣應(yīng)用。2022年上半年公司應(yīng)用于乘用車主控制器的車規(guī)級SiCMOSFET模塊開始大批量裝車應(yīng)用，同時公司新增多個使用車規(guī)級SiCMOSFET模塊的800V系統(tǒng)的主電機控制器項目定點，將對公司未來車規(guī)級SiCMOSFET模塊銷售增長提供持續(xù)推動力。定增項目保障SiC芯片自主可控，產(chǎn)品供應(yīng)能力和競爭力有望進一步提高。公司車規(guī)級SiC模塊雖已獲得多個項目定點并拿到批量訂單，但車規(guī)級SiC模塊中所使用的SiCMOSFET芯片仍為進口芯片。公司預(yù)計投入5億元新建廠房及倉庫等配套設(shè)施，購置光刻機、涂膠顯影機、鋁刻蝕機、高溫注入機等設(shè)備，開展SiC芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。項目建設(shè)周期3年，達產(chǎn)后預(yù)計將形成年產(chǎn)6萬片6英寸SiC芯片生產(chǎn)能力，對應(yīng)6.6億元營收和1.8億元凈利潤。本次募投項目量產(chǎn)后，公司將擁有自主的車規(guī)級SiCMOSFET芯片，利用目前公司在新能源汽車客戶和項目資源，進一步提高公司車規(guī)級SiC模塊的供貨保障能力以及產(chǎn)品競爭力。3.2中瓷電子：注資碳化硅IDM企業(yè)中瓷電子擬購買北京國聯(lián)萬眾半導(dǎo)體科技有限公司94.6029%股權(quán)，布局第三代半導(dǎo)體SiC模塊。國聯(lián)公司是國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體IDM平臺，依托多年技術(shù)積累研發(fā)生產(chǎn)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的碳化硅電力電子芯片及器件。公司正在進行芯片制造及封裝測試專業(yè)化生產(chǎn)線建設(shè)，建成后將具備碳化硅功率模塊設(shè)計、制造和封裝測試整體能力，年測試封裝SiC功率模塊2.4萬塊。公司SiC功率模塊包括650V、1200V和1700V等系列，其產(chǎn)品應(yīng)用于新能源汽車、工業(yè)電源、新能源逆變器等領(lǐng)域。主要客戶包括比亞迪、智旋等。該項交易進一步引領(lǐng)碳化硅功率模塊在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。國聯(lián)萬眾將成為中瓷電子旗下的碳化硅功率模塊設(shè)計生產(chǎn)平臺，其研發(fā)生產(chǎn)的碳化硅二極管產(chǎn)品已投入市場，為格力等公司提供產(chǎn)品試用，并將基于順義科技園區(qū)的協(xié)同作用利用國內(nèi)和國際資源打造第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新基地，形成產(chǎn)學(xué)研用完整鏈條及跨界應(yīng)用。3.3華潤微：發(fā)力碳化硅業(yè)務(wù)，自研產(chǎn)品持續(xù)突破碳化硅業(yè)務(wù)前景向好，公司相應(yīng)產(chǎn)品銷量倍增。華潤微作為國內(nèi)半導(dǎo)體IDM龍頭企業(yè)，功率器件產(chǎn)品研發(fā)與銷售具備先發(fā)優(yōu)勢。其功率器件事業(yè)群在第三代化合物半導(dǎo)體器件領(lǐng)域取得技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的顯著突破，自主研發(fā)的新一代SiCJBS器件綜合性能達到業(yè)界先進水平，產(chǎn)品在充電樁、太陽能逆變器、通信電源等工控領(lǐng)域獲得客戶端的廣泛認(rèn)可，公司前三季度SiC銷售額約有3倍增長，預(yù)計2023年碳化硅MOS的銷售占比會有較大提升。一二代產(chǎn)品銷售量產(chǎn)，后續(xù)產(chǎn)品正繼續(xù)快速推進。公司自主研發(fā)的第一代650V、1200VSiCJBS產(chǎn)品已取得銷售，21年末公司正式對外發(fā)布SiCMOSFET產(chǎn)品，目前第二代碳化硅二極管1200V/650V平臺已系列化三十余顆產(chǎn)品，在充電樁、光伏逆變、工業(yè)電源等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量供貨。公司第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化和平臺化戰(zhàn)略繼續(xù)高歌前進。3.4中微公司：開發(fā)SiC專用MOCVD設(shè)備中微公司主要從事高端半導(dǎo)體設(shè)備及泛半導(dǎo)體設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司基于在半導(dǎo)體設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)多年積累的專業(yè)技術(shù)，涉足半導(dǎo)體集成電路制造、先進封裝、LED外延片生產(chǎn)、功率器件、MEMS制造以及其他微觀工藝的高端設(shè)備領(lǐng)域。1）等離子體刻蝕設(shè)備：已應(yīng)用于國際一線客戶從65納米到14納米、7納米和5納米及更先進的集成電路加工制造生產(chǎn)線及先進封裝生產(chǎn)線。2）MOCVD設(shè)備：在行業(yè)領(lǐng)先客戶的生產(chǎn)線上大規(guī)模投入量產(chǎn)，公司已成為世界排名前列的氮化鎵基LED設(shè)備制造商。截至2022年6月底，公司設(shè)備累計付運臺數(shù)達2654個反應(yīng)臺，在客戶73條生產(chǎn)線全面量產(chǎn)。中微公司積極布局SiC材料功率器件外延生長設(shè)備和技術(shù)研發(fā)，牽頭人具有25年以上相關(guān)經(jīng)驗。根據(jù)公司公告，公司將總投資37.56億元用于中微臨港總部和研發(fā)中心項目，其中部分資金用于公司7類新產(chǎn)品的研發(fā)項，其中一種就是寬禁帶功率器件外延生長設(shè)備，主要包括SiC材料功率器件的外延生長設(shè)備和技術(shù)的研發(fā)。該項目牽頭人具有25年以上化合物半導(dǎo)體材料外延工藝開發(fā)、設(shè)備研發(fā)及營運的經(jīng)驗。目前項目處于研究階段，已擁有10余項專利技術(shù)儲備，預(yù)計將持續(xù)至2025年底。3.5天岳先進：國內(nèi)領(lǐng)先的SiC襯底企業(yè)天岳先進主要從事SiC襯底的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于微波電子、電力電子等領(lǐng)域。憑借卓越的研發(fā)及創(chuàng)新能力，天岳先進已成為全球為數(shù)不多的掌握半絕緣型和導(dǎo)電型SiC襯底、產(chǎn)品尺寸較全的SiC襯底生產(chǎn)商。1）半絕緣型：在發(fā)達國家對我國實行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運的背景下，公司自主研發(fā)出半絕緣型SiC襯底產(chǎn)品，實現(xiàn)了我國核心戰(zhàn)略材料的自主可控。2）導(dǎo)電型：公司已成功掌握導(dǎo)電型SiC襯底材料制備的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化能力。在優(yōu)先保障半絕緣型SiC襯底材料戰(zhàn)略供應(yīng)之余，進行導(dǎo)電型SiC襯底材料的研發(fā)和小批量銷售，目前正在電力電子領(lǐng)域客戶中進行驗證。天岳先進半絕緣型產(chǎn)品已實現(xiàn)對國內(nèi)下游核心客戶的批量供貨，并獲得國外知名半導(dǎo)體公司認(rèn)可。公司通過持續(xù)的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)，于2015年實現(xiàn)了4英寸半絕緣型SiC襯底的量產(chǎn)能力。2018年，公司通過下游行業(yè)主要的領(lǐng)先客戶A的驗證并開始批量供貨。隨后，公司又獲得下游行業(yè)主要客戶B的認(rèn)證，并獲得大批量訂單，國內(nèi)市場份額進一步提升。根據(jù)yole報告統(tǒng)計，2021年公司在半絕緣SiC襯底領(lǐng)域，市場占有率連續(xù)三年保持全球前三。天岳先進導(dǎo)電型SiC襯底部分送樣已陸續(xù)通過客戶驗證，正加快提升導(dǎo)電型襯底產(chǎn)能建設(shè)