新能源車全球普及加速，功率密度標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)提升為 SiC 產(chǎn)業(yè)落地提供契機(jī)。

歐盟方面，在民眾訴求的推動(dòng)下，歐盟的碳排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，現(xiàn)行的碳排放標(biāo)準(zhǔn)要求 2021 年生產(chǎn)的乘用車碳排放量滿足 95g/km，我們認(rèn)為在此嚴(yán)苛要求下，新能源汽車或?qū)⑻娲加蛙?。美?guó)方面，拜登上臺(tái)帶來美國(guó)新能源政策轉(zhuǎn)向，并計(jì)劃于 2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和，我們認(rèn)為政府方面也希望借助特斯拉等頭部企業(yè)助力美國(guó)汽車制造業(yè)在新趨勢(shì)下保持領(lǐng)先地位。中國(guó)方面，2019 年中國(guó)石油對(duì)外依存度超過 70%，我們認(rèn)為電動(dòng)車對(duì)保障能源安全至關(guān)重要，且中國(guó)憑借市場(chǎng)空間、工程師紅利等優(yōu)勢(shì)，有望借助汽車電動(dòng)化實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展彎道超車的目標(biāo)。我們看到，在各國(guó)制定的電動(dòng)車發(fā)展路線圖中，功率密度標(biāo)準(zhǔn)逼近主流 Si 基器件的性能極限，SiC 器件成為理想替代。我們認(rèn)為 SiC 有望在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展及滲透率提升的雙重推動(dòng)下迎來需求快速成長(zhǎng)。

 

SiC 解決電動(dòng)車三大需求痛點(diǎn)，規(guī)模普及即將到來。我們認(rèn)為，SiC 有望從以下三個(gè)方面解決 Si 基器件的痛點(diǎn)問題：

 

1）續(xù)航里程是電動(dòng)車的一大痛點(diǎn)，根據(jù)英飛凌數(shù)據(jù)，SiC 器件整體損耗相比 Si 基器件降低 80%以上，導(dǎo)通及開關(guān)損耗減小， 有助于增加電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程；

 

2）輕量化的實(shí)現(xiàn)。SiC 器件具備高飽和速率、高電流密度、高熱導(dǎo)率的特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)電控模塊小型化、周邊系統(tǒng)小型化、冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，從而減輕整車重量；

 

3）滿足 800V 高電平要求。為配合快充應(yīng)用， 車內(nèi)電平向更高的 800V 提高是大勢(shì)所趨，在 1200V IGBT 車規(guī)產(chǎn)品難以普及的背景下，使用 SiC MOSFET 是良好的解決方案。我們認(rèn)為，目前 SiC 無法大規(guī)模商用的主要矛盾在于成本高昂，但根據(jù)我們的測(cè)算，在新能源車平價(jià)目標(biāo)成本假設(shè)下 （三電成本與傳統(tǒng)動(dòng)力總成價(jià)格相當(dāng)），若 SiC 的器件成本下降至硅基器件的 2 倍時(shí)，其經(jīng)濟(jì)效益有望助推 SiC 在全系列車型全面普及。

 

小器件大市場(chǎng)，中國(guó)車用 SiC 市場(chǎng)將迎來高速成長(zhǎng)。我們測(cè)算，2025 年中國(guó)電動(dòng)車及快充樁將帶來 62 億元/78 億元的 SiC 器件/模塊市場(chǎng)空間（模塊中包含器件成本），2021-25 年 CAGR 高達(dá) 58%/35%。從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)來看，我們測(cè)算 SiC 襯底及外延片價(jià)值量合計(jì)占比超器件總價(jià)值量的 60%，2025 年中國(guó)本土導(dǎo)電型襯底片需求超 100 萬片，行業(yè)上游重要性強(qiáng)，需求空間廣闊。我國(guó)企業(yè)目前已經(jīng)能 實(shí)現(xiàn) 6 寸片規(guī)模量產(chǎn)，8 寸片與海外的技術(shù)差距正在縮小。

 

 

歐洲推出碳中和時(shí)間表。歐洲議會(huì) 2019 年 11 月宣布?xì)W洲進(jìn)入“氣候緊急狀態(tài)”，歐盟委員會(huì)在 2019 年 12 月啟動(dòng)了“綠色新政”，將 2030 年減排目標(biāo)提升至 50-55%，并確定了 2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和，碳排放要求日趨嚴(yán)格。

 

歐洲自 2009 年以來多次制定碳排放標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行的碳排放標(biāo)準(zhǔn)要求 2021 年生產(chǎn)的乘用車碳排放量需滿足 95g/km。歐盟委員會(huì)在 2014 年提出到 2021 年，車企生產(chǎn)的乘用車的碳排放量需滿足 95g/km，不達(dá)標(biāo)的車企將面臨巨額罰款。2018 年歐盟委員會(huì)進(jìn)一步明確，在 2021 年的基礎(chǔ)上，2025 年的碳排放量減少 15%；到 2030 年，減少 37.5％，分別降至 81g/km 及 59g/km。2019 年歐盟確定 2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，將進(jìn)一步推動(dòng)更加嚴(yán)格的減排目標(biāo)，正在推動(dòng) 2030 年碳排放在 2021 年的基礎(chǔ)上減少 60%的標(biāo)準(zhǔn)制定。

 

在日益嚴(yán)格的碳排放標(biāo)準(zhǔn)下，新能源汽車替代傳燃油車成為必然趨勢(shì)。燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)難以進(jìn)行本質(zhì)革新，減排空間有限，新車平均碳排放量在 2015 年下降至 119.5g/km 后，2019 年反而上升至 122.4g/km。要達(dá)到上述 95g/km 的碳排放標(biāo)準(zhǔn)，只能大力發(fā)展新能源汽車， 提升新能源車的占比。

 

 

拜登就任當(dāng)日便簽署行政命令，表示重新加入《巴黎氣候協(xié)定》，并計(jì)劃于 2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和，有望助推新能源車產(chǎn)業(yè)鏈加速升級(jí)。根據(jù)拜登競(jìng)選推出的《清潔能源革命和環(huán)境計(jì)劃》，其在氣候領(lǐng)域提出的目標(biāo)是到 2035 年通過可再生能源過渡實(shí)現(xiàn)無碳發(fā)電，到 2050 年美國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和，實(shí)現(xiàn) 100%的清潔能源經(jīng)濟(jì)。具體措施包括：恢復(fù)電動(dòng)車全額 7,500 美金的稅金抵免，取消目前的企業(yè)補(bǔ)貼 20 萬輛的銷量上限，加快新能源車推廣，并計(jì)劃于 2030 年前在高速公路區(qū)域建設(shè)超過 50 萬個(gè)充電樁等。我們認(rèn)為民主黨在新能源領(lǐng)域的轉(zhuǎn)向有望提升美國(guó)對(duì)于新能源車的政策支持，助推新能源車產(chǎn)業(yè)鏈加速升級(jí)。

 

特斯拉等頭部企業(yè)有望助力美國(guó)重奪電動(dòng)汽車制造業(yè)的制高點(diǎn)。汽車產(chǎn)業(yè)作為美國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)的代表之一，二戰(zhàn)以后卻從輝煌走向衰落，我們認(rèn)為主要是其經(jīng)受了兩次沖擊：1）20 世紀(jì) 70 年代起，全球石油危機(jī)使精細(xì)化制造的日本汽車市占率迅速提升，以及 2）2010 年后德國(guó)品牌在中國(guó)市場(chǎng)的崛起。根據(jù)美國(guó)商務(wù)部統(tǒng)計(jì)，美國(guó)汽車行業(yè)產(chǎn)值占 GDP 的比重， 由 1978 年的 1.9%降至 2018 年的 0.8%。我們認(rèn)為，由于汽車制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)、上下游相關(guān)行業(yè)豐富，汽車產(chǎn)業(yè)對(duì) GDP 的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于增加值本身，行業(yè)地位尤為重要。我們認(rèn)為拜登政府的新能源政策將成為美國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)發(fā)展的一大推動(dòng)力，有助于使其在特斯拉等 電動(dòng)汽車頭部企業(yè)的傾力配合下，保持美國(guó)高端制造領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位。

 

 

汽車工業(yè)電動(dòng)化為我國(guó)從汽車產(chǎn)業(yè)彎道超車提供契機(jī)。工信部在《電動(dòng)汽車安全指南（2019 版）》中指出，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷百年未有之大變局，電驅(qū)動(dòng)相關(guān)技術(shù)、人工智能技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展為汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化是汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型重要的發(fā)展方向。對(duì)于傳統(tǒng)燃油車，中國(guó)雖然擁有龐大的汽車供應(yīng)體系，但關(guān)鍵零部件技術(shù)缺失，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等設(shè)備依賴海外廠商進(jìn)口，我們認(rèn)為以電動(dòng)汽車為突破口能夠推進(jìn)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，有望實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的彎道超車。

 

汽車產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的支柱行業(yè)，能夠拉動(dòng)國(guó)內(nèi)消費(fèi)增長(zhǎng)，其產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、提供就業(yè)機(jī)會(huì)多，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、促進(jìn)社會(huì)就業(yè)有重要作用。汽車產(chǎn)業(yè)能夠拉動(dòng)我國(guó)消費(fèi)需求及提供大量就業(yè)崗位，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2010 年至 2019 年汽車銷售額占中國(guó)社會(huì)零售總額比重均維持在 10%以上，2019 年汽車新車零售從業(yè)人員達(dá)到 120.92 萬，占城鎮(zhèn)就業(yè)人 數(shù)的 10%。同時(shí)，由于汽車行業(yè)具備高度綜合性，產(chǎn)業(yè)鏈涉及國(guó)家工業(yè)的各個(gè)方面，上游包括發(fā)動(dòng)機(jī)系配件、制動(dòng)系配件等汽車零部件生產(chǎn)銷售，涵蓋了冶金、橡膠、玻璃、化工等重要的制造業(yè)部門，中游包括整車集成制造及銷售，下游輻射汽車后維修保養(yǎng)、出行服 務(wù)等諸多市場(chǎng)。發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)能夠直接及間接地拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增加，提供就業(yè)崗位。

 

中國(guó)具備市場(chǎng)空間較大、“工程師紅利”等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)政策落地推動(dòng)電動(dòng)汽車發(fā)展。由于我國(guó)龐大的人口基數(shù)及消費(fèi)升級(jí)趨勢(shì)，電動(dòng)汽車市場(chǎng)空間較大，根據(jù)中金公司研究部預(yù)測(cè)， 2025 年我國(guó)電動(dòng)汽車的出貨量將達(dá)到 669 萬輛，占全球新能源汽車銷量 47%，2021 年至 2025 年年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 35%。同時(shí)，中國(guó)每年高校畢業(yè)生人數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)，根據(jù)教育部的數(shù)據(jù)，2020 年高校畢業(yè)生人數(shù)達(dá)到 874 萬人，為中國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車提供了“工程師紅利”， 向產(chǎn)業(yè)微笑曲線的兩端延伸。在政府政策的推動(dòng)下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展成為可能， 根據(jù)國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035 年）》，到 2025 年我國(guó)新能源汽車新車銷售量占新車總銷量的 20%左右，并完善雙積分制度以補(bǔ)充財(cái)政補(bǔ)貼。

 

中國(guó)石油的對(duì)外依存度超 70%，能源安全問題有待解決。國(guó)際上一般將 50%的石油對(duì)外依 存度作為石油能源安全問題的“安全警戒線”，而根據(jù)中國(guó)統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2019 年中國(guó)石 油對(duì)外依存度超過 70%，遠(yuǎn)超能源安全的要求。目前全球石油分配格局基本固定，且國(guó)際形勢(shì)復(fù)雜，我國(guó)在自身石油生產(chǎn)無法滿足需求的情況下，通過石油貿(mào)易和海外份額的方式獲取石油資源的壓力越來越大。

 

電動(dòng)汽車對(duì)降低石油依存度，緩解國(guó)內(nèi)石油消耗至關(guān)重要。根據(jù)自然保護(hù)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2017 年中國(guó)道路交通消耗的石油約占石油消費(fèi)總量 48%，我們認(rèn)為，減少汽車石油消耗能夠降低我國(guó)的石油依存度。若采用天然氣能源，我國(guó)天然氣儲(chǔ)量同樣較低：根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)， 2018 年中國(guó)是全球第一大天然氣進(jìn)口國(guó)，2019 年對(duì)外依存度達(dá)到 43%，難以支撐汽車的能 源需求。而相比之下，我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量較大，能夠?qū)崿F(xiàn)電力的自給自足，同時(shí)還能夠通過核能、太陽能、風(fēng)能等方式增加電力供給，電動(dòng)汽車成為解決能源安全問題的必然選擇。

 

 

美國(guó)能源部旗下的組織 U.S. Drive 在 2017 年發(fā)布的《電氣電子技術(shù)路線圖》4中指出，在 2025 年電控的功率密度需達(dá)到 100kW/L，效率應(yīng)大于 98%；而電機(jī)的功率密度需達(dá)到 50kW/L， 效率應(yīng)大于 97%。根據(jù)我國(guó)工信部發(fā)布的《<中國(guó)制造 2025>重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域路線圖（2018 年 版）》，在 2025 年，自主電控產(chǎn)品應(yīng)實(shí)現(xiàn)功率密度不低于 25kW/L。我們認(rèn)為，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定的初衷，是因?yàn)轶w積涉及到了汽車有效空間利用和乘客的體驗(yàn)。

 

目前電動(dòng)汽車主要采用硅基器件，但受自身性能極限限制，硅基器件的功率密度難以進(jìn)一步提高。在電動(dòng)汽車的動(dòng)力單元和控制單元中，變換器和逆變器多采用 Si 基 IGBT 或 MOSFET 作為功率器件。但 Si 材料在高開關(guān)頻率及高壓下?lián)p耗大幅提升，功率密度已經(jīng)接近了其性能極限。我們看到，早期的主流混動(dòng)車型中，其逆變器功率密度基本在 20kW/L 以下，而采用了第三代化合物半導(dǎo)體 SiC 材料的逆變器，由于 SiC 具有效率高、尺寸更小和重量更低的優(yōu)勢(shì)，可以將功率密度大幅提升，我們認(rèn)為其是 Si 材料未來的理想替代。

 

 

 

續(xù)航里程是電動(dòng)車的一大痛點(diǎn)。結(jié)合英飛凌的研究數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為 SiC 器件可以從導(dǎo)通/開關(guān)兩個(gè)維度降低損耗，整體損耗相比 Si 基器件降低 80%以上，實(shí)現(xiàn)增加電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的目的。

 

SiC 材料臨界擊穿電場(chǎng)高，導(dǎo)通電阻低，可降低器件的導(dǎo)通損耗。由于 SiC 的禁帶寬度 （3.3eV）遠(yuǎn)高于 Si（1.1eV），因此其漂移區(qū)寬度得到大大縮短、可實(shí)現(xiàn)的摻雜濃度也得到提高。在 SiC MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，正向壓降和損耗都小于 Si-IGBT。根據(jù)英飛凌研究， 當(dāng)負(fù)載電流為 15A 時(shí)，常溫下 SiC MOSFET 的正向壓降只有 Si IGBT 的一半，在 175℃ 結(jié)溫下，SiC MOSFET 的正向壓降約是 Si IGBT 的 80%。

 

SiC-MOSFET 不存在拖尾電流，載流子遷移率高，降低器件開關(guān)損耗。Si-IGBT 模塊中會(huì)集成快恢復(fù)二極管（FRD），在關(guān)斷會(huì)存在反向恢復(fù)電流及拖尾電流，導(dǎo)致其開關(guān)速度受到限制，從而造成較大的關(guān)斷損耗。而 SiC-MOSFET 屬于單極器件，更像一個(gè)剛性開關(guān)，不存在拖尾電流，且較高的載流子遷移率（約 Si 的 3 倍）也減少了開關(guān)時(shí)間，損耗因此得以降低。根據(jù)英飛凌研究，在 25℃結(jié)溫下， SiC MOSFET 關(guān)斷損耗大約是 Si IGBT 的 20%；在 175℃的結(jié)溫下，SiC MOSFET 關(guān)斷損耗僅有 IGBT 的 10%。

 

 

輕量化是整車廠的不懈追求。我們認(rèn)為 SiC 器件具備高飽和速率、高電流密度、高熱導(dǎo)率的特點(diǎn)，有利于新能源汽車零部件輕量化的實(shí)現(xiàn)。

 

SiC 材料具備更高的電流密度，相同功率等級(jí)下封裝尺寸更小。SiC 具備較高的載流子遷移率，能夠提供較高的電流密度。在相同功率等級(jí)下，碳化硅功率模塊的體積顯著小于硅基模塊，有助于提升系統(tǒng)的功率密度。以 IPM 為例，碳化硅功率模塊體積可縮 小至硅功率模塊的 2/3-1/3。

 

SiC 能夠?qū)崿F(xiàn)高頻開關(guān)，減少無源器件的體積和成本。SiC 材料的電子飽和速率是 Si 的 2 倍，有助于提升器件的工作頻率；此外，如上文所述，高臨界擊穿電場(chǎng)（10 倍于 Si） 的特性使其能夠?qū)?MOSFET 帶入高壓領(lǐng)域，克服 IGBT 開關(guān)過程中的拖尾電流問題，開關(guān)損耗低，提升實(shí)際應(yīng)用中的開關(guān)頻率，減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等的使用，從而減少系統(tǒng)體系和重量。在實(shí)現(xiàn)相同電感電流的情況下，開關(guān)頻率越高，可以適當(dāng)降低電感值。

 

SiC 禁帶寬且具有良好的熱導(dǎo)率，可以減小散熱器的體積和成本。由于 SiC 材料具有寬禁帶寬度且熱導(dǎo)率高的特點(diǎn)，更容易散熱，器件可以在更高的環(huán)境溫度下工作。理論 上，SiC 功率器件可在 175℃結(jié)溫下工作。主流電動(dòng)汽車一般包含兩套水冷系統(tǒng)——引 擎冷卻系統(tǒng)和電力電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，冷卻溫度分別為 105 和 70℃。如果采用 SiC 功 率器件，可以使器件工作于較高的環(huán)境溫度中，有望實(shí)現(xiàn)兩套水冷系統(tǒng)合二為一，甚至采用風(fēng)冷系統(tǒng)，減少散熱器體積及成本。

 

 

實(shí)現(xiàn)快充的關(guān)鍵是通過增大電流或提升電壓提升充電功率，由于電流提升存在可預(yù)見的上限，高電壓是實(shí)現(xiàn)快充的必然趨勢(shì)。根據(jù) e-technology 的研究，受到充電插頭及電芯的溫度限制，即使采用液冷充電插頭，電動(dòng)車充電也存在 500A 的電流上限，要實(shí)現(xiàn) 200kW 以上的快充功率，電動(dòng)車必然會(huì)從 400V 系統(tǒng)轉(zhuǎn)向 800V 系統(tǒng)。同時(shí)，達(dá)到相同功率的情況下， 提升電壓則可以相應(yīng)降低電流，減少散熱及導(dǎo)線橫截面。根據(jù) e-technology 的估算，以 100kWh 的電池為例，從 400V 電車系統(tǒng)提升為 800V 電車系統(tǒng)，由于電池散熱減重及導(dǎo)線質(zhì)量降低可以推動(dòng)電池實(shí)現(xiàn) 25kg 的重量降低，降低電車能耗，提升電車?yán)m(xù)航里程。

 

我們認(rèn)為，若系統(tǒng)電壓（總線電壓）從 400V 提高至 800V，需要同時(shí)提高半導(dǎo)體器件的耐壓的水平，650V IGBT 將無法工作，Si MOSFET 的耐壓極限也會(huì)明顯被超越，若采用 Si 基器件，必須使用 1200V IGBT。受限于體積、功耗、散熱等因素，通常情況下 1200V 的 IGBT 模塊一般服務(wù)于工業(yè)場(chǎng)景，很難通過車規(guī)認(rèn)證，2018 年英飛凌才推出第七代 IGBT 技術(shù)，使 1200V 模塊車用成為可能。但我們認(rèn)為，SiC 的材料特性優(yōu)勢(shì)有望使其在 800V 系統(tǒng)部署中更受整車廠青睞，同時(shí)，輸出功率的提升也使 SiC 材料成為 800V 系統(tǒng)的理想選擇。

 

 

目前，由于受到 SiC 長(zhǎng)晶技術(shù)壁壘高（如：需要高溫生長(zhǎng)及精確控制；長(zhǎng)晶速度很慢而不能像 Si 一樣拉晶；爐體尺寸限制晶圓尺寸不好做大；材料硬度高韌性差容易斷裂）、器件良率 低（如：摻雜工藝要求高、形成歐姆接觸困難）等因素掣肘，因此 SiC 器件高昂的生產(chǎn)成本阻止了其初期被整車廠大量采用。

 

以目前的成本來看，新能源車的度電單價(jià)（三元、不含稅）價(jià)格在 900 元人民幣左右，而在 2025 年有望降至 560 元左右。假設(shè) 400km 續(xù)航里程，電池包的價(jià)格分別在 42,500 元 /24,000 元左右。若要增加 10%的續(xù)航，我們線性外推得到電池包的邊際成本為 4,500 元 /2,400 元。

 

目前，SiC 器件成本約為硅基器件的 5 倍以上，為當(dāng)前 SiC 器件難以在中低端車型大規(guī)模應(yīng)用的主要原因。以 A 級(jí)車為例，主逆變器中 IGBT 器件成本約為 1,300 元，若替換為 SiC 則將會(huì)帶來至少 5,000 元以上的成本增加，而同時(shí)帶來 5%-10%續(xù)航里程的提升。我們測(cè)算， 若暫不考慮冷卻系統(tǒng)節(jié)省的成本及空間節(jié)約帶來的附加值，在新能源車平價(jià)目標(biāo)下，若 SiC 能換取 5%-10%的續(xù)航里程增加，則當(dāng) SiC 的器件成本將下降至硅基器件的 1 倍時(shí)，其經(jīng)濟(jì)效益有望助推 SiC 在全系列車型全面普及；若采用 SiC 材料能增加電動(dòng)車 10% 的續(xù)航里程，對(duì)于車廠來講，單車成本的節(jié)約在 1,100 人民幣左右。

 

我們測(cè)算，2021 年國(guó)內(nèi) SiC 器件/模塊市場(chǎng)規(guī)模為 10 億元/24 億元，2025 年有望達(dá)到 62 億 元/78 億元，年復(fù)合增速達(dá) 58%/35%，迎來高速增長(zhǎng)期。

 

功率開關(guān)器件在新能源汽車中的應(yīng)用范圍很廣，其中主要包括主逆變器、直流 DC/DC 轉(zhuǎn)換 器、車載充電機(jī)等。我們以自上而下的方式，以新能源車出貨量為基礎(chǔ)，配合滲透率、SiC 模塊/器件單車價(jià)值等假設(shè)測(cè)算，得出 2025 年中國(guó)新能源車及周邊應(yīng)用將帶來 62 億元的 SiC 器件市場(chǎng)空間，78 億元的 SiC 模塊市場(chǎng)空間（包含器件成本），2021-2025 年復(fù)合增速達(dá) 58%/35%。其中我們的關(guān)鍵假設(shè)如下：

 

第一，從成本下降曲線來看，我們認(rèn)為 SiC 本身的成本下降曲線是線性的，但由于整體市場(chǎng)需求高漲，上游擴(kuò)產(chǎn)積極，成本下降可能會(huì)呈現(xiàn)加速趨勢(shì)，年同比降幅將有望 從低雙位數(shù)加速至近 20%；

 

第二，從車型來看，我們認(rèn)為到 2025 年 SiC 成本仍然難以下降至 A 級(jí)車 Si 基器件的 2 倍水平。中高級(jí)乘用車由于具有品牌溢價(jià)，成本上升帶來的續(xù)航里程增加、輕量化等附加體驗(yàn)也更容易被消費(fèi)者所接受，我們認(rèn)為 B/C 級(jí)車大規(guī)模采用 SiC 器件的可能性 大，其中 Tesla 及比亞迪作為現(xiàn)有整車廠中最為積極兩方（根據(jù)公開資料，Model 3 及比亞迪漢車型已經(jīng)搭載了 SiC 模塊的主逆變器），未來 SiC 器件滲透率有望繼續(xù)加速。未來華為、蘋果等大廠及小鵬、蔚來等高端造車新勢(shì)力設(shè)計(jì)的整車也有望大量采用 SiC。而非豪華品牌 A 級(jí)（包含）及以下車型采用 SiC 的可能性很小。考慮到成本更高，對(duì)空間和續(xù)航里程敏感度更低等因素，在商用車方面，我們預(yù)計(jì) SiC 滲透率將整體低于乘用車；

 

第三，從零部件種類來看，主逆變器（Inverter）會(huì)先進(jìn)行 SiC 替換，由于車載充電機(jī) （OBC）、直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC）、快充（Booster）等工作頻率高，從 SiC 高頻性能來看要優(yōu)于 Si 基材料，同樣存在較大替換空間；

 

第四，從器件類型及價(jià)值量來看，主逆變器中由于搭載 SiC 模塊，半導(dǎo)體價(jià)值量最高， 而車載充電機(jī)、直流轉(zhuǎn)換器等部分僅搭載單管器件，整體價(jià)值量不及主逆變器。

 

 

以 65nm 制程為例，目前 12 英寸硅片（拋光片）售價(jià)僅在 100 美元左右，而最終的晶圓售價(jià)高達(dá) 1,500 美元，原因在于 Si 集成電路工藝歷經(jīng)多次刻蝕、光刻、清洗等前道處理步驟， 在硅片表面制作器件的附加價(jià)值量高。而 SiC 僅被用于制造分立器件，其本身工藝難度并不大（SiC MOSFET 仍是橫向平面工藝器件），襯底及外延質(zhì)量則從很大程度上決定了最終的器件性能。根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，由于 SiC 襯底及外延生長(zhǎng)溫度高、速度慢、良率低等原因， 從價(jià)值量上看，2020 年 2,500 美元售價(jià)的 SiC 晶圓成品中，襯底片價(jià)值量約 1,100 美元，外 延片價(jià)值量約 500 美元，合計(jì)價(jià)值量達(dá) 1,700 美元，約占整體晶圓成品價(jià)值量的 63%。因 此，我們認(rèn)為 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)地位至關(guān)重要，且從投資回報(bào)情況來看，SiC 基襯底的投入產(chǎn)出比要優(yōu)于 Si，部分企業(yè)的投入產(chǎn)出比可以接近 1：1 水平（1 元人民幣的投資對(duì)應(yīng) 1 元年收入），是一個(gè)優(yōu)良的賽道。

 

結(jié)合我們對(duì) SiC 器件市場(chǎng)規(guī)模的測(cè)算及對(duì)襯底/外延部分價(jià)值量的假設(shè)，我們預(yù)計(jì) 2025 年中國(guó)本土新能源車用 SiC 襯底/外延片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 26 億/39 億人民幣。

 

 

SiC 襯底主要分為導(dǎo)電型和半絕緣型兩類，新能源車用半導(dǎo)體器件基于導(dǎo)電型碳化硅襯底制造。具體應(yīng)用形式來看，導(dǎo)電型 SiC 襯底一般會(huì)再生長(zhǎng) SiC 外延層得到 SiC 外延片，主要用于制造耐高溫、耐高壓的功率器件，應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、 航空航天等領(lǐng)域；而在半絕緣型 SiC 襯底上，通常會(huì)上生長(zhǎng) GaN 外延層，制得 SiC 基 GaN 外延片，可進(jìn)一步制成微波射頻器件，應(yīng)用于 5G 通訊、雷達(dá)等領(lǐng)域。

 

導(dǎo)電型及半絕緣型 SiC 襯底在制作工藝上存在較大差異。在主流的物理氣相傳輸法（PVT） 長(zhǎng)晶工藝中，半絕緣型 SiC 襯底的生長(zhǎng)對(duì)原材料碳化硅粉末純凈度要求高，同時(shí)需要在生長(zhǎng)過程中加入釩雜質(zhì)，摻雜工藝難度大。而導(dǎo)電型襯底相對(duì)容易獲得，但需要對(duì)摻雜有較好的控制，且功率器件需要在較大襯底上生產(chǎn)才具備經(jīng)濟(jì)效益，SiC 單晶擴(kuò)徑問題也是壁壘。除了主流 PVT 生長(zhǎng)方法外，我們也看到一些新工藝的進(jìn)步，目前日本電裝（DENSO）等企業(yè)正在利用高溫化學(xué)氣相沉積方法（HTCVD）將高純氣態(tài)碳源和硅源在高溫結(jié)合，來得到 高阻值的碳化硅單晶，且生長(zhǎng)速率能達(dá)到 1.0mm/h-3.0mm/h，值得長(zhǎng)期關(guān)注。但綜合考慮成本、良率及工藝成熟度等問題，我們認(rèn)為目前 PVT 方法仍為市場(chǎng)主流技術(shù)。

 

碳化硅襯底市場(chǎng)以海外廠商為主導(dǎo)，中國(guó)企業(yè)市場(chǎng)份額現(xiàn)較小。碳化硅襯底產(chǎn)品的制造涉及設(shè)備研制、原料合成、晶體生長(zhǎng)、晶體切割、晶片加工、清洗檢測(cè)等諸多環(huán)節(jié)，需要長(zhǎng)期的工藝技術(shù)積累，存在較高的技術(shù)及人才壁壘。自 1955 年首次在實(shí)驗(yàn)室成功制備碳化硅單晶以來，美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家與地區(qū)不斷創(chuàng)新碳化硅晶體的制備技術(shù)與設(shè)備， 形成了較大優(yōu)勢(shì)；而中國(guó)碳化硅晶體的研究從 20 世紀(jì) 90 年底末才起步，2000 年以后開始工業(yè)化生產(chǎn)的探索。根據(jù) Yole Development 數(shù)據(jù)，2020 年上半年 Wolfspeed（Cree 全資子 公司）市占率達(dá)到 45%以上，國(guó)內(nèi)龍頭天科合達(dá)和山東天岳的合計(jì)市場(chǎng)份額不到 10%。

 

山東天岳、爍科晶體（中電科孵化）、河北同光（中科院半導(dǎo)體所孵化）現(xiàn)有主要產(chǎn)品為高純半絕緣襯底，而天科合達(dá)（中科院物理所孵化）、世紀(jì)金光主要產(chǎn)品為導(dǎo)電型襯底。當(dāng)前中國(guó)企業(yè)與 Wolfspeed 在技術(shù)研發(fā)上仍有較大差距，但差距正在逐步縮小，8 英寸碳化硅襯底研發(fā)及量產(chǎn)落后 3 年。以頭部企業(yè)天科合達(dá)/世紀(jì)金光為例，根據(jù)天科合達(dá)招股書披露，公司于 2006 年開始小批量生產(chǎn) 2 英寸碳化硅襯底，分別于 2017 年及 2019 年開始大批量生產(chǎn)導(dǎo)電型及絕緣型 4 英寸碳化硅襯底，2020 年實(shí)現(xiàn) 6 英寸碳化硅襯底大批量生產(chǎn)。

 

而根據(jù)公開資料，世紀(jì)金光于 2020 年實(shí)現(xiàn) 6 英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)6。對(duì)比國(guó)際一線廠商， 天科合達(dá) 2 英寸產(chǎn)品落后 16 年（國(guó)際廠商 19 世紀(jì) 90 年代開始），4 英寸落后 7 年（國(guó)際 廠商 2010 年開始），6 英寸時(shí)間進(jìn)一步縮短至 5 年（國(guó)際廠商 2015 年開始）。Wolfspeed 于 2019 年 10 月推出 8 英寸碳化硅襯底樣品，并計(jì)劃于 2022 年量產(chǎn)，而天科合達(dá)于 2020 年 1 月開始進(jìn)行研發(fā)，計(jì)劃于 2022 年 6 月完成研發(fā)，屆時(shí)中美兩國(guó)差距有望進(jìn)一步縮小。

 

 

結(jié)合我們對(duì) 2025 年器件市場(chǎng)空間及單晶圓售價(jià)假設(shè)，我們測(cè)算出 2025 年中國(guó)新能源車及快充樁對(duì) SiC 導(dǎo)電型襯底的年需求量高達(dá) 79 萬片 6 寸晶圓。而由于 SiC 長(zhǎng)晶、外延、前道 技術(shù)處理綜合良率大幅不如硅基器件，目前良率水平僅在 50%左右（我們預(yù)計(jì) 2025 年有望 提升至 70%），實(shí)際 SiC 導(dǎo)電型襯底年產(chǎn)能需求將超過 113 萬片 6 寸晶圓，市場(chǎng)空間十分可觀。根據(jù)我們產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研的不完全統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)本土SiC襯底供應(yīng)商已經(jīng)有6家投入量產(chǎn)， 有公開數(shù)據(jù)披露的 2025 年產(chǎn)能規(guī)劃合計(jì)基本與屆時(shí)新能源車及快充樁需求相當(dāng)。但考慮到 新能源發(fā)電、工業(yè)電源等應(yīng)用場(chǎng)景中 SiC 仍然對(duì) Si 基器件有大量替換空間，我們認(rèn)為國(guó)內(nèi)廠商現(xiàn)有導(dǎo)電型 SiC 產(chǎn)能規(guī)劃仍存在缺口。

 

SiC 產(chǎn)業(yè)鏈主要包含以下四個(gè)環(huán)節(jié)：襯底生長(zhǎng)、外延生長(zhǎng)、器件設(shè)計(jì)及制造（或分工完成， 采用一體化的 IDM 模式）。中國(guó)本土目前企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的全覆蓋布局，但在較大尺寸導(dǎo)電型襯底（6 寸及以上）、MOSFET 器件設(shè)計(jì)制造上與海外同業(yè)者相比仍存在較大進(jìn)步空間。