行業(yè)背景

｜SiC：第三代半導(dǎo)體之星，高壓、高功率應(yīng)用場(chǎng)景下性能優(yōu)越

碳化硅是第三代半導(dǎo)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(dǎo)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(lái)的1/10，導(dǎo)通電阻可至少降低至原來(lái)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(lái)主要應(yīng)用領(lǐng)域有電動(dòng)汽車(chē)/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)等。

｜碳化硅應(yīng)用領(lǐng)域豐富，市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大

據(jù)Yole 統(tǒng)計(jì)，2020年 SiC碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模約7.1 億美元，預(yù)計(jì)2026年將增長(zhǎng)至 45億美元，2020-2026年 CAGR 近36%。其中，新能源汽車(chē)是SiC功率器件下游最重要的應(yīng)用市場(chǎng),預(yù)計(jì)需求于2023 年開(kāi)始快速爆發(fā)。

｜新能源車(chē)：滲透率快速提升，是碳化硅市場(chǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力

SiC功率器件主要應(yīng)用于新能源車(chē)逆變器，搭載碳化硅功率模塊；部分用于DC/DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和車(chē)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(jì)性問(wèn)題，現(xiàn)今隨著晶圓生產(chǎn)制造成本下行、與硅基器件價(jià)差持續(xù)縮小，同時(shí)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(chē)價(jià)值躍升等附加價(jià)值，碳化硅器件已具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

單車(chē)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(chē)企應(yīng)用還較少的情況，綜合預(yù)估中國(guó)新能源汽車(chē)SIC市場(chǎng)將從2020 的 14.6億元增長(zhǎng)到 2024年的 164.7億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)83.2%。

｜新能源車(chē)：滲透率快速提升，是碳化硅市場(chǎng)的重要驅(qū)動(dòng)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(duì)應(yīng)單車(chē)消耗約0.25 片 6英寸 SiC襯底。如未來(lái)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(chē)SiC 器件使用量將達(dá)到100-150 顆，市場(chǎng)需求將進(jìn)一步擴(kuò)大（單車(chē)消耗有望達(dá)0.5 片 6英寸 SiC 襯底）。

假設(shè)2022 年 Model3/Model Y 產(chǎn)量 150萬(wàn)輛，單車(chē)消耗0.25 片 6英寸 SiC晶圓，則對(duì)應(yīng)一年消耗6 英寸 SiC37.5 萬(wàn)片，目前全球 SiC晶圓總產(chǎn)能約在 50~60萬(wàn)片/年，供給端產(chǎn)能吃緊。

｜光伏：全球光伏新增裝機(jī)容量持續(xù)上升，碳化硅應(yīng)用市場(chǎng)空間廣闊

碳化硅主要應(yīng)用于光伏逆變器，可提升轉(zhuǎn)換效率、降低系統(tǒng)成本。基于硅基器件的傳統(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(lái)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(shè)備循環(huán)壽命，降低生產(chǎn)成本。據(jù)CASA 預(yù)測(cè)，到2048 年，光伏逆變器中碳化硅功率器件占比可達(dá)85%。

碳化硅在光伏領(lǐng)域中主要應(yīng)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(yù)測(cè)的碳化硅在光伏逆變器的滲透率，測(cè)算全球光伏領(lǐng)域碳化硅市場(chǎng)規(guī)模，2025年有望達(dá)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(jī)車(chē)大功率交流傳動(dòng)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(yīng)用需求。經(jīng)裝車(chē)試驗(yàn)測(cè)試，中車(chē)株洲所與深圳地鐵集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的地鐵列車(chē)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(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，如果全國(guó)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(gè)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(yùn)輸部提出和發(fā)布的預(yù)期成果包括：形成碳化硅器件應(yīng)用技術(shù)路線及電力電子變壓器應(yīng)用技術(shù)路線；通過(guò)3-5 年時(shí)間，在動(dòng)車(chē)和城軌牽引系統(tǒng)中完成碳化硅MOSFET 裝車(chē)應(yīng)用。

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

｜充電樁：充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速增長(zhǎng)，碳化硅應(yīng)用前景廣闊

中國(guó)充電樁市場(chǎng)規(guī)模在2015 年至 2020年總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，由2015 年的 12.5億元增長(zhǎng)到 2020年的 65.3億元，CAGR 達(dá)到39.2%。根據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2021 年 12月，全國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施保有量達(dá)261.7 萬(wàn)臺(tái)，聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計(jì)上報(bào)公共類(lèi)充電樁114.7 萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)56.4%，其中直流充電樁47.0 萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)52.1%。碳化硅主要應(yīng)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(shí)間，有望實(shí)現(xiàn)加速滲透。根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》指引和工信部的規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2025 年我國(guó)車(chē)樁比應(yīng)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(rùn)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(guò)散熱性能和所占空間節(jié)省成本。根據(jù)CASA 的測(cè)算，2019年碳化硅在直流充電樁的充電模塊滲透率約10%，預(yù)期未來(lái)隨著成本的降低，滲透率將進(jìn)一步提升。根據(jù)測(cè)算，2025年我國(guó)應(yīng)用于直流充電樁的碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)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(yīng)用廣闊，帶動(dòng)碳化硅襯底市場(chǎng)

全球氮化鎵射頻器件市場(chǎng)快速擴(kuò)張，碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）是主流產(chǎn)品和技術(shù)解決方案。據(jù)Yole 預(yù)測(cè)，到2023 年，氮化鎵射頻器件的市場(chǎng)規(guī)模將占3W 以上射頻功率市場(chǎng)的45%，到 2024年，全球氮化鎵射頻器件市場(chǎng)將達(dá)到20 億美元，2018-2024年 CAGR 約21%。未來(lái) 10年內(nèi)，氮化鎵將成為射頻應(yīng)用的主流技術(shù)。

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

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