电子行业深度报告：碳化硅车型密集发布，关注国产衬底厂商扩产、器件厂商上车进展

电子行业深度报告 证券研究报告·行业深度报告·电子 碳化硅车型密集发布，关注国产衬底厂商扩产、器件厂商上车进展 增持（维持） 关键词：#新产品、新技术、新客户#稀缺资产投资要点 800V车型密集发布，碳化硅是800V高压快充标配。碳化硅耐高压特性适配800V高压快充车型，同时SiC方案可实现新能源汽车三电系统降本、增效。23年有小鹏G6、极氪X、智己LS6等多款20-25万元价格段的标配碳化硅车型上市，可见新势力车企的高性能策略已强势拉动碳 化硅渗透，未来仍将有同价格段车型如极氪007等上市。碳化硅市场未 来将由新能源汽车主导拉动，预计2028年全球市场规模有望达到66亿美元，22-28年CAGR高达32% 衬底端，国产产能释放拉动降本，重视各厂商产能实际交付能力。1）SiC价格较高限制应用放量，21年衬底占成本比例约46%、是产业链的核心降本环节，24-25年国产衬底厂商市场释放是产业链降本、打开需求空间的关键时点。2）根据Yole数据，2022年全球碳化硅衬底市场 中，Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ和SICrystal三家合计占据约72%市场份额，国产厂商天科合达、天岳先进加速追赶，22年导电型衬底合计实现营收1.04亿美元，合计占比15%，同比+5pct。3）尽管各国产厂商规划产能增速极高，但由于碳化硅衬底存在降低缺陷密度等技术门槛，因此并非所有规划产能均能如期实际交付，部分厂商未来可能出现技术落后将导致盈利能力不佳，从而放缓扩产节奏，尾部厂商将主动或被动完成产能出清。 器件端，国产厂商研发、扩产并举，24年有望成为国产化元年。1）根据Yole数据，2021年SiC市场份额前�厂家均为欧美日企业，合计占据93%的市场份额，其中意法半导体依靠与特斯拉的合作占据全球40%的市场份额。2）国产设计厂商持续推出导通电阻更低、性能更优的碳 化硅芯片产品，同时传统设计公司已开始涉足碳化硅晶圆制造产线建设，拟完成碳化硅IDM能力构建。国产代工厂商持续提升工艺平台能力、扩建产能。3）可比国产IGBT上车历史，凭借供应本土化优势，国产碳化硅模块厂商有望加速上车，24年有望成为器件国产化元年。 投资建议：碳化硅市场高增长趋势吸引业界激进投资，远期规划产能合计数已超远期需求，未来供过于求将导致尾部厂商被出清，技术（降本能力）、产能（有效产能）、客户关系为决定竞争格局的关键要素。建议关注具备技术、客户先发优势的国产厂商，推荐天岳先进（衬底龙头扩产、拓客并举，业绩拐点将至），建议关注晶升股份（长晶炉）、中芯集成（代工厂）、斯达半导（器件）等。 风险提示：碳化硅在车端、桩端渗透不及预期风险；国产化进度不及预期风险；扩产进程不及预期风险；价格战的风险。 2023年11月21日 证券分析师马天翼 执业证书：S0600522090001 maty@dwzq.com.cn 研究助理李璐彤 执业证书：S0600122080016 lilt@dwzq.com.cn 行业走势 电子沪深300 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% -2% -4% -6% -8% -10% 2022/11/212023/3/222023/7/212023/11/19 相关研究 《华为赋能自动驾驶，国内智驾产业发展加速》 2023-11-08 《库存去化与AIPC浪潮加速PC行业复苏，华为PC份额提升趋势明显》 2023-10-29 1/42 东吴证券研究所 内容目录 1.解决里程焦虑，碳化硅是新能源汽车800V高压快充标配5 1.1.新能源汽车：特斯拉引领主驱搭载碳化硅，其他主流厂商上车潮渐进6 1.2.充电桩：800V车型渗透，桩端升压、提效需求拉动碳化硅应用10 1.3.光伏：应用碳化硅可提升光伏逆变器转换效率，二极管率先开启渗透12 2.产业链各环节迈向国产化，技术、产能、客户三要素制胜14 2.1.衬底：国产衬底产能释放拉动降本，重视各厂商产能实际交付能力15 2.2.长晶炉：受益于国内衬底厂商扩产潮，碳化硅长晶炉需求高增长20 2.3.外延：外延炉逐步国产化，上游衬底、下游代工厂商均向外延环节延伸23 2.4.器件：国产厂商技术研发、产能扩建并举，24年有望成为国产化元年25 3.海外大厂风向标28 3.1.扩产：海外大厂积极扩建碳化硅产能，产业链上下游合作、收购频发28 3.2.技术：8英寸普及尚需时日，平面与沟槽器件结构共存31 3.3.衬底龙头Wolfspeed稳中向好，海外大厂均积极看待行业前景33 4.投资建议：关注具备技术、客户先发优势的国产厂商35 4.1.天岳先进：国产碳化硅衬底龙头扩产、拓客并举，业绩拐点将至35 4.2.晶升股份：国产碳化硅长晶炉龙头，受益三安、F等大客户扩产37 4.3.中芯集成：国产车规级代工龙头，扩产碳化硅、功率IC打开长期空间38 4.4.斯达半导：国产IGBT模块龙头，自主芯片的碳化硅主驱模块小批量39 5.风险提示41 2/42 东吴证券研究所 图表目录 图1：碳化硅器件分应用领域市场规模预测（单位：亿美元）6 图2：SiC器件和Si器件能量损耗对比6 图3：SiC器件的应用可减小主驱系统体积6 图4：碳化硅渗透率预测9 图5：碳化硅车型销量预测（单位：万辆）9 图6：SiC器件适配高功率充电模块需求10 图7：采用ViennaPFC转换器拓扑的纯电动车三级充电桩11 图8：采用SiC二极管替代Si二极管有望使效率提升0.3%13 图9：SiCMOSFET可以改善光伏逆变器性能13 图10：SiC的主要替代方案13 图11：碳化硅产业链各环节现状15 图12：碳化硅产业链15 图13：碳化硅衬底制造的主要难点16 图14：2021年碳化硅功率器件成本结构16 图15：21-22年全球SiC衬底市场格局16 图16：衬底晶体缺陷图示17 图17：衬底晶体缺陷会延伸至外延层17 图18：8英寸SiC衬底提高芯片产出17 图19：公司D碳化硅业务营收及净利率20 图20：公司L碳化硅业务营收及净利率20 图21：天岳先进前�大客户营收占比20 图22：天岳先进客户资源优质20 图23：国内衬底厂商梯队图22 图24：国内主流衬底厂商净利润情况（单位：百万元）22 图25：2020年SiC外延片竞争格局24 图26：重投天科年产10万片碳化硅外延项目公示25 图27：2021年全球SiC功率器件竞争格局25 图28：海外大厂2022年扩产投资额（单位：亿元）28 图29：全球企业8英寸SiC晶圆进展32 图30：降低晶圆成本的多种途径32 图31：平面型与沟槽型SiCMOSFET结构示意图33 图32：两种结构的SiCMOSFET性能目前没有显著差异33 图33：Wolfspeed营收及毛利率情况34 图34：天岳先进营收情况36 图35：天岳先进扣非后归母净利润情况36 图36：天岳先进期间费用率情况36 图37：天岳先进毛利率、净利率情况36 图38：天岳先进分业务营收情况（单位：亿元）37 图39：天岳先进分业务毛利率情况37 图40：晶升股份营收情况37 图41：晶升股份归母净利润情况37 图42：晶升股份分产品营业收入（单位：亿元）38 3/42 东吴证券研究所 图43：晶升股份分产品毛利率38 图44：中芯集成营收情况38 图45：中芯集成归母净利润情况38 图46：中芯集成期间费用率情况39 图47：中芯集成毛利率、归母净利率情况39 图48：中芯集成产能及产能利用率情况39 图49：中芯集成分产品产能情况（截至23年中报）39 图50：斯达半导营收情况40 图51：斯达半导分应用领域营收占比40 图52：斯达半导主营业务分产品营收占比40 图53：斯达半导主营业务分地区营收占比40 表1：三代半导体性能指标对比5 表2：碳化硅在汽车主驱、OBC、DC/DC的应用情况7 表3：主流车企已上市及待上市碳化硅车型一览7 表4：主流碳化硅车型一览（红底为23H2/24年上市车型）8 表5：全球新能源汽车SiC器件市场规模预测10 表6：充电桩SiC器件应用进展11 表7：全球充电桩SiC器件市场规模预测12 表8：光伏逆变器SiC器件应用进展14 表9：全球光伏SiC器件市场规模预测14 表10：不同碳化硅器件对衬底的品质要求17 表11：各厂商8英寸SiC衬底研发成功及量产时间17 表12：碳化硅长晶方式对比18 表13：发展液相法的碳化硅衬底厂商情况19 表14：国内主要碳化硅材料厂商扩产规划（万片/年）19 表15：23-26年碳化硅单晶炉市场总空间测算20 表16：国内外碳化硅单晶炉厂商竞争格局21 表17：国内主要半导体硅片厂商计划自产或在研晶体生长设备情况21 表18：各类晶体生长设备的共性基础技术22 表19：SiC外延分为异质/同质两种类型23 表20：SiC外延常见的缺陷类型23 表21：国内外碳化硅外延厂商产品/产能布局24 表22：国产厂商碳化硅器件设计&研发进展26 表23：国产厂商碳化硅产线建设进展26 表24：中国新能源乘用车功率模块装机量（单位：万套）27 表25：2022年国外SiC项目进展概况28 表26：今年以来海外大厂合作事件29 表27：2019年至今全球SiC企业并购案件31 表28：SiC龙头企业产线情况及产能规划34 表29：SiC龙头企业业绩预期及重大合作/订单35 表30：斯达半导SiC相关产能规划41 4/42 东吴证券研究所 1.解决里程焦虑，碳化硅是新能源汽车800V高压快充标配 SiC属于第三代半导体，性能参数优异。以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、饱和电子漂移速率高、热导率高、击穿电场强度高等优势： 1）更大的禁带宽度可以保证材料在高温下，电子不易发生跃迁，本征激发弱，从而耐受更高的工作温度。碳化硅的禁带宽度约为硅的3倍，理论工作温度可达400℃以上。 2）饱和电子漂移速率指电子在半导体材料中的最大定向移动速度，决定器件的开关频率。碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的两倍，有助于提高工作频率，将器件小型化。 3）高温是影响器件寿命的主要原因之一，热导率代表了材料的导热能力，碳化硅的高热导率可以有效传导热量，降低器件温度，维持正常工作。 4）临界击穿场强指材料发生电击穿的电场强度，一旦超过该数值，材料将失去绝缘性能，进而决定了材料的耐压性能。碳化硅的临界击穿场强约为硅的10倍，能够耐受更高的电压，更适用于高电压器件。 表1：三代半导体性能指标对比 指标参数 硅（第一代） 砷化镓（第二代） 碳化硅（第三代） 氮化镓（第三代） 禁带宽度（eV） 1.12 1.42 3.26 3.42 饱和电子漂移速率（1E7cm/s） 1.0 2.0 2.7 2.7 热导率（W·cm-1·K-1） 1.5 0.46 4.9 1.3 击穿电场强度（MV/cm） 0.3 0.4 2.8 3 数据来源：天岳先进招股书，东吴证券研究所 碳化硅器件旨在为应用系统“增效+降本”，新能源汽车贡献主要市场。根据Yole的数据，2022年碳化硅功率器件市场规模为18亿美元，2028年有望达到89亿美元，22- 28年CAGR高达31%。碳化硅功率器件可应用于汽车、能源、交通、工业等多个领域，其中汽车占据主导地位，市场规模占比超过七成，2022年市场规模为13亿美元，2028年有望达到66亿美元，22-28年CAGR高达32%。 5/42 图1：碳化硅器件分应用领域市场规模预测（单位：亿美元） 20222028E22-28年CAGR 70 35% 6030% 5025% 4020% 3015% 2010% 105% 0 汽车能源 0% 交通工业其它 数据来源：Yole，东吴证券研究所 1.1.新能源汽车：特斯拉引领主驱搭载碳化硅，其他主流厂商上车潮渐进 SiC方案可实现新能源汽车三电系统降本、增效。碳化硅凭借高效率、高功率密度等优异特性，为应用系统“降本+增效”。以新能源汽车主驱