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作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，SiC具有大禁帶寬度、高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、高飽和漂移速度等優(yōu)良特性，目前已經(jīng)成為半導(dǎo)體領(lǐng)域最火熱、最具前景的材料之一。
供給側(cè)：受襯底良率及產(chǎn)能影響，在2025年之前供給整體偏緊
從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，碳化硅行業(yè)主要可分為襯底、外延和器件三個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)。
其中，襯底在產(chǎn)業(yè)鏈中價(jià)值量占比最高，接近50%。根據(jù)后續(xù)生長(zhǎng)外延層的不同，SiC襯底可以分為半絕緣型襯底（SiC襯底+GaN外延），主要應(yīng)用于5G通信、衛(wèi)星等高頻需求領(lǐng)域，以及導(dǎo)電型襯底（SiC襯底+SiC外延），主要應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電等高壓需求領(lǐng)域。
根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2020年半絕緣型SiC襯底市場(chǎng)規(guī)模為10.62億美元，預(yù)計(jì)2025年將增長(zhǎng)至28.39億美元，CAGR約21.7%。而導(dǎo)電型SiC襯底在2020年市場(chǎng)規(guī)模為7.31億美元，預(yù)計(jì)2025年將增長(zhǎng)至44.67億美元，CAGR約43.6%。從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，在全球半絕緣襯底材料領(lǐng)域，II-VI 、WolfSpeed、天岳先進(jìn)三家合計(jì)占比達(dá)到市場(chǎng)份額以達(dá)到98%以上。而在在導(dǎo)電型 SiC 市場(chǎng)，WolfSpeed一家獨(dú)大，市場(chǎng)份額超過(guò)了60%。
產(chǎn)能方面，因SiC襯底面臨長(zhǎng)晶速度慢、良率低等問(wèn)題，導(dǎo)致襯底制備成本過(guò)高，制約了行業(yè)規(guī)；l(fā)展，目前全球碳化硅產(chǎn)能約40-60萬(wàn)片（導(dǎo)電型）。盡管海內(nèi)外各大廠商均在大力擴(kuò)產(chǎn)，但2022年以后規(guī)劃的新產(chǎn)能最快于2024年開出，對(duì)中短期供給影響有限。此外，以目前各大廠商的產(chǎn)能規(guī)劃來(lái)看，假設(shè)所有產(chǎn)能如數(shù)開出，2025年全球有效產(chǎn)能將增長(zhǎng)至328萬(wàn)片（考慮良率后對(duì)應(yīng)最大有效供給僅202萬(wàn)片），即使這樣，整個(gè)行業(yè)在2025年之前供給仍然處于偏緊的局面。
除了襯底外，外延片也是碳化硅產(chǎn)業(yè)中非常重要性的一環(huán)，雖然在SiC晶圓中價(jià)值占比僅為23%，但由于外延的厚度及摻雜濃度等技術(shù)關(guān)乎碳化硅器件的最終性能，也受到越來(lái)越多廠商的重視。目前，市場(chǎng)上碳化硅外延片企業(yè)主要有 DowCorning、II-VI、Norstel、WolfSpeed、羅姆、三菱電機(jī)、Infineon 等；在大陸市場(chǎng)，瀚天天成（EpiWorld）和東莞天域半導(dǎo)體均可供應(yīng) 4-6 英寸外延片，中電科13所、55所亦有內(nèi)部供應(yīng)的外延片生產(chǎn)部門。
與Si相比，SiC半導(dǎo)體性能更為優(yōu)異，其禁帶寬度是硅的3倍，擊穿電壓是硅的8-10倍，導(dǎo)熱率是硅的3-5倍，電子飽和漂移速率是硅的2-3倍。SiC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，是制作高溫高頻、大功率高壓器件的理想材料之一。在SiC產(chǎn)品性能占據(jù)全面優(yōu)勢(shì)的背景下，以國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)功率大廠為主的各家企業(yè)均開始加速布局SiC器件產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)迎來(lái)群雄并起的市場(chǎng)格局。
從全球來(lái)看，根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2021年全球SiC功率器件市場(chǎng)份額由海外巨頭意法半導(dǎo)體、英飛凌、Wolfspeed、羅姆、安森美等廠商壟斷，全球TOP 5占據(jù)接近90%的市場(chǎng)份額。
國(guó)內(nèi)市場(chǎng)方面，從事碳化硅器件業(yè)務(wù)的企業(yè)主要有比亞迪半導(dǎo)體、斯達(dá)半導(dǎo)、時(shí)代電氣、華潤(rùn)微、三安光電、泰科天潤(rùn)等。雖然國(guó)外企業(yè)在技術(shù)、產(chǎn)能等方面具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，但SiC行業(yè)發(fā)展歷史相對(duì)較短，國(guó)內(nèi)外差距相對(duì)較小，在需求高漲的背景下，國(guó)內(nèi)企業(yè)有望加速實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。
需求測(cè): 碳化硅車型加速放量，2023H1累計(jì)銷量已經(jīng)突破120萬(wàn)輛
近年來(lái)，隨著碳化硅在新能源汽車、新能源發(fā)電、軌道交通、工業(yè)、消費(fèi)等領(lǐng)域滲透率的快速提升，其市場(chǎng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。
根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2021年全球碳化硅市場(chǎng)規(guī)模為10.90億美元，預(yù)計(jì)未來(lái)6年將保持34%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，到2027年其市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到62.97億美元。值得注意的是，目前碳化硅市場(chǎng)仍然以汽車應(yīng)用為主導(dǎo)，在2021以 6.85億美元的規(guī)模占整體市場(chǎng)的比例達(dá)63%。據(jù)其預(yù)測(cè)，汽車碳化硅市場(chǎng)未來(lái)將以39.2%的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2027年將達(dá)到49.86億美元。
碳化硅在電動(dòng)汽車領(lǐng)域主要用于主驅(qū)逆變器、車載充電系統(tǒng)(OBC)、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(車載DC/DC)和非車載充電樁。根據(jù)Wolfspeed公司的預(yù)測(cè)，到2026年汽車中逆變器所占據(jù)的碳化硅價(jià)值量約為83%，是電動(dòng)汽車中價(jià)值量最大的部分。其次為OBC，價(jià)值量占比約為15%；DC-DC轉(zhuǎn)換器中SiC價(jià)值量占比在2%左右。此外，電動(dòng)汽車充電樁也是SiC器件的一大應(yīng)用領(lǐng)域。
需求方面，一輛新能源汽車的 SiC MOSFET芯片使用量可達(dá)40-60顆。其中，主驅(qū)逆變器為36-48顆（雙電機(jī)用量翻倍），OBC 6-8顆，DC-DC 2-4顆。通過(guò)在上述零部件中使用碳化硅，可有效提升廠家的賣點(diǎn)以及消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車?yán)m(xù)航和充電的體驗(yàn)。
新能源汽車碳化硅主要應(yīng)用領(lǐng)域
2018年，特斯拉在 Model 3中首次將IGBT模塊換成了SiC模塊，成為業(yè)界首個(gè)在電動(dòng)汽車中采用碳化硅主驅(qū)逆變器模塊的車企。隨著近年來(lái)800V高壓平臺(tái)布局的加速，目前除特斯拉Model3外，還有比亞迪漢EV、比亞迪新款唐EV、蔚來(lái)ES7、蔚來(lái)ET7、蔚來(lái)ET5、小鵬G9、保時(shí)捷Tayan和現(xiàn)代ioniq5等車型已經(jīng)在電驅(qū)中采用了碳化硅器件。
從銷量情況來(lái)看，2022年在全球范圍內(nèi)，特斯拉的Model Y、 Model 3和比亞迪的漢EV分別以758,792輛、488,354輛、274,015輛的銷量位于碳化硅車型銷量前三。國(guó)內(nèi)品牌方面，除了比亞迪之外，蔚來(lái)的ET7和ES7合計(jì)銷量為37,204輛，在碳化硅車型方面也取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。
在2022年良好的基礎(chǔ)上，2023年上半年碳化硅車型繼續(xù)加速放量。
據(jù)CleanTechnica的最新數(shù)據(jù)，2023年1-6月，全球新能源汽車的累計(jì)銷量為583.19萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)40.2%，市場(chǎng)占有率為15%。今年1-5月，多款碳化硅車型大受歡迎，合計(jì)銷量約104萬(wàn)輛。加上6月的部分銷量，預(yù)計(jì)碳化硅車型滲透率已經(jīng)超過(guò)22%，達(dá)127萬(wàn)輛。
具體來(lái)看，特斯拉旗下碳化硅車型包括Model Y、Model 3以及新款Model S Plaid，其中Model 3/Y僅在Q2就交付了44.6915萬(wàn)輛，在2023年上半年合計(jì)銷量為85.89萬(wàn)輛，依然是全球碳化硅車型銷量最多的車企。
國(guó)內(nèi)廠商方面，比亞迪上半年新能源汽車銷量合計(jì)為125.5637萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 94.25%。其中旗下漢EV（高性能四驅(qū)版本）、2022款唐DM-i、海豹以及2023年發(fā)布的2款仰望車型（未交付）都搭載了SiC技術(shù)，并且也取得了不錯(cuò)的銷量；小鵬旗下G9是國(guó)內(nèi)基于碳化硅800V平臺(tái)的首款量產(chǎn)車型，在今年上半年完成了4.14萬(wàn)輛的銷量。6月29日晚，小鵬新款SiC車型G6正式迎來(lái)上市。小鵬G6開啟預(yù)售72小時(shí)，訂單量達(dá)到2.5萬(wàn)輛，截至6月28日訂單量達(dá)到3.5萬(wàn)輛；蔚來(lái)旗下共有5款SiC車型，分別為ET5、ET7、ES7、新一代ES8及EC7。其中，ET5上半年累計(jì)銷量為28699輛，ET7銷量為3601輛，ES7銷量為4840輛，新一代ES8銷量為2220輛，EC7銷量為1525輛，5款SiC車型合計(jì)累計(jì)交付4.0885萬(wàn)輛；理想在L9中搭載了碳化硅，2023年累計(jì)銷量為42511輛，在大型SUV中，年銷量排名第1名。
產(chǎn)能供不應(yīng)求，碳化硅行業(yè)10億元以上大單長(zhǎng)單滿天飛
在新能源汽車爆發(fā)式增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，市場(chǎng)對(duì)SiC器件的需求空前高漲，尤其是隨著主驅(qū)逆變器采用碳化硅的車型越來(lái)越多，將消耗掉全球大部分SiC襯底產(chǎn)能，全球襯底產(chǎn)能將持續(xù)緊缺。
以特斯拉Model 3為例，根據(jù)特斯拉Model 3主驅(qū)逆變器拆解來(lái)看，其中包括六個(gè)模塊，每個(gè)模塊由4個(gè)SiC小模塊并聯(lián)，型號(hào)為意法半導(dǎo)體的ST GK026。拆開封裝來(lái)看，每顆SiC小模塊有2個(gè)SiC裸晶（Die），因此該逆變器共有48顆電壓/電流規(guī)格為650V/100A的SiC MOSFET芯片，單芯片的面積約33平方毫米。根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，一片6英寸SiC襯底面積約17663平方毫米，生產(chǎn)32平方毫米大小SiC MOSFET過(guò)程中6英寸襯底邊緣損耗為14%，假設(shè)60%的器件制造良率，則單片6英寸襯底可產(chǎn)出約276個(gè)良品，則單片6英寸襯底可供應(yīng)約5.75輛新能源車的主驅(qū)逆變器。根據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)，2022年全球新能源乘用車的銷量達(dá)到1000萬(wàn)輛左右，若主驅(qū)逆變器全部采用SiC MOSFET，則共需約174萬(wàn)片6英寸SiC襯底。而目前全球SiC襯底總年產(chǎn)能約在40萬(wàn)~60萬(wàn)片等效6英寸，SiC襯底產(chǎn)能持續(xù)緊缺。
除了產(chǎn)能緊缺外，由于當(dāng)前碳化硅行業(yè)還面臨生產(chǎn)效率低、良率低、成本高等問(wèn)題。以特斯拉Model 3為例，其主驅(qū)動(dòng)逆變器采用了48個(gè)SiC MOSFET，總成本約為5000元，是硅基IGBT的3~5倍。居高不下的成本，已成為限制碳化硅大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)重要阻礙。
在這種大背景下，產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)約訂單的形式開始不斷出現(xiàn)。下游主機(jī)廠通過(guò)和芯片供應(yīng)商、Tier1簽訂長(zhǎng)約，不僅可以提前鎖定未來(lái)3-5年的產(chǎn)能，避免芯片短缺的情況出現(xiàn)，而且還可以把批量采購(gòu)價(jià)可降至硅基IGBT的2.0-2.5倍，讓碳化硅大規(guī)模上車從理論成為現(xiàn)實(shí)。
從國(guó)際廠商來(lái)看，意法半導(dǎo)體為保供應(yīng)此前就與上游材料廠簽訂了超過(guò)7.5億片晶圓供應(yīng)協(xié)議。在近期，ST宣布與采埃孚簽訂超過(guò)1,000萬(wàn)個(gè)碳化硅器件合同，助力采埃孚完成價(jià)值超過(guò) 300 億歐元的電驅(qū)動(dòng)訂單。此外，意法半導(dǎo)體還為SEMIKRON（賽米控）的eMPack ?電動(dòng)汽車電源模塊提供碳化硅技術(shù)，該訂單金額超10億歐元，計(jì)劃于2025年開始批量生產(chǎn)；英飛凌與天岳先進(jìn)、天科合達(dá)、昭和電工簽訂長(zhǎng)期協(xié)議，并且和 Stellantis簽約的碳化硅訂單超過(guò)10億歐元；Wolfspeed目前擁有長(zhǎng)期碳化硅材料合同金額達(dá)13億美元，器件金額達(dá)150億美元。其中包含瑞薩電子的20 億美元碳化硅采購(gòu)合同以及博格華納的6.5 億美元碳化硅器件年度合同；羅姆近日除了與緯湃科技簽訂1300億日元（約9.1億美元）SiC功率元器件購(gòu)銷合同外，也與賽米控簽訂合同助力其完成價(jià)值超過(guò)10 億歐元的碳化硅訂單；安森美目前與博格華納簽訂的碳化硅合同金額已經(jīng)超10億美元。此外，公司還與緯湃科技簽訂價(jià)值19億美元（17.5億歐元）的碳化硅產(chǎn)品10年期供應(yīng)協(xié)議。
國(guó)內(nèi)廠商方面，碳化硅襯底廠商天岳先進(jìn)早在2022年7月就與某客戶簽訂了一份金額為人民幣13.93億元的6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底產(chǎn)品長(zhǎng)期協(xié)議；除了襯底廠商外，外延片廠商?hào)|莞天域和瀚天天成也在近期也陸續(xù)收獲了10億元左右的大額訂單。其中東莞天域的訂單來(lái)自高意集團(tuán)（II‐VI），金額為1億美元，合同約定東莞天域向其供應(yīng)碳化硅（SiC）6英寸襯底，從本季度開始到2023年底交付。瀚天天成的大額訂單金額為1.92億美元，約定向客戶在合同規(guī)定的時(shí)間內(nèi)向其提供8英寸襯底產(chǎn)品；器件方面，近日，三安光電在互動(dòng)平臺(tái)稱碳化硅各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)順利推進(jìn)，截至2023H1，已簽署的碳化硅MOSFET長(zhǎng)期采購(gòu)協(xié)議總金額超70億元。
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