碳化硅行業(yè)專題分析

碳化硅行業(yè)專題分析1、“雙碳”背景驅(qū)動下，功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展2021年10月26日，國務(wù)院印發(fā)2030年前碳達峰行動方案，明確提出大力推廣新能源汽車，逐步降低傳統(tǒng)燃油汽車在新車產(chǎn)銷和汽車保有量中的占比，到2030年，當(dāng)年新增新能源、清潔能源動力的交通工具比例達到40%左右。在這一長達40年的國家重大戰(zhàn)略里，基于功率半導(dǎo)體的諸多電氣技術(shù)將在碳中和進程中起著不可替代的關(guān)鍵作用。功率半導(dǎo)體是電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，本質(zhì)上，是通過利用半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦詫崿F(xiàn)電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換的功能。無論是水電、核電、火電還是光伏、風(fēng)能，甚至各種電池提供的化學(xué)電能，大部分均無法直接使用，需由功率半導(dǎo)體器件進行功率變換以后才能供設(shè)備使用。功率半導(dǎo)體將成為21世紀可再生能源和高效負載能源網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵驅(qū)動力。21世紀的能源網(wǎng)絡(luò)，無論是太陽能、風(fēng)能和儲能等可再生能源，還是電動汽車和變頻電機等高效負載，都需要功率半導(dǎo)體來實現(xiàn)。隨著全球制定“碳達峰、碳中和”目標，將帶來更多綠色能源發(fā)電、綠色汽車、充電樁、儲能等需求，根據(jù)Yole預(yù)測，全球功率半導(dǎo)體器件市場有望從2020年175億美元增長至2026年的262億美元，年均復(fù)合增長率為6.9%。2、碳化硅:功率半導(dǎo)體皇冠上的明珠2.1、碳化硅物理特性優(yōu)異，替代硅基功率半導(dǎo)體趨勢明確碳化硅（SiC）是一種由硅（Si）和碳（C）構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體材料。在功率半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域被認為是一種超越Si的材料。SiC存在各種多型體（結(jié)晶多系），最適合于制造功率器件的是4H-SiC。SiC的帶隙是Si的3倍，寬帶隙減少了熱激發(fā)載流子的數(shù)量，導(dǎo)致自由電子減少，漏電流降低。此外，與傳統(tǒng)的Si器件相比，漏電流小，而且在更大的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定。SiC的擊穿場強比Si高10倍。功率電子開關(guān)最重要的功能之一是保持高電壓。由于擊穿場強高，SiC器件具有更薄的漂移層或更高的摻雜濃度。因此，與相同擊穿電壓的硅器件相比，具有更低的電阻，并直接使產(chǎn)生的功率損耗更低。SiC的飽和電子漂移速度是硅的2倍，這使得開關(guān)速度更快。更快的開關(guān)具有更低的開關(guān)損耗，可以在更高的脈寬調(diào)制(PWM)頻率下工作。在一些電源轉(zhuǎn)換拓撲結(jié)構(gòu)中，更高的PWM頻率允許使用更小、更輕和更便宜的無源元件，這些元件往往是系統(tǒng)中體積較大和較昂貴的部分。SiC的導(dǎo)熱性比硅高近3倍，功率損耗產(chǎn)生的熱量可以以較小的溫度變化從SiC中傳導(dǎo)出去，實現(xiàn)更好的散熱，功率電子器件的散熱是系統(tǒng)設(shè)計的重要一環(huán)。SiC器件的芯片面積更小，產(chǎn)生的柵極電荷和電容也更小，可以實現(xiàn)更高的開關(guān)速度，降低開關(guān)損耗。Si材料中越是高耐壓器件，單位面積的導(dǎo)通電阻也越大，因此600V以上的電壓中主要采用IGBT。IGBT通過電導(dǎo)率調(diào)制，向漂移層內(nèi)注入作為少數(shù)載流子的空穴，因此導(dǎo)通電阻比MOSFET還要小，但是同時由于少數(shù)載流子的積聚，在關(guān)斷時會產(chǎn)生尾電流，從而造成極大的開關(guān)損耗。使用SiCMOSFET模塊，可以大幅減小SiIGBT的拖尾電流和FRD的反向恢復(fù)電流所產(chǎn)生的開關(guān)損耗，而且MOSFET原理上不產(chǎn)生尾電流，所以用SiCMOSFET替代SiIGBT時，能夠明顯地減少開關(guān)損耗，改善電源效率并且簡化散熱系統(tǒng)，實現(xiàn)散熱部件的小型化。另外，SiCMOSFET能夠在IGBT不能工作的高頻條件下驅(qū)動，通過工作頻率的高頻化從而也可以實現(xiàn)外圍被動器件的小型化。SiC適合高功率和高頻率應(yīng)用場景，如儲能、風(fēng)電、光伏、軌道交通、新能源汽車等行業(yè)。以新能源汽車應(yīng)用場景為例，目前市售電動車所搭載的功率半導(dǎo)體多數(shù)為硅基器件，采用SiIGBT技術(shù)的功率模塊仍在電動汽車應(yīng)用中占主導(dǎo)地位。然而，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，硅基功率器件正在接近材料極限，要進一步提高其功率密度非常困難。由于電動車電壓平臺正在從400V向800V以上的高電壓發(fā)展，相較于SiIGBT，SiCMOSFET憑借“耐高壓”、“耐高溫”、和“高頻”特點，在高壓系統(tǒng)中有望快速替代SiIGBT，從而大幅提高汽車性能并優(yōu)化整車架構(gòu)，使新能源汽車具有更低的成本、更長的續(xù)航里程、更緊湊的空間設(shè)計以及更高的功率密度。將碳化硅（SiC）器件應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的提議最早誕生于60年代，然而，由于SiC襯底在制造方面存在一些困難，遲滯了SiC功率器件的發(fā)展。阻礙其大規(guī)模應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)是成本問題，包括高品質(zhì)材料的有限性、晶圓的制造成本、更大直徑晶圓的制造問題、缺陷密度以及產(chǎn)量。但隨著技術(shù)迭代和SiC襯底和晶圓良率提升，2018年Tesla率先在其革命性的純電動汽車Model3主驅(qū)中使用了由ST供應(yīng)的SiCMOSFET芯片，每兩顆芯片封裝為1個T-PAK小模塊，并將24個小模塊并聯(lián)以提升逆變器功率，由此拉開了SiC大規(guī)模量產(chǎn)使用的序幕。盡管單個碳化硅功率器件比硅器件更昂貴（約為硅器件2-3倍），但使用碳化硅器件能夠節(jié)省系統(tǒng)成本，因為需要更少的組件、更小的無源組件尺寸、更小的冷卻系統(tǒng)、相同里程范圍內(nèi)的更小的電池容量以及更少的設(shè)計開發(fā)工作量。2.2、需求側(cè)：新能源汽車方興未艾，驅(qū)動SiC需求快速增長根據(jù)乘聯(lián)會數(shù)據(jù)，2022年6月中國新能源乘用車零售銷量53.1萬輛，同比增長130.6%，當(dāng)月滲透率27.3%；2022H1累計零售銷量224.7萬輛，同比增長122.4%,滲透率24.3%。相較于2021年全年滲透率14.8%，增長近10%，已經(jīng)提前實現(xiàn)

2020-2035新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中2025年新能源汽車滲透率達到20%的愿景。中國新能源乘用車需求已完成了由政策引導(dǎo)向市場驅(qū)動的轉(zhuǎn)變，隨著原油價格高企、動力電池材料成本下降和汽車“缺芯”問題緩解，新能源汽車滲透率有望進一步加速。根據(jù)波士頓咨詢預(yù)測，在2030年之前全球純電動汽車的銷量將超過所有混合動力類型的汽車之和，全球電動車滲透率將達到44%，而中國電動車滲透率在2030年將達到57%。新能源汽車行業(yè)方興未艾，推動了SiC產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展。受益于新能源汽車、光伏、軌道交通等下游景氣應(yīng)用驅(qū)動，全球碳化硅功率器件市場規(guī)模不斷擴大，根據(jù)Yole預(yù)測，2021-2027年全球碳化硅功率器件市場規(guī)模有望從10.90億美元增長到62.97億美元，保持年均34%的復(fù)合增速。其中，車規(guī)級市場是碳化硅最主要的應(yīng)用場景，市場空間有望從2021年6.85億美元增長至2027年49.86億美元，CAGR為39.2%，超過了整個SiC功率器件市場增速；車規(guī)級SiC器件占整個SiC器件市場的比例有望從2021年62.84%提升至2027年79.18%。車規(guī)級應(yīng)用占據(jù)近80%SiC市場規(guī)模，是因為相對于工業(yè)級市場和消費級市場，車規(guī)級市場對于SiC器件成本更不敏感，通過使用SiC器件節(jié)省的系統(tǒng)成本（減少電池成本、被動元器件等）會超過使用SiC器件增加的成本。2.3、供給側(cè)：海外SiC龍頭競爭優(yōu)勢明顯，國內(nèi)企業(yè)加速追趕2.3.1、SiC產(chǎn)業(yè)鏈與競爭格局：國際IDM廠商主導(dǎo)，國內(nèi)新勢力成長迅速SiC產(chǎn)業(yè)鏈具有典型的半導(dǎo)體特征，主要包括了上游材料（襯底+外延）、中游器件設(shè)計和晶圓制造、下游模塊封裝和應(yīng)用等環(huán)節(jié)。根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研測算，襯底、外延、晶圓制造和模塊封裝各環(huán)節(jié)的價值量依次為40%、15%、30%、15%。上游襯底和外延材料環(huán)節(jié)：根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，2021年僅Wolfspeed和II-VI兩家美國廠商就占據(jù)全球70%以上的襯底份額，而包括ST、Rohm、Soitec在內(nèi)的國際領(lǐng)先供應(yīng)商均規(guī)劃從6寸襯底向8寸襯底升級。根據(jù)天岳先進公告，其位于上海臨港的SiC襯底項目現(xiàn)已封頂，達產(chǎn)后將新增6英寸導(dǎo)電型SiC襯底產(chǎn)能約30萬片/年，預(yù)計2022Q3實現(xiàn)首批量產(chǎn)。晶圓制造環(huán)節(jié)：高溫離子注入、退火和減薄等工藝存在一定技術(shù)門檻和knowhow。德國X-FAB和中國臺灣漢磊是全球主要的晶圓代工廠，國內(nèi)派恩杰是X-FAB的客戶，而愛仕特、瀚薪科技等設(shè)計公司選擇在中國臺灣漢磊流片。根據(jù)集邦資訊（Trendforce）預(yù)測，2025年全球車規(guī)級6寸SiC晶圓需求為169萬片。根據(jù)泰科天潤、積塔、中車、BYD半導(dǎo)體、芯粵能半導(dǎo)體官方數(shù)據(jù)，上述企業(yè)均有規(guī)劃6寸SiC晶圓制造產(chǎn)能，預(yù)計到2025年僅前述5家企業(yè)的產(chǎn)能就可以達到每年60萬片以上。而富士康通過收購進入SiC晶圓制造行業(yè)，預(yù)計2024年年產(chǎn)18萬片6寸SiC晶圓。模塊制造和系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)節(jié)：主驅(qū)模塊現(xiàn)階段主要有三種技術(shù)路徑，即InfineonHPD三相全橋方案、STT-PAK小模塊并聯(lián)方案以及半橋模塊方案。由于SiC的主要應(yīng)用市場為車規(guī)級，該產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的代表企業(yè)除了賽米控-丹佛斯、斯達半導(dǎo)、比亞迪半導(dǎo)體等主流功率半導(dǎo)體企業(yè)外，還有較多國際Tier1企業(yè)，包括采埃孚、緯湃（大陸）、博格華納（德爾福）、匯川技術(shù)等。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2021年全球前5大SiC功率器件供應(yīng)商全部為IDM垂直一體化企業(yè)，并且在SiC全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均有布局。STMicroelectronics是全球領(lǐng)先的SiC芯片供應(yīng)商，擁有全球最大SiC晶圓制造產(chǎn)能，生產(chǎn)的T-PAK小模塊已在特斯拉

Model3中使用多年，ST同時也是BYD的SiC芯片供應(yīng)商，其收購的瑞典Nostel工廠在2021年發(fā)布了的8英寸SiC襯底的樣片。Infineon在IGBT市場具有不可撼動的優(yōu)勢，HPDIGBT主驅(qū)模塊全球銷量已超過200萬塊。其開發(fā)的800VSiC主驅(qū)模塊可以沿用HPD的外形結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)最小成本的器件替代，已搭載現(xiàn)代Ioniq5車型，2021年銷量超過5萬臺以上。Onsemi在2021年通過收購SiC襯底供應(yīng)商GTAdvancedTechnologies，也打通了從襯底到模塊的全產(chǎn)業(yè)鏈。2022年，onsemi還成為了Tesla繼ST后的第二家SiC芯片供應(yīng)商，同時也是蔚來

ET7和ET5的SiC模塊供應(yīng)商。Wolfspeed6寸SiC襯底產(chǎn)能占到全球60%以上份額，在2022年4月其8英寸晶圓廠已正式啟動量產(chǎn)，是目前全球唯一的8英寸碳化硅襯底工廠，Wolfspeed封裝的SiC模塊已獲得Lucidair車型的主驅(qū)定點。ROHM在2012年收購SiCrystal，同樣具備了襯底產(chǎn)能，成為全產(chǎn)業(yè)鏈參與者，目前是全球第5大SiC企業(yè)，ROHM制造的SiC芯片獲得了Lucidair車型的OBC訂單。此外，Bosch作為全球主要的汽車電子Tier1，同樣布局了SiC晶圓制造，其芯片在2021年已經(jīng)通過了車規(guī)級認證，是BYD和芯聚能的SiC芯片供應(yīng)商之一，在下游模塊封裝和應(yīng)用方面，Bosch已投資深圳基本半導(dǎo)體，并且是聯(lián)合電子的股東，有較大可能會占據(jù)全球SiC行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。2.3.2、SiC商業(yè)模式：IDM模式或優(yōu)于Fabless近年來，垂直分工經(jīng)營模式在數(shù)字邏輯集成電路領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展。但對于工藝特色化、定制化要求較高的半導(dǎo)體產(chǎn)品如功率半導(dǎo)體、模擬器件等而言，其研發(fā)及生產(chǎn)是一項綜合性的技術(shù)活動，涉及到產(chǎn)品設(shè)計與工藝研發(fā)等多個環(huán)節(jié)相結(jié)合，IDM模式在研發(fā)與生產(chǎn)的綜合環(huán)節(jié)長期的積累會更為深厚，有利于技術(shù)的積淀和產(chǎn)品群的形成，從而有助于形成更強的市場競爭力。另外，IDM企業(yè)具有資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢，在IDM企業(yè)內(nèi)部，從芯片設(shè)計到制造所需的時間較短，從而加快了新產(chǎn)品面世的時間，同時也可以根據(jù)客戶需求進行高效的特色工藝定制。功率半導(dǎo)體領(lǐng)域由于對設(shè)計與制造環(huán)節(jié)結(jié)合的要求更高，采取IDM模式更有利于設(shè)計和制造工藝的積累，推出新產(chǎn)品速度也會更快，從而在市場上可以獲得更強的競爭力。車規(guī)級功率半導(dǎo)體面臨著復(fù)雜的使用環(huán)境和應(yīng)用工況，主驅(qū)逆變器長期處于高震動、高濕度、高溫度的工作環(huán)境，應(yīng)用工況復(fù)雜多變，對功率器件的安全性、可靠性、處理能力、使用壽命和裝配體積重量要求極高，主機廠對車規(guī)級半導(dǎo)體的要求通常是零失效，同時也要降低自身能量消耗，以提高整車性能。車規(guī)級功率半導(dǎo)體采用IDM模式生產(chǎn)，能夠?qū)⒃O(shè)計與制造工藝、封裝工藝與系統(tǒng)級應(yīng)用更緊密的結(jié)合，形成技術(shù)閉環(huán)，提升產(chǎn)品性能及可靠性。此外，功率半導(dǎo)體定制化需求較高，不同應(yīng)用對功率、頻率和尺寸有不同的要求，需要針對不同客戶開發(fā)不同的定制化產(chǎn)品。對IDM企業(yè)而言，產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)工藝的開發(fā)是同步的，設(shè)計部門與制造部門的有效協(xié)調(diào)，可以快速實現(xiàn)技術(shù)突破和創(chuàng)新，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，也有利于公司積累制造經(jīng)驗，形成技術(shù)壁壘。2.3.3、國內(nèi)主機廠深度參與SiC產(chǎn)業(yè)鏈布局，加快國產(chǎn)替代進程據(jù)CASAResearch統(tǒng)計，截至2021年12月31日，已通過交易所互動平臺或公告形式披露公司涉及第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)的A股公司共有73家，從上市公司募投項目看，上游材料是上市公司最為熱衷的環(huán)節(jié)，上市企業(yè)（含IPO過會）募資超過100億元集中于SiC材料環(huán)節(jié)，代表企業(yè)如晶盛機電、露笑科技、天岳先進、東尼電子等。而斯達半導(dǎo)、士蘭微等企業(yè)也通過二級市場定增，紛紛加碼碳化硅晶圓制造環(huán)節(jié)，向IDM模式轉(zhuǎn)型。第三代半導(dǎo)體同樣受風(fēng)險投資青睞，據(jù)CASAResearch統(tǒng)計，2021年有60家與第三代半導(dǎo)體有關(guān)的企業(yè)獲得了80筆風(fēng)險投資，其中43筆披露的總金額合計約139.76億元。2020年中國第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域融資14筆，披露的融資額約為15億元，芯聚能、瞻芯電子、瀚薪科技、天科合達、瀚天天成、泰科天潤、基本半導(dǎo)體、同光晶體等多家技術(shù)實力雄厚的企業(yè)獲得了寶貴的資金支持。在國際龍頭企業(yè)加強戰(zhàn)略合作、產(chǎn)能綁定，競爭日趨白熱化背景下，國內(nèi)企業(yè)在投資擴產(chǎn)、加快技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)的同時，更加注重上下游合作以完善產(chǎn)業(yè)鏈布局。國內(nèi)主機廠為提高供應(yīng)鏈的安全性，降低被“卡脖子”的風(fēng)險，紛紛戰(zhàn)略投資進入第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域，如吉利與芯聚能半導(dǎo)體合資成立了芯粵能，布局SiC芯片制造。長城汽車投資同光晶體，并通過孫公司蜂巢易創(chuàng)自建模塊制造產(chǎn)能。理想汽車與三安光電共同成立碳化硅芯片設(shè)計和封測企業(yè)。此外瞻芯電子獲得小鵬汽車

戰(zhàn)略融資，上汽集團、廣汽集團、小鵬汽車、寧德時代等車企參與了天岳先進的配售。包括斯達半導(dǎo)、比亞迪半導(dǎo)體、廣東芯聚能半導(dǎo)體、深圳基本半導(dǎo)體等國內(nèi)領(lǐng)先的IDM企業(yè)已啟動主驅(qū)模塊的量產(chǎn)或取得定點函。我們認為，車規(guī)級市場準入門檻較高,由于車規(guī)級半導(dǎo)體對可靠性、一致性、安全性、穩(wěn)定性和耐久性要求較高，進入主機廠供應(yīng)鏈一般需要通過質(zhì)量管理體系IATF16949認證、可靠性標準AEC-Q系列認證，并完成主機廠A樣、B樣、C樣，DV和PV驗證，直到SOP階段，通常需要18-24個月時間。由于整車廠復(fù)雜嚴苛的供應(yīng)商審核體系，零配件供應(yīng)商一旦進入整車配套體系與整車廠建立合作關(guān)系后不會輕易變更。因此，現(xiàn)階段已擁有主機廠戰(zhàn)略投資背書，或者獲得了主機廠相關(guān)SiC產(chǎn)品定點函的國內(nèi)IDM模式SiC企業(yè)，具有先發(fā)優(yōu)勢，有望在競爭中脫穎而出。3、車規(guī)級SiC功率器件:主驅(qū)、OBC、充電樁最佳應(yīng)用新能源汽車是SiC功率器件的主要應(yīng)用場景，在主驅(qū)逆變器、OBC、DC-DC以及直流充電樁模塊中，SiCMOSFET有望對SiIGBT加速替代。相比于SiIGBT,SiCMOSFET為主逆變器應(yīng)用帶來了更高的逆變器效率、更小的系統(tǒng)尺寸、更低的系統(tǒng)成本和更長的行駛里程。車載充電器和DC-DC轉(zhuǎn)換器都是電源應(yīng)用，碳化硅為它們提供更高的開關(guān)頻率FSW、更高的效率、雙向操作、更小的無源元件、更小的系統(tǒng)尺寸和更低的系統(tǒng)成本。根據(jù)市場調(diào)研數(shù)據(jù)，SiC主驅(qū)逆變器模塊、車載充電器（OBC）、DC-DC轉(zhuǎn)換器的單車價值量分別為4000-5000元，1500-2000元，800-1000元，對應(yīng)功率分別為150-250KW,6.6-22KW,2.5-3KW。而集成了車載充電機（OBC）和DC/DC變換器的車載電源二合一產(chǎn)品單車價值量約為2000-2500元。由于DC-DC轉(zhuǎn)換器與OBC集成化的趨勢明顯，且DC-DC轉(zhuǎn)換器功率較小，需要用到的SiC芯片量遠小于主驅(qū)和OBC,因此本報告將不再對DC-DC轉(zhuǎn)換器單獨進行討論。3.1、SiCMOSFET助力800V高壓超充加速滲透主機廠通過應(yīng)用更高功率密度的1200VSiCMOSFET模塊，可以充分發(fā)揮800V高壓平臺和350KW直流超充樁的優(yōu)勢,大幅提高動力系統(tǒng)效率并加速大功率超充的普及，解決新能源車主“里程焦慮”和“充電焦慮”的問題。根據(jù)電功公式W=U*I*t，在新能源汽車電池包容量W不變的前提下，如果想縮短充電時間t，可以選擇提高電壓U或者提高電流I。當(dāng)前主流的快充方案，主要有兩類：一類是Tesla代表的提升電流方案，在使用250KW的Tesla超充樁時，在400V平臺下最大電流可達到600A以上，實現(xiàn)充電5分鐘行駛120km。但根據(jù)焦耳定律，提高電流的同時也會加大整車散熱需求，提高熱管理成本和難度。另一類以保時捷Taycan為代表的提高電壓方案（400V平臺升級為800V平臺）。保時捷Taycan是全球首款量產(chǎn)800V車型，發(fā)布于2018年，采用了Hitachi800V主驅(qū)逆變器IGBT模塊，當(dāng)使用350KW的超級充電樁時，可在15分鐘內(nèi)將電量充至80%，充電4分鐘可以補充100km續(xù)航。相比于提升電流，高電壓帶來較低的電流，從而減少了線纜中的功率損耗以及電池過熱問題，能更好地保持功率。它還能減輕重量，因為減小的線纜尺寸僅需更少的銅，從而減少了所需的空間和重量。較小的線纜尺寸也有助于降低由昂貴的銅線纜和連接器帶來的成本。800V高壓方案也是各大主機廠的主流選擇。目前業(yè)界已有至少10家車企（大眾PPE平臺、奔馳EVA、現(xiàn)代E-GMP、通用奧特能、小鵬、比亞迪

e3.0平臺、東風(fēng)嵐圖、吉利SEA浩瀚平臺、廣汽埃安、理想等）宣傳布局800V高壓平臺，從量產(chǎn)時間來看，各大車企基于800V系統(tǒng)的新車將于2022-2023年陸續(xù)上市。其中小鵬G9是國內(nèi)首款采用800V高壓SiC平臺的量產(chǎn)車型，將于2022年9月正式上市。小鵬還將鋪設(shè)中國首個量產(chǎn)480kW高壓超充樁，未來實現(xiàn)超充5分鐘，補能超過200KM的能力，從而讓800V高壓SiC平臺的補能效率充分釋放。根據(jù)IDTechEX數(shù)據(jù)，當(dāng)電池容量為60kWh時，使用22kW交流樁充滿電量需要2.5小時以上；而使用120kW/250kW/350kW直流樁時，充電時間將分別減少2小時/2小時15分鐘/2小時19分鐘以上。800V高壓平臺下350kW直流樁充電時間僅為400V平臺下22kW交流樁的7%。3.2、車規(guī)級SiC功率器件:主驅(qū)、OBC、充電樁的殺手級應(yīng)用3.2.1、SiCMOSFET在主驅(qū)逆變器中的應(yīng)用：降低損耗和系統(tǒng)成本主驅(qū)逆變器將電池中的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電輸送至電機，是電動汽車的心臟，決定了駕駛行為和車輛的能源效率，也是SiC功率器件用量最大、價值最高的部分。碳化硅應(yīng)用為主驅(qū)逆變器帶來了更高的逆變器效率、更小的系統(tǒng)尺寸、更低的系統(tǒng)成本和更長的行駛里程。根據(jù)Infineon與Daimler在2018年的測試數(shù)據(jù)，在相同的行駛條件和行駛里程情況下：在配備了1200VSICMOSFET的400V系統(tǒng)中，逆變器的能耗降低了63%，從而在WLTP工況條件下節(jié)能6.9%；在配備了1200VSICMOSFET的800V系統(tǒng)中，逆變器能耗降低69%，整車能耗降低7.6%。碳化硅對車輛能耗的降低仍被低估，因為沒有考慮電池系統(tǒng)重量減輕的影響。在系統(tǒng)成本方面，盡管SiCMOSFET逆變器是等效SiIGBT價格的2-3倍，然而，由于使用SiC后整車功耗降低，車輛系統(tǒng)效率提高，因此需要更少的電池容量。電池節(jié)省的成本超過了碳化硅逆變器增加的成本，采用800V高壓SiC平臺的系統(tǒng)成本比400VSiIGBT平臺節(jié)省高達6%。目前已發(fā)布或量產(chǎn)搭載SiC主驅(qū)模塊的車型，大約在18-24個月之前就已經(jīng)啟動了設(shè)計和研發(fā)。過去一年宣布應(yīng)用SiC主驅(qū)模塊的規(guī)劃車型，量產(chǎn)交付還需要12-18個月以上，因此SiC主驅(qū)大規(guī)模上車使用（800V平臺）會在2023年之后。根據(jù)IDTechEX預(yù)測，全球新能源汽車SiC主驅(qū)滲透率將在2025年達到約40%，2030年達到50%，與SiIGBT持平。跟據(jù)CASAResearch調(diào)研數(shù)據(jù)，續(xù)航里程500km以上車型的電機控制器SiC滲透率到2023年將達到100%；續(xù)航里程400km-500km新能源汽車車型電機控制器將在2023年左右開始使用SiC功率半導(dǎo)體，整體滲透率在40%左右；續(xù)航里程400km以下車型電機控制器將在2025年以后使用SiC功率半導(dǎo)體，整體滲透率小于10%。而OBC/DCDC的市場滲透進度要遠遠高于電控。3.2.2、SiCMOSFET在OBC中的應(yīng)用：系統(tǒng)成本降低約20%車載充電機（OBC）是將交流充電樁輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸送到動力電池包中，充電功率范圍從3.3kW至22KW，可支持雙向流動；DC-DC轉(zhuǎn)換器可以將電池中的800V（400V）高壓轉(zhuǎn)換為12V低壓，輸送至低壓系統(tǒng)中，功率約為3KW。應(yīng)用碳化硅獲得更快的開關(guān)頻率FSW、更高的效率、雙向操作、更小的無源元件、更小的系統(tǒng)尺寸和更低的系統(tǒng)成本。在全系統(tǒng)采用Si與采用SiC的22kW雙向OBC比較中，使用全SiC的系統(tǒng)損耗減少了42%，功率密度增加了51%，Si系統(tǒng)需要使用24個IGBT單管，而SiC系統(tǒng)只需要使用16個SiCMOSFET單管，功率器件和柵極驅(qū)動的數(shù)量都減少30%以上，開關(guān)頻率提高一倍以上。這降低了功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的組件尺寸、重量和成本，SiC系統(tǒng)成本比Si系統(tǒng)成本低近20%。3.2.3、SiCMOSFET在直流充樁中的應(yīng)用：高壓超充的必然選擇直流快速充電機繞過安裝在電動汽車上的車載充電機（OBC），直接為電池組提供快速直流充電。直流快速充電機由一級AC-DC和一級DC-DC組成。充電樁功率覆蓋50KW-350KW，內(nèi)部充電模塊從15KW-60KW不等。整車電壓平臺由400V向800V升級，以及充電樁模塊可擴展化，共同推動了超級充電樁的發(fā)展。車載充電機和充電樁都包含了兩個主要模塊：用于AC/DC轉(zhuǎn)換的主動式前端(AFE)，以及DC/DC轉(zhuǎn)換器。AFE從電網(wǎng)獲取單相或三相電力，然后輸出到直流母線，再通過DC/DC模塊將其轉(zhuǎn)換為電動汽車電池快速充電所需的電壓。直流充電樁通常采用15-50kW的AC-DC和DC-DC電源模塊，并根據(jù)充電位置和車輛類型進行擴展，以滿足更高或更低的功率需求。通過模塊的并聯(lián)堆疊組合可實現(xiàn)150kW快充樁以及350kW超充樁的功率需求。以25kW充電樁模塊為例，需要并聯(lián)6個模塊實現(xiàn)150kW充電樁功率，而250kW的充電樁需要并聯(lián)10個25kW功率模塊。350kW功率的超充樁，則可以使用6個60kW模塊并聯(lián)，由于60kW模塊采用更高電壓器件、更先進的封裝和拓撲結(jié)構(gòu)，可以有效減少芯片數(shù)量并降低系統(tǒng)成本。根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，25kW功率的充電樁模塊，大約需用到16-20個1200VSiCMOSFET單管。根據(jù)Yole預(yù)測，用于直流充電器的功率電子設(shè)備總市場價值2025年將增長至2.25億美元，2026年將增長至3.47億美元。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，預(yù)計到2027年，SiC車規(guī)級市場規(guī)模有望達到49.8億美元，其中主驅(qū)逆變器市場規(guī)模約為44.1億美元，約占據(jù)整個車規(guī)級市場88.6%份額。國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈參與者有望充分受益于國內(nèi)自主品牌車企與造車新勢力崛起帶來的新能源汽車供應(yīng)鏈國產(chǎn)替代紅利，在高壓超充時代獲得更高市場份額。4、投資分析及重點企業(yè)分析4.1、投資分析我們認為，憑借“耐高壓”、“耐高溫”和“高頻”等優(yōu)越的物理特性，SiCMOSFET有望在新能源汽車800V高壓超充時代快速替代SiIGBT，在主驅(qū)逆變器、充電樁、OBC等應(yīng)用場景中加速滲透，隨著各主機廠800V高壓平臺車型的陸續(xù)量產(chǎn)，SiC行業(yè)需求有望快速增長。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)測算，車規(guī)級SiC功率器件市場空間有望從2021年6.85億美元增長至2027年49.8億美元，CAGR為39.2%，超過了整個SiC功率器件市場增速。盡管海外廠商起步較早且處于領(lǐng)先位置，然而，由于新能源汽車電動化進程加快以及國內(nèi)自主品牌車企與造車新勢力加強供應(yīng)鏈自主可控的要求，車規(guī)級功率器件的進口替代趨勢正在形成，國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈多家企業(yè)已經(jīng)在主驅(qū)、OBC、DC-DC等車規(guī)級應(yīng)用領(lǐng)域得到主機廠提供的產(chǎn)品驗證機會，并順利取得定點函，進入量產(chǎn)階段，成功導(dǎo)入主機廠供應(yīng)鏈。隨著研發(fā)和產(chǎn)品迭代，know-how和量產(chǎn)經(jīng)驗積累，國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)有望進一步縮小與海外廠商差距，占據(jù)更高的市場份額。4.2、重點企業(yè)分析4.2.1、天岳先進：全球半絕緣襯底龍頭，IPO發(fā)力車規(guī)級碳化硅襯底制造公司2021年12月登陸上交所科創(chuàng)板，募集資金20億人民幣，是國內(nèi)碳化硅第一股。公司募投項目—上海天岳碳化硅半導(dǎo)體材料項目2022年三季度實現(xiàn)一期項目投產(chǎn)，正式向SiC車規(guī)級導(dǎo)電型襯底領(lǐng)域進軍。6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底產(chǎn)品，新簽長單銷售合同，未來3年（2023-2025年）在手訂單金額為人民幣13.93億元，超過過去三年（2019-2021年）營業(yè)收入總和11.87億，彰顯公司導(dǎo)電型襯底優(yōu)異產(chǎn)品力和業(yè)務(wù)高成長性。公司在2020年啟動了8英寸襯底的研發(fā)，憑借強大的研發(fā)實力和自主創(chuàng)新能力，吸引了重磅產(chǎn)業(yè)投資者華為哈勃投資戰(zhàn)略入股，以及上汽、廣汽、小鵬、寧德時代、中國建材等潛在的主機廠、Tier1客戶和供應(yīng)商參與戰(zhàn)略配售，隨著上海臨港

30萬片6寸導(dǎo)電型襯底募投項目順利推進，后續(xù)有望進一步加快推進與戰(zhàn)略投資者的合作。2026年臨港工廠達產(chǎn)后，我們預(yù)計30萬片6寸襯底產(chǎn)能可滿足超過200萬輛以上新能源乘用車需求。在新能源汽車全球加速滲透和SiC襯底國產(chǎn)替代背景下，天岳先進具有顯著的先發(fā)優(yōu)勢。4.2.2、斯達半導(dǎo)：自建Foundry轉(zhuǎn)型IDM，開啟SiC新增長曲線公司2021年公司實現(xiàn)營收17.1億元，同比增長77.2%；歸母凈利潤4.0億元，同比增長120.5%；毛利率36.7%，凈利率23.4%。2017-2021年，營業(yè)收入和凈利潤CAGR分別為31.2%和49.9%，凈利潤增速超過營業(yè)收入增速；毛利率穩(wěn)步提高，從30.6%上升到36.7%，5年平均ROE穩(wěn)定在20%以上。公司車規(guī)級SiC模塊已獲得國內(nèi)外多家著名車企和Tier1客戶的項目定點，涵蓋乘用車和商用車車型。2020年宇通客車已搭載采用Wolfspeed（Cree）SiCMOSFET芯片并由斯達半導(dǎo)封裝制造的800V高壓逆變器模塊；2021年新增多個使用全SiCMOSFET模塊的800V系統(tǒng)的主電機控制器定點；2022年上半年，車規(guī)級SiC模塊在新能源汽車行業(yè)已開始大批量裝車應(yīng)用。公司2021年投資5億元，新建年產(chǎn)6萬片6寸SiC芯片產(chǎn)線,項目目前已完成基建封頂，預(yù)計2024年底投產(chǎn)。在滿產(chǎn)狀態(tài)下，6萬片晶圓產(chǎn)能可配套約42萬個主驅(qū)模塊，對應(yīng)15億以上收入，預(yù)計可滿足30-40萬輛新能源汽車需求（存在雙電機以上車型）。目前已發(fā)布的自主品牌新能源汽車搭載的SiC主驅(qū)逆變器仍然在使用海外國際大廠的SiC芯片，國內(nèi)Fabless或Foundry暫時還未量產(chǎn)應(yīng)用于主驅(qū)逆變器模塊的SiCMOSFET芯片。公司通過新建SiC晶圓項目，有望打破國外企業(yè)壟斷SiCMOSFET主驅(qū)芯片的現(xiàn)狀，開啟國產(chǎn)替代新局面；此外，通過與模塊封裝產(chǎn)能協(xié)同，公司將豐富自身產(chǎn)品線，提高車規(guī)級SiC模塊的產(chǎn)品競爭力以及供貨保障能力，鞏固并提高公司的市場地位和綜合競爭力。公司新建IDM模式的SiC晶圓制造與封測產(chǎn)線，有望再造一個斯達半導(dǎo)，提升長期增長空間。4.2.3、英博爾：電驅(qū)動龍頭前瞻布局800VSiC電控，定增打開高速成長空間公司成立于2005年，2017年登陸創(chuàng)業(yè)板，創(chuàng)始人姜桂賓先生及聯(lián)合創(chuàng)始人李紅雨先生博士均畢業(yè)于西安交大電氣工程專業(yè)，分別擁有20年和15年新能源驅(qū)動系統(tǒng)、電源系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗。公司團隊積累了眾多前華為、艾默生等企業(yè)的行業(yè)專家和高端人才，擁有豐富的新能源汽車核心零部件開發(fā)經(jīng)驗。公司是國內(nèi)少數(shù)具備新能源汽車動力系統(tǒng)自主研發(fā)、全工藝生產(chǎn)能力的領(lǐng)先企業(yè)，可以為車企提供包括驅(qū)動總成、電源總成以及驅(qū)動電機、電機控制器、充電機等動力域核心模塊產(chǎn)品。單車配套產(chǎn)品價值量根據(jù)其功率及應(yīng)用場景的不同，價格在5000元-8000元不等，隨著公司從A00級市場向A級車和B級車市場拓展，單車價值量也在有效提升。公司大力推進電子元器件的國產(chǎn)替代進程，及時和車企溝通調(diào)整產(chǎn)品技術(shù)方案,市場拓展順利。驅(qū)動三合一、電源三合一、電機產(chǎn)品已配套吉利、長安、長城、威馬、合眾、小鵬等主機廠，涵蓋A級車和B級車。電源三合一產(chǎn)品收到越南VINFAST汽車定點，800V高壓電源項目預(yù)計2022年取得國內(nèi)自主品牌車企定點。公司前瞻性布局了SiC相關(guān)技術(shù)，采用單管并聯(lián)技術(shù)方案的SiC電機控制器已向美國福特、一汽紅旗、一汽大眾送樣，聯(lián)合開發(fā)推進順利。新能源汽車動力系統(tǒng)核心零部件呈現(xiàn)集成化、輕量化、智能化的發(fā)展趨勢，分立式零部件逐漸往總成類方向發(fā)展，在電機控制器向高壓大功率發(fā)展的技術(shù)迭代過程中，公司具有明顯的先發(fā)優(yōu)勢。公司目前已開發(fā)出第三代“集成芯”總成產(chǎn)品，功率160kW，功率密度達到160kW/L，融合了驅(qū)動總成與電源總成，基于扁線電機、SiC800V高壓系統(tǒng)，運用單管并聯(lián)技術(shù)充分發(fā)揮SiC導(dǎo)通電阻小、開關(guān)速度快的特性，產(chǎn)品重量、體積、成本均低于目前市場同功率等級產(chǎn)品20%以上，實現(xiàn)了新能源汽