第三代半導體碳化硅行業(yè)深度研究報告（下篇）

第三代半導體碳化硅行業(yè)深度研究報告（下篇）四、全球碳化硅市場競爭格局4.1碳化硅成本以襯底為主，美、日、歐企業(yè)占據(jù)主導地位碳化硅器件成本以襯底制造為主，全球市場國外企業(yè)具備領(lǐng)先地位。碳化硅市場產(chǎn)業(yè)鏈主要分為晶圓襯底制造、外延片生產(chǎn)、碳化硅器件研發(fā)和裝備封裝測試四個部分，其中碳化硅襯底是產(chǎn)業(yè)鏈的核心區(qū)域，占據(jù)市場總成本的50%左右。此外，碳化硅外延片和器件制造分別占據(jù)產(chǎn)業(yè)成本的25%和20%，同樣是市場成本的主要貢獻者。封測分為封裝和測試兩個部分，是芯片和器件完成制造后進行性能試驗的重要環(huán)節(jié)，由于程序和設(shè)備依賴程度相對較低，整體占比僅為總成本的5%。實際上，由于具備晶體生長過程繁瑣，晶圓切割困難等特點，碳化硅襯底的制造成本一直處于高位。其次，碳化硅外延的質(zhì)量對器件性能影響較大，同時外延自身也受到襯底質(zhì)量的影響，其材料具有高品質(zhì)的需求，因而在產(chǎn)業(yè)鏈中具備較高的成本。外國企業(yè)占據(jù)市場主導地位，行業(yè)集中度高。全球碳化硅襯底市場目前仍以國外企業(yè)為主，2020年上半年科銳(WolfSpeed)、羅姆(ROHM)、II-VI、昭和電工、天科合達五家企業(yè)合計市場占比分別達到91%，市場高度集中。其中，WolfSpeed獨占45%的市場份額，是全球的龍頭企業(yè)，且國外企業(yè)合計占比超過85%，占據(jù)市場主導地位。目前，碳化硅市場以IDM為主要運作模式，WolfSpeed、ROHM和STM都是領(lǐng)先的IDM企業(yè)，后兩者均通過收購的方式成功進入碳化硅襯底和外延市場，II-VI則是傳統(tǒng)的襯底和外延片生產(chǎn)商。國內(nèi)企業(yè)中，山東天岳和天科合達都致力于襯底領(lǐng)域，瀚天天成、東莞天域則主要覆蓋外延片，華潤微、基本半導體等企業(yè)則集中進行期間生產(chǎn)。目前國內(nèi)暫未出現(xiàn)碳化硅的IDM企業(yè)，且整體份額占比較小，但受益于政策利好等因素，國產(chǎn)替代進程仍在不斷加快。2020年伴隨著電動汽車、5G基站、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，碳化硅市場也迎來了高度景氣。然而，2019年全球碳化硅市場規(guī)模約為5.4億美元，預計2025年將突破25億美元，相較于傳統(tǒng)硅半導體市場來說規(guī)模仍然較小。盡管行業(yè)目前集中度高，但領(lǐng)先企業(yè)仍將面臨來自其他公司的激烈威脅，其業(yè)績在中長期內(nèi)將有波動風險。國內(nèi)企業(yè)仍可抓住快速發(fā)展期，實現(xiàn)襯底和外延等技術(shù)更迭。4.2細分領(lǐng)域龍頭效應明顯，國產(chǎn)替代成效顯著4.2.1碳化硅襯底技術(shù)產(chǎn)生更迭，國內(nèi)企業(yè)逐步推進國產(chǎn)替代國外龍頭已突破8英寸節(jié)點，國內(nèi)企業(yè)競爭劣勢明顯。2020年，碳化硅襯底的技術(shù)節(jié)點主要分布在4-6英寸，而國際主流企業(yè)WolfSpeed、II-VI和STM已經(jīng)實現(xiàn)了8英寸襯底樣品的研發(fā)，技術(shù)水平位居全球首位。目前，國內(nèi)外主流企業(yè)均已實現(xiàn)4-6英寸晶圓的規(guī)?；a(chǎn)，但國內(nèi)的8英寸晶圓仍處于研發(fā)階段。盡管國內(nèi)企業(yè)在4-6英寸襯底的技術(shù)實力可以與國際先進水平相媲美，但仍然存在較多的不利競爭因素。首先，碳化硅半導體屬于資金、人才和技術(shù)密集型行業(yè)，由于國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)起步較晚，整體來說仍然受到發(fā)展限制。其次，碳化硅企業(yè)需要大量的資本支出和技術(shù)投入，國內(nèi)企業(yè)的融資渠道較為單一，這較大地限制了公司的發(fā)展空間和競爭力。國內(nèi)外公司還在產(chǎn)能供給方面存在較大差異，國際一流廠商均已建立十分完善的2-6英寸碳化硅襯底工廠，國內(nèi)企業(yè)受到自身瓶頸限制，產(chǎn)能供應仍處于相對劣勢地位。國產(chǎn)替代進程加快，半絕緣型襯底進步顯著。目前，國內(nèi)企業(yè)在2-6英寸的半絕緣型和導電型碳化硅襯底領(lǐng)域均已實現(xiàn)部分國產(chǎn)替代，8英寸晶圓也在研制過程中。2020年，山東天岳在半絕緣型的碳化硅襯底市場中已占據(jù)30%的市場份額，與國際龍頭WolfSpeed和II-VI相比差距很小。實際上，該數(shù)值在2019年僅為18%，山東天岳在一年內(nèi)將市占率提高了12個百分點，進入行業(yè)第一梯隊。而在導電型碳化硅襯底市場，2018年WolfSpeed以62%的市占率位居全球首位，其次為II-VI和ROHM，三者合計占比達90%。天科合達和山東天岳的全球市占率合計不足5%，但隨著公司技術(shù)水平不斷提升以及產(chǎn)能釋放，預計兩者在導電型襯底領(lǐng)域的市占率將會進一步提升。盡管國外企業(yè)在兩類襯底市場均占據(jù)領(lǐng)先地位，但山東天岳已經(jīng)快速實現(xiàn)半絕緣型碳化硅襯底的進口替代，同時天科合達也在積極推進導電型襯底的技術(shù)研發(fā)，國產(chǎn)替代進程將持續(xù)突破。4.2.2碳化硅外延市場逐步實現(xiàn)國產(chǎn)替代，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能逐步提高國外企業(yè)技術(shù)領(lǐng)先，國產(chǎn)供給仍在提高。目前，碳化硅襯底具有兩類外延片：1）半絕緣型：該類襯底通常與GaN外延結(jié)合形成異質(zhì)晶圓，并主要用于生產(chǎn)微波射頻器件；2）導電型：該類型襯底與SiC外延結(jié)合產(chǎn)生同質(zhì)晶圓，主要用于新能源汽車等領(lǐng)域的功率器件生產(chǎn)。WolfSpeed、ROHM、II-VI和STM均覆蓋了SiC外延的生產(chǎn)業(yè)務，基本可以實現(xiàn)在6英寸襯底上進行外延生產(chǎn)，并且可以實現(xiàn)250微米及以上的厚層生長。此外，國外企業(yè)在小于12微米和大于30微米的外延片均具有良好的成品率和質(zhì)量控制，國內(nèi)企業(yè)則存在質(zhì)量不穩(wěn)和缺陷密度高的問題。瀚天天成和東莞天域均已完成了3-6英寸碳化硅外延的研發(fā)和生產(chǎn)，并為全球提供N型和P-型外延摻雜材料。此外，中電科十三所、五十五所等也擁有碳化硅襯底的供應部門。國內(nèi)企業(yè)瀚天天成已實現(xiàn)3-6英寸的外延供給，同時還可生產(chǎn)用于600-1700V的碳化硅功率器件的外延片。目前，公司一期產(chǎn)能約為6萬片每年，在純碳化硅外延生產(chǎn)商中其產(chǎn)能位居全球前列。同時，公司將建設(shè)10條6英寸的碳化硅外延生產(chǎn)線，預期產(chǎn)能將提高至40萬片每年，以滿足日益增長的訂單需求。東莞天域目前也是全球碳化硅外延片的主要生產(chǎn)商之一，早期已經(jīng)實現(xiàn)3和4英寸的外延片產(chǎn)業(yè)化供給，目前也可提供6英寸外延片和相關(guān)碳化硅功率器件產(chǎn)品。此外，中電科也從事4-6英寸的碳化硅外延生產(chǎn)，同時還提供N-型4HSiC襯底和高純4H-SiC襯底材料。目前，國內(nèi)外在碳化硅外延層面的技術(shù)差別相對較小，均可滿足3-6英寸的各類外延片生產(chǎn)，國內(nèi)企業(yè)的供給量也在逐年提升，逐步成為全球主要的供應商。4.2.3碳化硅器件市場發(fā)展迅速，國內(nèi)企業(yè)積極布局國外企業(yè)器件技術(shù)發(fā)展較快，新能源汽車為主要應用領(lǐng)域。2017年全球碳化硅器件市場主要由國外企業(yè)領(lǐng)導，WolfSpeed、ROHM、Infineon、STM市占率分別為26%、21%、16%和7%，合計占比為70%，市場集中度較高。目前，國外企業(yè)基本實現(xiàn)了MOSFET的完備研發(fā)和大批量銷售，碳化硅二極管和功率模塊等產(chǎn)品也早已實現(xiàn)大批量出貨。然而，國內(nèi)企業(yè)基本聚焦于二極管產(chǎn)品的生產(chǎn)，MOSFET仍處在積累階段。實際上，國內(nèi)企業(yè)泰科天潤目前以碳化硅肖特二極管為核心產(chǎn)品，可以提供600-3300V的功率器件，主要用于新能源汽車、軌道交通等領(lǐng)域?；景雽w集中研發(fā)SiC功率器件，主要產(chǎn)品包括二極管和MOSFET模塊等，廣泛用于能源發(fā)電、新能源汽車等領(lǐng)域。華潤微已實現(xiàn)第四代650V的SiCJBS產(chǎn)品研發(fā)，綜合技術(shù)質(zhì)量已達世界先進水平，同時其1200V的SiCMOSFET也已完成樣品制造，預計將在未來兩年內(nèi)進行規(guī)模生產(chǎn)。斯達半導體新增多個使用全SiCMOSFET模塊的800V系統(tǒng)的主電機控制器項目定點，將對公司2023年-2029年SiC模塊銷售增長提供持續(xù)推動力。士蘭微同時也加快SiCMOSFET功率器件的研發(fā)，推出自產(chǎn)芯片的車用SiC功率模塊。目前，全球碳化硅功率器件主要應用于新能源汽車、電源、光伏等領(lǐng)域，三者占比分別為30%、22%和15%。世界龍頭企業(yè)已與特斯拉等著名電動車企形成合作，致力于碳化硅功率器件和模組的供應。同時，我國基本半導體也與特斯拉形成合作，進行碳化硅MOSFET模塊的研發(fā)。盡管我國在技術(shù)層面和器件出貨進度方面與國際領(lǐng)先企業(yè)仍有一定差距，但預計隨著未來產(chǎn)能釋放和技術(shù)進步，國內(nèi)外企業(yè)將逐步縮小差距。五、SiC產(chǎn)業(yè)鏈代表公司5.1、國外主要廠商5.1.1WolfSpeed科銳（WolfSpeed）成立于1987年，是一家開發(fā)制造半導體材料和設(shè)備的美國公司，也是全球碳化硅基半導體材料及器件龍頭。該公司主要基于碳化硅、氮化鎵和相關(guān)化合物生產(chǎn)半導體材料以及發(fā)光二極管、照明、電源盒射頻等半導體產(chǎn)品。WolfSpeed最初擁有四大業(yè)務部門：WolfSpeed、LED、照明業(yè)務和電源及射頻業(yè)務。由于LED和照明業(yè)務部門利潤下降，而專注于制造碳化硅材料的WolfSpeed的增長速度超越其他業(yè)務，因此公司先后出售了其他三大業(yè)務部門，現(xiàn)已完全轉(zhuǎn)型為以SiC和GaN為主的半導體企業(yè)。WolfSpeed部門目前主要生產(chǎn)SiC和GaN襯底及外延，并且將半導體材料廣發(fā)應用于電源、射頻、功率器件等領(lǐng)域的生產(chǎn)。2020年上半年WolfSpeed在碳化硅襯底市場的占有率為45%，在碳化硅器件市場占有率為26%，均位居首位。業(yè)務結(jié)構(gòu)重大調(diào)整，公司業(yè)績觸底。2021財年公司實現(xiàn)營業(yè)收入5.26億美元，同比下降41.85%，系公司出售其LED業(yè)務引起的大幅收窄。2012至2019年，隨著照明市場競爭日趨激烈，科銳照明業(yè)務的毛利率低于公司總體毛利率，且呈現(xiàn)逐年下降的趨勢。由于照明業(yè)務業(yè)績表現(xiàn)不佳，公司于2019年將該業(yè)務出售，同年年營收同比下降27.70%，該消極影響一直持續(xù)至2020財年。與此同時，公司于2020年同樣因毛利原因?qū)⑵銵ED業(yè)務出售，公司完全轉(zhuǎn)型為半導體材料和器件供應商。受益于其他業(yè)務的出售，科銳將有充足的資金持續(xù)投資研發(fā)半導體，并廣泛利用汽車、5G和工業(yè)領(lǐng)域等終端市場增強業(yè)績。預計隨著SiC和GaN市場的持續(xù)景氣，科銳有望以市占率第一的地位實現(xiàn)業(yè)績的觸底反彈，并且在中長期內(nèi)維持快速增長。此外，2015年起公司凈利潤由正轉(zhuǎn)負，2021財年報凈利潤為-5.24億美元，系主營業(yè)務毛利率表現(xiàn)不佳和后期相關(guān)業(yè)務出售所致。預計隨著高毛利的半導體業(yè)務持續(xù)增長和費用管控，公司的凈利潤有望在未來幾年內(nèi)扭轉(zhuǎn)為正。歐美成為公司銷售重心，業(yè)務結(jié)構(gòu)單一帶來風險波動。自2012年以來，科銳在中國大陸的銷售占比持續(xù)收窄，該情況于201