碳化硅器件企業(yè)匯總

行業(yè)背景

｜SiC：第三代半導體之星，高壓、高功率應用場景下性能優(yōu)越

碳化硅是第三代半導體材料，相比傳統(tǒng)的硅材料（Si），碳化硅（SiC）的禁帶寬度是硅的3 倍；導熱率為硅的4-5 倍；擊穿電壓為硅的8-10 倍。相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET 與硅基MOSFET 相比，其尺寸可大幅減小至原來的1/10，導通電阻可至少降低至原來的1/100。相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET 較硅基IGBT 的總能量損耗可大大降低70%。

碳化硅功率器件將極大提高現(xiàn)有使用硅基功率器件的能源轉(zhuǎn)換效率，未來主要應用領域有電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)等。

｜碳化硅應用領域豐富，市場規(guī)模不斷擴大

據(jù)Yole 統(tǒng)計，2020年 SiC碳化硅功率器件市場規(guī)模約7.1 億美元，預計2026年將增長至 45億美元，2020-2026年 CAGR 近36%。其中，新能源汽車是SiC功率器件下游最重要的應用市場,預計需求于2023 年開始快速爆發(fā)。

｜新能源車：滲透率快速提升，是碳化硅市場的重要驅(qū)動力

SiC功率器件主要應用于新能源車逆變器，搭載碳化硅功率模塊；部分用于DC/DC轉(zhuǎn)換器、電機驅(qū)動器和車載充電器(OBC)，搭載單管器件。

此前影響碳化硅器件放量的主要約束為成本經(jīng)濟性問題，現(xiàn)今隨著晶圓生產(chǎn)制造成本下行、與硅基器件價差持續(xù)縮小，同時若考慮散熱系統(tǒng)成本節(jié)約、空間節(jié)約、電驅(qū)系統(tǒng)性能提升和整車價值躍升等附加價值，碳化硅器件已具有一定競爭優(yōu)勢。

單車SIC主逆變器約5000元，OBC和DC/DC約800元，考慮目前特斯拉約100%滲透率、比亞迪30%滲透率、其它車企應用還較少的情況，綜合預估中國新能源汽車SIC市場將從2020 的 14.6億元增長到 2024年的 164.7億元，年均復合增長率達83.2%。

｜新能源車：滲透率快速提升，是碳化硅市場的重要驅(qū)動力

目前特斯拉Model 3 的 SiCMOSFET 只用在主驅(qū)逆變器電力模塊上，共48 顆SiCMOSFET，對應單車消耗約0.25 片 6英寸 SiC襯底。如未來延伸用在包括OBC、DC/DC轉(zhuǎn)換器、高壓輔驅(qū)控制器、主驅(qū)控制器、充電器等，單車SiC 器件使用量將達到100-150 顆，市場需求將進一步擴大（單車消耗有望達0.5 片 6英寸 SiC 襯底）。

假設2022 年 Model3/Model Y 產(chǎn)量 150萬輛，單車消耗0.25 片 6英寸 SiC晶圓，則對應一年消耗6 英寸 SiC37.5 萬片，目前全球 SiC晶圓總產(chǎn)能約在 50~60萬片/年，供給端產(chǎn)能吃緊。

｜光伏：全球光伏新增裝機容量持續(xù)上升，碳化硅應用市場空間廣闊

碳化硅主要應用于光伏逆變器，可提升轉(zhuǎn)換效率、降低系統(tǒng)成本?；诠杌骷膫鹘y(tǒng)逆變器成本雖較低（僅占系統(tǒng)10%左右），卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源之一。數(shù)據(jù)顯示，在光伏逆變器中使用碳化硅功率器件可使轉(zhuǎn)換效率從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，大幅提高設備循環(huán)壽命，降低生產(chǎn)成本。據(jù)CASA 預測，到2048 年，光伏逆變器中碳化硅功率器件占比可達85%。

碳化硅在光伏領域中主要應用于組串式光伏逆變器和集中式光伏逆變器。參考CIIA 光伏逆變器中的組串式和集中式的占比、CASA預測的碳化硅在光伏逆變器的滲透率，測算全球光伏領域碳化硅市場規(guī)模，2025年有望達到 75.4億人民幣。

｜軌交：節(jié)能、高效助推碳化硅滲透軌交牽引系統(tǒng)

牽引變流器是機車大功率交流傳動系統(tǒng)的核心裝備，碳化硅器件由于具有高溫、高頻和低損耗特性，能夠降低牽引變流器綜合能耗，提升系統(tǒng)的整體效能，符合軌道交通大容量、輕量化和節(jié)能的應用需求。經(jīng)裝車試驗測試，中車株洲所與深圳地鐵集團聯(lián)合研發(fā)的地鐵列車全碳化硅牽引逆變器在節(jié)能化方面表現(xiàn)優(yōu)異，同比硅基IGBT 牽引逆變器的綜合能耗降低10%以上，中低速段噪聲下降5 分貝以上，溫升降低40℃以上。

根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會的數(shù)據(jù)，如果全國城軌全面采用碳化硅，僅2019 年就可節(jié)省15.26 億度電，節(jié)省的電量足夠整個北京的軌道交通使用。碳化硅滲透軌道交通得到政策支持，2021年 8月，交通運輸部提出和發(fā)布的預期成果包括：形成碳化硅器件應用技術路線及電力電子變壓器應用技術路線；通過3-5 年時間，在動車和城軌牽引系統(tǒng)中完成碳化硅MOSFET 裝車應用。

在軌交牽引變流器領域，2025年全球碳化硅器件市場規(guī)模將達到33.8億元，5 年CAGR 為 29.2%；到2025 年，中國軌交牽引系統(tǒng)碳化硅器件市場規(guī)模將達到11.3 億元，5年 CAGR 為29.5%

｜充電樁：充電基礎設施產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速增長，碳化硅應用前景廣闊

中國充電樁市場規(guī)模在2015 年至 2020年總體呈增長趨勢，由2015 年的 12.5億元增長到 2020年的 65.3億元，CAGR 達到39.2%。根據(jù)中國充電聯(lián)盟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2021 年 12月，全國充電基礎設施保有量達261.7 萬臺，聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計上報公共類充電樁114.7 萬臺，同比增長56.4%，其中直流充電樁47.0 萬臺，同比增長52.1%。碳化硅主要應用于直流充電樁中，其高功率能夠提升充電效率、縮短充電時間，有望實現(xiàn)加速滲透。根據(jù)國務院發(fā)布的《2030年前碳達峰行動方案》指引和工信部的規(guī)劃，預計到2025 年我國車樁比應在2:1 到 3:1之間，到 2030年接近 1:1的合理值。

參考泰科天潤提供的一款基于碳化硅的直流快速充電樁，輸出功率為60kw，其體積比同樣輸出功率的硅基充電樁小30-35%左右，因而能夠通過散熱性能和所占空間節(jié)省成本。根據(jù)CASA 的測算，2019年碳化硅在直流充電樁的充電模塊滲透率約10%，預期未來隨著成本的降低，滲透率將進一步提升。根據(jù)測算，2025年我國應用于直流充電樁的碳化硅功率器件市場規(guī)模將達到27.1億元，2020-2025年 CAGR 為72.7%。

｜射頻：5G基站端氮化鎵射頻器件應用廣闊，帶動碳化硅襯底市場

全球氮化鎵射頻器件市場快速擴張，碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）是主流產(chǎn)品和技術解決方案。據(jù)Yole 預測，到2023 年，氮化鎵射頻器件的市場規(guī)模將占3W 以上射頻功率市場的45%，到 2024年，全球氮化鎵射頻器件市場將達到20 億美元，2018-2024年 CAGR 約21%。未來 10年內(nèi)，氮化鎵將成為射頻應用的主流技術。

GaNHEMT 是 5G基站射頻功放主流技術，碳化硅襯底作為主流解決方案，市場空間將持續(xù)突破。綜合工信部數(shù)據(jù)，根據(jù)我們測算，到2023 年，中國5G 射頻領域碳化硅襯底市場規(guī)模將達到20.9 億元，2020-2023年 CAGR 達17.4%。

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