电子行业专题分析特斯拉新动态促进行业发展

　　（报告出品方：东方证券）1特斯拉事件：碳化硅何去何从？
　　特斯拉下一代汽车平台或将减少75碳化硅。美国时间3月1日，特斯拉举办投资者大会，特斯拉表示2022年Model3成本已经降低30，下一代汽车生产成本将下调超50，降低驱动单元造价是特斯拉控制生产成本重要一环。特斯拉提出下一代动力总成将在不损害汽车性能和效率的情况下，碳化硅器件将下降75（75reductioninsiliconcarbide），总成本将减少1000美元。然而，我们认为特斯拉可能不会大幅减少器件数量（75），而是得益于SiCMOSFET供应商的进步，将芯片面积和SiC总成本大幅降低。
　　碳化硅性能优异，是制作高压高频高温器件的理想材料。碳化硅是由硅元素和碳元素组合而成的一种化合半导体材料。在耐高压、耐高频、耐高温方面具有独特优势。1）耐高压：碳化硅阻抗更低，禁带宽度更大，能承受更大的电流和电压，带来更小尺寸的产品设计和更好效率；2）耐高频：碳化硅不存在电流拖尾现象，能够提高元件的开关速度，是硅开关速度的310倍，从而适用于更高频率和更快的开关速度；3）耐高温：碳化硅拥有高导热率，相较硅来讲，能在更高的温度下工作。因此，碳化硅能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求，有望成为被广泛使用的半导体芯片基础材料。
　　2018年特斯拉将碳化硅导入Model3，新能源车企竞相布局碳化硅器件。特斯拉Model3首次采用意法半导体和英飞凌的SiC逆变器。相较于SiIGBT，碳化硅模块开关损耗降低75、系统效率提升5、尺寸更小。在特斯拉导入碳化硅器件后，多家新能源汽车厂商纷纷跟进。2020年，比亚迪将自主研发制造的SiCMOSFET功率器件搭载在汉EV四驱高性能版上，实现了200KW的输出功率，功率密度提升一倍。
　　成本昂贵叠加供应紧张倒逼特斯拉加大研发力度。碳化硅技术可以大幅提升电池续航能力、降低电池生产成本。在800V充电架构下，碳化硅相较于硅基IGBT能耗低、效率高；碳化硅器件节省无源元器件、冷却系统等成本，整体主驱逆变器系统综合成本比硅基方案系统成本更低；碳化硅方案有助于压缩驱动电机重量，与硅基IGBT方案相比，其制造的高速电机重量下降三分之一。特斯拉动力总成副总裁柯林坎贝尔表示：碳化硅晶体管是关键但昂贵的部件。由于碳化硅价格昂贵、晶圆尺寸较难扩展，存在碳化硅器件产能无法供应汽车出货量风险，因而特斯拉优化碳化硅部件、降低碳化硅成本势在必行。
　　对于特斯拉来说，只有碳化硅器件成本降低，供应商供给能力增强，才能凭借成本和规模优势渗透到更大的市场。因此，我们认为特斯拉未来的技术路线并非是直接减少75的碳化硅使用量，而是通过芯片尺寸缩小、封装技术增强、母线电压提升等一系列手段，将芯片面积和SiC总成本大幅降低。具体来看，特斯拉及供应商在中短期可能通过模块封装技术优化、缩小芯片面积来降低碳化硅成本，中长期可以通过提升器件电压、提升衬底和外延制造效率来降低碳化硅器件成本。
　　1）受益于SiCMOSFET供应商技术进步，碳化硅用量压缩、成本下降。特斯拉减少碳化硅器件用量可能得益于SiCMOSFET供应商技术进步。近年来，特斯拉供应商意法半导体的SiCMOSFET芯片尺寸一直在缩小，如果按照第3代MOSFET面积是第2代的14来算，芯片面积刚刚好缩小了75。MOSFET发展途径是：持续降低比电阻，功率不变情况缩小芯片面积。目前SiCMOSFET已发展到第三代，英飞凌和罗姆技术路线是从平面栅向沟槽栅过渡；安森美是改变元胞形状和沟槽栅。
　　2）模块散热能力提升将减少碳化硅器件用量。碳化硅芯片缩小导致发热密度急剧增加，因而要求同等功率下，其单位面积导热能力要求提高37倍。碳化硅导热系数和熔点较高，其耐受结温超500。目前大多碳化硅器件标称最高结温在200左右，并未发挥碳化硅器件良好性能。根据业界研究，通过采用绑定缓冲层、双面散热等技术，碳化硅功率模块导热能力可提高10倍，电流能力可提高15倍。特斯拉可能通过Tpak等模块封装技术优化来压缩碳化硅器件尺寸和用量，已开发定制化模块封装技术，使得模块总体热阻最小化、导热率最大化，相较于市面上碳化硅功率模块产品，该封装散热能力提升至两倍左右，这意味着模块封装中的碳化硅晶片用量将有所下降。特斯拉的封装技术让单管可经受住长达5年的可靠性检验。
　　3）800V母线电压的提升将减少碳化硅器件用量。特斯拉Model3采用400V电压架构和650VSiCMOSFET，共使用48颗碳化硅器件。假设未来升级至800V电压架构，则需要配套1200VSiCMOSFET，碳化硅器件用量可减少一半。
　　4）碳化硅器件成本逐步下调，渗透增加。碳化硅制备难度大、长晶速度慢、损失率高，导致碳化器件价格高昂、渗透率较低。根据我国第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）数据显示，SiC功率器件最主要的原材料成本SiC衬底、外延片的价格近年来持续下降，原因有：第一，伴随大直径衬底占比不断提高，衬底单位面积生长成本下降；第二，单晶的平均可用厚度仍会持续增加，这将不断降低单位面积衬底成本；第三，衬底质量和晶片供货量的提高，以及外延晶片成品率的提高，推动SiC器件成本逐步降低。未来SiC各环节成本有望持续下降，并迎来对于下游产业的加速渗透。
　　2碳化硅大势所趋，发展空间广阔
　　2。1欧美厂商高度垄断，国产化加速
　　Wolfspeed垄断SiC衬底与外延片市场，欧美企业主导SiC器件市场。从衬底到器件环节，目前Wolfspeed、ST及罗姆等海外头部企业占据产业链主要份额。其中，因布局较早，良率与产能规模全球领先，Wolfspeed在SiC衬底及外延片市场一家独大。下游器件领域，欧美日企业领先，整体市占率达到95，意法半导体作为特斯拉SiC功率器件的主要供应商，市场占有率排名第一，达到41。
　　国际主流厂商大幅扩产，释放抢占SiC市场信号。国际企业大力完善第三代半导体产业布局，计划大幅扩产来强化竞争优势，以抢夺日渐增长的市场份额。安森美表示22年将SiC产能扩充4倍；意法半导体计划到2024年将SiC晶圆产能提高到2017年的10倍，SiC营收将达到10亿美元。在国际大厂加速扩产的背景下，SiC产业格局逐渐迎来空前重构和变化。
　　国内厂商加速布局，发展空间巨大。国内企业也在积极研发和探索SiC器件的产业化，已经形成相对完整的SiC产业链体系，部分产业节点已有所突破。SiC衬底方面，天岳先进在半绝缘SiC衬底的市场占有率连续三年保持全球前三；天科合达在国内率先成功研制6英寸SiC衬底，并已实现26英寸SiC晶片的规模化生产和器件销售。SiC外延片方面，厦门瀚天天成与东莞天域可生产26英寸SiC外延片。SiC器件方面，国内厂商主要有泰科天润、瀚薪、扬杰科技、中电55所、中电13所、科能芯、时代电气等。模组领域，目前SiC市场斯达半导、河南森源、常州武进科华、时代电气处于起步阶段。中国厂商在围绕SiC衬底生产上正在缩短与国外差距，未来若能在6英寸和8英寸的SiC晶圆良率和成本上进一步实现突破是竞争的关键。
　　2。2新能源车驱动SiC器件规模快速扩张
　　全球SiC器件市场发展迅猛，2027年有望增长至63亿美元。受益于5G通信、国防军工、新能源汽车和新能源光伏等领域的发展，SiC器件市场规模增速可观。Yole数据显示，2021年全球SiC功率器件市场规模为11亿美元，预计2027年将增长至63亿美元，CAGR约34。整体电动车相关领域（包括主逆变器、OBC、DCDC转换器等）SiC市场规模有望在2027年达到50亿美元，2127年CAGR为39。
　　全球新能源汽车终端需求火热，车用SiC晶圆需求攀升。根据EVTank数据，新能源汽车2026年销量将达到3157万辆，2126年CAGR为37。随着新能源车渗透率不断升高，以及整车架构朝800V高压方向迈进，SiC器件在车载逆变器等领域有望迎来规模化发展。据TrendForce数据，2025年全球电动车市场对6英寸SiC晶圆需求可达169万片，2125年CAGR为94。
　　国内新能源车市场规模快速增长，SiC功率器件有望进一步突破。根据中汽协数据，2022年中国新能源汽车销量将达到689万辆，预计2026年中国新能源汽车销售量将达到汽车销售总量的近50。根据DIGITIMESResearch预测，2025年电动汽车用SiC功率半导体将占整车用功率半导体的37以上，高于2021年的25。国内新能源车市场具备领先优势，随着渗透率的进一步提升以及汽车电子化程度的持续推进，国内车用SiC器件规模有望快速突破。
　　多维度优势赋能车用SiC器件。SiC功率器件在新能源汽车中展现出独特优势，其应用场景包括：电机驱动系统逆变器、电源转换系统（车载DCDC）、车载充电系统（OBC）及非车载充电桩等。从材料来看，SiC相对于硅材料拥有更高的击穿场强、更高的热导率以及更高的电子饱和漂移速度；从电路损耗来看，在同等条件下，SiC功率器件能大幅减小电路开关的能量损耗（下降85）；从设备空间来看，采用SiC功率器件的DCDC转换器、车载充电机以及电机控制器分别能加减小设备20、40、64的系统空间；从电池转化效率来看，集成了SiC器件的模块能帮助系统提升6的电力转换效率。
　　新能源车高电压平台大势所趋，SiC器件彰显优势。近年来各车企纷纷通过提升功率来缓解新能源汽车的续驶焦虑和充电焦虑，而功率的增加一般有两种路径，即提高电流或电压。然而，大电流可能会导致较大的核心部件热损耗，因此高电压电气平台成为了首选。高电压平台要求电驱动系统的耐压性也要随之提升，而硅基器件无法承载电压的大幅升高，故SiC应用将逐步替代硅基IGBT成为关键。相比之IGBT，SiC体积小、功率密度高、耐高压和高温能力强，可助力新能源车实现更长的续航里程、更短的充电时间和更强的动力性能。国内外车企纷纷布局800V高压平台，SiC大规模车载应用可期。在相同功率下，800V电压平台较400V电压的电流减半，电池充电热量降低，且低成本、轻量化、EMC干扰的降低，以及效率和续航的提升，让充电补能体验大幅增强。2019年保时捷Taycan推出全球首款800V高电压电气架构，支持350kw大功率快充，15分钟内电量可充到80。近年来比亚迪、奥迪、吉利、小鹏等一众车企也纷纷开始布局800V高电压平台，预计各大车企基于800V高压平台方案将在2022年之后陆续上市，SiC作为800V平台架构的最佳拍档有望大放异彩。
　　800V高压平台需要电源产品配套升级，充电桩等迎来发展良机。当动力电池电压平台升级到800V，当前的OBC、DCDC及充电桩等电源产品都需要从400V等级提升至符合800V电压平台的应用，SiC器件由于其优异的特性也将开始大规模的应用。以充电桩为例，800V高压充电桩在设计架构上区别于400V的重要特点是需要配置SiCMOSFET，以达到更快的充电速度和更好的器件耐压性。22年Wolfspeed宣布参与搭载SiC技术的直流快速充电桩项目，总功率可达350kW，成本可降低2030。国内车企也开始发力，广汽埃安于2021年8月发布480kW超级充电桩，小鹏也宣布22Q4起部署480kW高压超充桩，实现充电5分钟续航200公里。
　　3投资分析
　　3。1斯达半导：积极布局碳化硅市场，长期成长动能充足
　　公司获多个主控制器用车规级SiCMOSFET模块项目定点。2021年公司在机车牵引辅助供电系统、新能源汽车行业控制器、光伏行业推出的各类SiC模块得到进一步的推广应用。2022年上半年公司应用于乘用车主控制器的车规级SiCMOSFET模块开始大批量装车应用，同时公司新增多个使用车规级SiCMOSFET模块的800V系统的主电机控制器项目定点，将对公司未来车规级SiCMOSFET模块销售增长提供持续推动力。
　　定增项目保障SiC芯片自主可控，产品供应能力和竞争力有望进一步提高。公司车规级SiC模块虽已获得多个项目定点并拿到批量订单，但车规级SiC模块中所使用的SiCMOSFET芯片仍为进口芯片。公司预计投入5亿元新建厂房及仓库等配套设施，购置光刻机、涂胶显影机、铝刻蚀机、高温注入机等设备，开展SiC芯片的研发和产业化。项目建设周期3年，达产后预计将形成年产6万片6英寸SiC芯片生产能力，对应6。6亿元营收和1。8亿元净利润。本次募投项目量产后，公司将拥有自主的车规级SiCMOSFET芯片，利用目前公司在新能源汽车客户和项目资源，进一步提高公司车规级SiC模块的供货保障能力以及产品竞争力。
　　3。2中瓷电子：注资碳化硅IDM企业
　　中瓷电子拟购买北京国联万众半导体科技有限公司94。6029股权，布局第三代半导体SiC模块。国联公司是国内领先的半导体IDM平台，依托多年技术积累研发生产拥有自主知识产权的碳化硅电力电子芯片及器件。公司正在进行芯片制造及封装测试专业化生产线建设，建成后将具备碳化硅功率模块设计、制造和封装测试整体能力，年测试封装SiC功率模块2。4万块。公司SiC功率模块包括650V、1200V和1700V等系列，其产品应用于新能源汽车、工业电源、新能源逆变器等领域。主要客户包括比亚迪、智旋等。
　　该项交易进一步引领碳化硅功率模块在新能源汽车领域的应用。国联万众将成为中瓷电子旗下的碳化硅功率模块设计生产平台，其研发生产的碳化硅二极管产品已投入市场，为格力等公司提供产品试用，并将基于顺义科技园区的协同作用利用国内和国际资源打造第三代半导体材料应用联合创新基地，形成产学研用完整链条及跨界应用。
　　3。3华润微：发力碳化硅业务，自研产品持续突破
　　碳化硅业务前景向好，公司相应产品销量倍增。华润微作为国内半导体IDM龙头企业，功率器件产品研发与销售具备先发优势。其功率器件事业群在第三代化合物半导体器件领域取得技术和产业化的显著突破，自主研发的新一代SiCJBS器件综合性能达到业界先进水平，产品在充电桩、太阳能逆变器、通信电源等工控领域获得客户端的广泛认可，公司前三季度SiC销售额约有3倍增长，预计2023年碳化硅MOS的销售占比会有较大提升。
　　一二代产品销售量产，后续产品正继续快速推进。公司自主研发的第一代650V、1200VSiCJBS产品已取得销售，21年末公司正式对外发布SiCMOSFET产品，目前第二代碳化硅二极管1200V650V平台已系列化三十余颗产品，在充电桩、光伏逆变、工业电源等领域实现批量供货。公司第三代半导体产品产业化和平台化战略继续高歌前进。
　　3。4中微公司：开发SiC专用MOCVD设备
　　中微公司主要从事高端半导体设备及泛半导体设备的研发、生产和销售。公司基于在半导体设备制造产业多年积累的专业技术，涉足半导体集成电路制造、先进封装、LED外延片生产、功率器件、MEMS制造以及其他微观工艺的高端设备领域。1）等离子体刻蚀设备：已应用于国际一线客户从65纳米到14纳米、7纳米和5纳米及更先进的集成电路加工制造生产线及先进封装生产线。2）MOCVD设备：在行业领先客户的生产线上大规模投入量产，公司已成为世界排名前列的氮化镓基LED设备制造商。截至2022年6月底，公司设备累计付运台数达2654个反应台，在客户73条生产线全面量产。
　　中微公司积极布局SiC材料功率器件外延生长设备和技术研发，牵头人具有25年以上相关经验。根据公司公告，公司将总投资37。56亿元用于中微临港总部和研发中心项目，其中部分资金用于公司7类新产品的研发项，其中一种就是宽禁带功率器件外延生长设备，主要包括SiC材料功率器件的外延生长设备和技术的研发。该项目牵头人具有25年以上化合物半导体材料外延工艺开发、设备研发及营运的经验。目前项目处于研究阶段，已拥有10余项专利技术储备，预计将持续至2025年底。
　　3。5天岳先进：国内领先的SiC衬底企业
　　天岳先进主要从事SiC衬底的研发、生产和销售，产品可广泛应用于微波电子、电力电子等领域。凭借卓越的研发及创新能力，天岳先进已成为全球为数不多的掌握半绝缘型和导电型SiC衬底、产品尺寸较全的SiC衬底生产商。1）半绝缘型：在发达国家对我国实行技术封锁和产品禁运的背景下，公司自主研发出半绝缘型SiC衬底产品，实现了我国核心战略材料的自主可控。2）导电型：公司已成功掌握导电型SiC衬底材料制备的技术和产业化能力。在优先保障半绝缘型SiC衬底材料战略供应之余，进行导电型SiC衬底材料的研发和小批量销售，目前正在电力电子领域客户中进行验证。
　　天岳先进半绝缘型产品已实现对国内下游核心客户的批量供货，并获得国外知名半导体公司认可。公司通过持续的技术研究和产品开发，于2015年实现了4英寸半绝缘型SiC衬底的量产能力。2018年，公司通过下游行业主要的领先客户A的验证并开始批量供货。随后，公司又获得下游行业主要客户B的认证，并获得大批量订单，国内市场份额进一步提升。根据yole报告统计，2021年公司在半绝缘SiC衬底领域，市场占有率连续三年保持全球前三。
　　天岳先进导电型SiC衬底部分送样已陆续通过客户验证，正加快提升导电型衬底产能建设。2022年7月，公司与某客户签署重大合同，23年至25年向合同对方销售6英寸导电型SiC衬底产品（用于功率），预计三年合计含税销售金额为13。9亿元。此外，2021年公司募投资金25亿元用于SiC半导体材料项目。该项目主要用于生产6英寸导电型SiC衬底材料，预计2022Q3实现一期项目投产，于2026年达产后，将新增SiC衬底材料产能约30万片年，将用于满足下游电动汽车、新能源并网、智能电网、储能、开关电源等SiC电力电子器件应用领域的广泛需求。未来，产能的逐步投产将有助于天岳先进市场占有率的进一步提高。
　　3。6闻泰科技：SiC二极管产品已经出样
　　闻泰科技主营业务包括半导体IDM、光学影像、通讯产品集成三大业务板块。目前已经形成从半导体芯片设计、晶圆制造、封装测试、半导体设备，到光学影像、通讯终端、笔记本电脑、IoT、服务器、汽车电子产品研发制造于一体的全产业链布局。旗下安世半导体是全球知名的半导体IDM公司，是原飞利浦半导体标准产品事业部，有60多年半导体研发和制造经验，客户超过2。5万个，产品种类超过1。5万种，每年新增800多种新产品，全部为车规级产品。
　　安世半导体SiC技术研发进展顺利，SiC二极管产品已经出样。2021年，闻泰科技半导体业务研发投入8。37亿元，进一步加强了在中高压MOSFET、化合物半导体SiC和GaN产品、IGBT以及模拟类产品的研发投入。在化合物半导体产品方面，闻泰目前已推出硅基氮化镓功率器件（GaNFET），已通过AECQ认证测试并实现量产，并协同产业合作伙伴完成了GaN在电动车逆变器、电控、电源等方案的设计工作。SiC技术研发也进展顺利，SiC二极管产品已经出样IGBT产品方面，目前产品流片已经完成，正处测试验证阶段。新的模拟IC类产品也正处在加速研发推进中。
　　（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
　　精选报告来源：【未来智库】。