海外观察系列一：从wolfspeed发展看碳化硅国产化

Wolfspeed为全球第三代半导体龙头，技术领先，碳化硅衬底市占率处于领先地位。Wolfspeed前身为CREE公司，主营业务包括LED、第三代半导体材料/器件、射频、照明产品等，随着功率半导体市场快速增长，逐步剥离其他业务，专注于碳化硅材料及器件领域，碳化硅衬底尺寸从4寸扩大到8寸，2023年计划扩产至约10万片6寸片月产能。2021年，公司衬底全球市占率超过60%，技术工艺领先，是碳化硅领域的标杆企业，其扩产动作、定价策略、盈利情况、估值水平均是碳化硅研究的重要参考。 需求端：由于碳化硅具备耐高压、耐高温和高频的性能，在新能源车、新能源发电、充电桩等领域均有可观的应用场景。碳化硅作为宽禁带半导体，具备出色的物理特性，可提高开关频率，近年来随成本下降而打开应用市场。据Yole数据，2025年全球电力电子领域碳化硅市场有望超过30亿美金，其中新能源车将贡献超过一半增量；据我们测算，碳化硅在新能源车/光伏/轨交/充电桩等领域均具备较大增长空间。 供给端：技术工艺壁垒较高，国产供应链持续扩产。衬底材料和器件为碳化硅产业链较关键环节，PVT法为当前主流生产方法。国产厂商与欧美厂商差距普遍在5-8年以上，国内项目陆续投产，产能有望快速释放。我们认为需要密切跟踪下游客户验证情况，判断有效产能。 降成本探讨：碳化硅降本速度与渗透率密切相关，衬底降本速度大于器件。 就衬底而言，降本因子可拆解为长晶效率提升、切片损失减少、良率提升、晶圆尺寸扩大、产能提升等。据我们测算，长晶效率提升是最重要的因子。 盈利能力探讨：我们拆解产业链环节，单炉出片量与整体良率为盈利核心影响因素。Wolfspeed2021财年毛利率为31.3%，随着产业链的垂直整合及器件营收占比提升，公司远期毛利率有望达到50%以上。就国产厂商而言，随着良率的提升，远期有望实现30%-40%毛利率。 竞争格局探讨：碳化硅行业与第一代半导体类似，CR5维持高市占率，但整体呈下降趋势。随着市场蛋糕做大，国产厂商有望长出大公司。国产化率有望提升，远期份额有望提升10%以上。行业发展后期有望见证并购潮。 市值空间探讨：复盘Wolfspeed股价，行业需求持续向好叠加业绩超预期，驱动公司股价屡创新高。国产厂商目前技术、产品尚不成熟，受制于产能，营收体量较小。我们结合模拟芯片及半导体设备对标发现，国内公司普遍PE、PS估值倍数为海外龙头4倍以上，更高的估值水平表明对成长的乐观预期。Wolfspeed作为碳化硅行业龙头，其市值具有标杆意义，国产厂商未来随着整体行业需求的增长、自身营收利润放量，有望打开市值天花板。 投资建议：看好车规等下游发展及国产有效产能扩张带来的增量机会，推荐时代电气/晶盛机电（机械组覆盖），建议关注天科合达/山东天岳/三安光电/露笑科技/东尼电子/士兰微/斯达半导/闻泰科技/华润微等。 风险提示：碳化硅降成本速度不及预期；国产厂商车规级验证进展不及预期；国产厂商良品率提升进度不及预期。 1.Wolfspeed：全球第三代半导体龙头 Cree成立于1987年，于1993在纳斯达克上市，原是集LED外延、芯片、封装、LED照明解决方案、化合物半导体材料、功率器件和射频于一体的著名制造商和行业领先者，现更名为Wolfspeed，专注于碳化硅和氮化镓材料、功率和射频应用的设备，是目前全球最大的碳化硅功率器件供应商。 1.1.发展历史及主营产品 Wolfspeed原为Cree主营第三代化合物半导体业务的部门。公司技术最初商业化应用于LED市场，致力于推动LED照明变革。自2017年，公司开始战略性转型，将发展重心转移至Wolfspeed部门，并于次年宣布将创建一家更加集中的强大半导体公司，为Wolfspeed、其核心功率和射频业务提供发展基金。2018年3月，公司宣布收购英飞凌的射频功率业务，稳固了Wolfspeed在射频碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）技术方面的领导地位。公司分别于2019年、2021年出售其照明业务与LED业务，2021年10月正式更名为Wolfspeed，专注于第三代化合物半导体领域的开发与创新。 图1：Wolfspeed公司历史重要事件梳理 截至2021年底，公司主营业务产品主要包括：1）功率产品，主要包括碳化硅MOSFET及裸芯片、碳化硅肖特基二极管、功率模块以及栅极驱动板；２）射频产品，主要包括28V、40V、50V宽带应用场景的GaNHEMT器件以及适用于不同波段的碳化硅基氮化镓和LDMOS功率晶体管的产品组合；３）材料产品，主要包括碳化硅裸晶圆、外延片以及碳化硅晶圆上的GaN外延层。此外，公司还提供射频代工服务。 图2：Wolfspeed主营产品（截至2021年底） 1.2.股权结构及管理层 公司股权向机构投资者集中，个人持股比例低，股权较分散。公司股份的持有者主要为机构投资者，主要包括：资本集团公司、贝莱德有限公司、领航投资集团、ClearBridge Investments、摩根大通、道富集团等。个人持股数合计不足1%，其中公司总裁兼首席执行官格雷格·洛持股0.42%，首席财务官尼尔·雷诺兹持股0.13%，其余个人持有者主要为公司董事会成员。 图3：Wolfspeed股权结构（截至2022年1月） 公司的管理团队具有丰富管理经验和深厚技术背景，使公司战略更具前瞻性。总裁兼首席执行官格雷格·洛，曾担任飞思卡尔半导体公司的总裁兼首席执行官，领导其成为高性能、混合信号半导体行业的领导者；首席财务官尼尔·雷诺兹是一位经验丰富的财务主管，曾在全球科技公司领导过各种财务职能；首席技术官约翰·帕尔莫尔是Wolfspeed创始人之一，IEEE院士，专注于为功率和射频商业应用开创突破性的半导体技术，负责碳化硅和氮化镓电子设备的加工和器件设计领域的386篇出版物和75项美国专利。 图4：Wolfspeed当前高级管理层 公司加快专利研发，巩固在碳化硅制备领域、功率和射频器件研发领域的领先地位。 截至2021年11月，公司合计拥有2939项公开及申请中专利，其中412项与碳化硅制备核心技术相关，1212项与功率器件的开发相关，1315项与射频器件的开发相关。强大的研发能力给公司带来业内的技术领先优势，有助于加快新技术的商业化。 图5：Wolfspeed专利布局（截至2021年11月） 1.3.财务梳理 营收实现六季度连续增长，业务需求旺盛。受益于功率设备解决方案的强劲需求，FY22Q2公司实现营收1.73亿美元，环比增长11%，同比增长36%；公司净亏损1860万美元，每股摊薄亏损0.16美元。由于公司目前大量在建工厂相关设备仍处于测试阶段，基本无法产生收入，公司收入和亏损面均为指导范围内的乐观情形。分部门来看，1）功率业务：由于碳化硅产品在电动汽车和工业市场的采用率超预期，功率设备业务同比增长超100%，相关直销和分销客户显著增加；2）射频业务：5G和美国国防领域需求坚实，射频设备业务有所增加；3）材料业务：150mm碳化硅衬底需求依然强劲，收入增长与上一季度基本持平，且随着公司产能爬坡，供需关系匹配状况更加良好。 图6：Wolfspeed营收变化（百万美元） 图7：Wolfspeed毛利及毛利率变化 公司毛利率波动向好，有望持续改善。不考虑公司的照明和LED业务，仅Wolfspeed部门而言，其毛利率波动主要有三个阶段：FY2017-2019，部门毛利率持续处于45%-50%的高位；FY2020-2021，受疫情影响，且由于工厂扩建、部分设施的利用率不足，部门毛利率持续下滑至31%水平，其中FY2021Q4毛利率为32.3%；FY2022至今，随着工厂转型、产能爬坡，另受益于折旧费用减少，公司毛利率持续改善，FY2022Q1毛利率达33.5%、Q2毛利率达35.4%，公司毛利率Q3指引为基于Q2水平进一步改善0.5-1.5pct。 公司预期将通过优化杜伦工厂（Durham）效率、莫霍克谷工厂（MohawkValley）投产爬坡、产品线过渡至200mm等降本途径达到毛利率50%以上的远期目标。 图8：Wolfspeed净利润及净利率 图9：Wolfspeed资产负债率及投资活动现金流 公司资本支出规模较大，现金流相对充裕。公司正处于产品转型、加速研发和固定设备大量投入的阵痛期，资本开支、运营费用较高。FY2022Q1为公司投资高峰期，公司运营费用为8600万美元，主要受到公司对莫霍克谷200mm试验线研发投入影响；资本支出为2.09亿美元，莫霍克谷该季度启动成本约为860万美元；而账面现金和其他流动资产约8.5亿美元，足以支撑其开支。FY2022Q2，公司持续对200mm产品线进行研发和营销投入，运营费用为8660万美元；随着莫霍克谷产能释放，资本支出小幅下降，约为1.44亿美元；而现金和其他流动资产共约7亿美元，仍保持在较充裕水平。 2.需求端：碳化硅市场空间及发展节奏 碳化硅材料具有明显的性能优势，在电动汽车、轨交、电网等领域都具有可观的应用前景。碳化硅是第三代半导体材料，与第一、二代半导体材料相比，具有更宽的禁带宽度、更高的热导率、更高的击穿电场、更高的电子迁移率等性能优势，使得器件有耐高压、耐高温和高频的性能。体现在产品上，导通损耗低，从而提高效率；简化散热，从而减小体积；简化外围组件，从而降低其他成本。随着下游行业对半导体功率器件轻量化、高转换效率、低发热特性需求的持续增加，碳化硅材料、器件已实现从研发到规模化量产的跨越，进入产业化快速发展阶段。 图10：碳化硅材料优势及发展趋势 碳化硅产业链主要由衬底、外延、器件、应用等环节组成。碳化硅晶片作为半导体衬底材料，根据电阻率不同可分为导电型、半绝缘型。导电型衬底可用于生长碳化硅外延片，制成耐高温、耐高压的碳化硅二极管、碳化硅MOSFET等功率器件，应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域；半绝缘型衬底可用于生长氮化镓外延片，制成耐高温、耐高频的HEMT等微波射频器件，主要应用于5G通讯、卫星、雷达等领域。 图11：碳化硅产业链 下游需求增长曲线陡峭，全球碳化硅市场规模持续扩大。据Yole数据，到2025年，全球电力电子领域碳化硅市场规模将超过30亿美元，较2020年的7亿美元CAGR超过37%。具体到细分领域，随着成本持续下降，碳化硅器件与硅基器件价差逐步缩小，加速进入新能源汽车供应链；碳化硅材料性能优越，能够高效管理热量累积、提升太阳能转换效率，有望加速渗透光伏市场；碳化硅器件具有大功率、高效率的性能优势，应用于铁路和电机驱动器，有望打开轨交市场；受5G基础设施建设推动，射频功放器件市场呈现高速增长态势，碳化硅衬底市场前景广阔。 图12：全球碳化硅电力电子市场规模（百万美元） 图13：全球碳化硅下游应用领域（2020年） 2.1.电动车 新能源汽车销量及渗透率快速提升，是碳化硅市场的重要驱动力。能源安全、“双碳”、工业自主三大诉求叠加，新能源汽车迎来市场驱动拐点，进入非线性增长新阶段。 据中汽协和乘联会数据，2021全年新能源汽车累计销售352.1万辆，同比增长158%，渗透率达14.8%，较2020年提升9pct。展望2022年，据中科院院士欧阳明高预测，新能源汽车全年销量有望达到500万辆，市场渗透率超过20%。新能源汽车作为碳化硅的重要应用终端，拉动市场规模快速增长。 碳化硅优越特性加持，伴随价格进一步下降，有望加速渗透新能源车产业链。碳化硅材料耐高频、易散热、高电流密度、低功率损耗，能够解决新能源汽车轻量化、续航里程、高电平要求等需求痛点，目前主要用于主逆变器，搭载碳化硅功率模块，部分用于OBC和DC/DC，搭载单管器件。此前影响碳化硅器件放量的主要约束为成本经济性问题，现今随着晶圆生产制造成本下行、与硅基器件价差持续缩小，同时若考虑散热系统成本节约、空间节约、电驱系统性能提升和整车价值跃升等附加价值，碳化硅器件已具有一定竞争优势。 图14：中国新能源车销量及增速