黄金十年：SiC功率大力扩产应对需求爆发

强驴

2021-11-01 13:54·远瞻智库

（报告出品方/作者：国盛证券 郑震湘 佘凌星 刘嘉元）

一、汽车电子驱动SiC功率市场黄金十年

1.1 功率器件下游应用分布广泛，需求景气度抬升

化合物半导体主要应用于（1）光电子，如 LED、激光器等；（2）射频通信，如 PA、 LNA。开关、滤波器等；（3）电力电子，如二极管、MOSFET、IGBT 等。

GaAs、GaN 受益于 5G 终端及基站，SiC 受益于新能源汽车。

第二代化合物 GaAs 相对成熟，主要用于通讯领域，全球市场容量接近百亿美元，受益于射频芯片尤其是 PA 升级驱动。

GaN 大功率、高频性能更出色，主要应用于军事领域，受益于基站 PA 对高频、 高压需求；SiC 主要作为高功率半导体材料应用于汽车以及工业电力电子，在大功率转 换应用中具有巨大的优势，有望受益于新能源汽车。

第三代化合物半导体渗透率稳步提升。

根据 Yole 和 Omdia，2020 年 SiC 和 GaN 功率半导体全球市场将增长至 8.54 亿美元，其中 SiC 电力电子市场规模约 7.03 亿美元，到 2025 年有望超过 30 亿美元。

综合 Yole、IHS、Gartner 等多家三方机构数据，2020 年全球功 率半导体器件市场规模约 180~200 亿美元，SiC、GaN 电力电子器件渗透率约为 4.2%~4.5%，同比提升 1%。

国内第三代半导体市场快速成长，渗透率仍有较大提升空间。

根据 CASA 统计，2020 年 我国第三代半导体电力电子和射频电子总产值超过 100 亿元，同比增长 69.5%。

其中， SiC、GaN 电力电子产值规模达 44.7 亿元，同比增长 54%，衬底材料约 2.2 亿元，外延 及芯片约 5 亿元，器件及模组约 7.2 亿元，装臵约 30 亿元，与前几年相比，中下游的增 速加快。据中国半导体行业协会数据，2020 年国内 SiC、GaN 电力电子器件渗透率仅 1.56%，低于全球的 4.2%~4.5%的水平，仍有较大上升空间。

根据 CASA，未来 5 年 SiC、GaN 电力电子器件应用市场有望以 45%的 CAGR 增长到 2025 年的超过 300 亿元 市场规模。

第三代半导体材料器件在新能源汽车、太阳能光伏和消费类电源（PFC）三个领域应用 取得较大进展。

我国第三代半导体电力电子器件领域主要应用于新能源汽车、消费类电 源（PFC）、光伏逆变器、快充电源、工业级商业电源等。

其中，新能源汽车是第三代半导体电力电子器件领域最大的市场，规模约为 15.8 亿元，占到整个第三代半导体电力电子器件市场规模的 38%。

随着 SiC 分立器件或模块在汽车 逆变器、车载充电器（OBC）和 DC/DC 转换器中被广泛使用，CASA 预计国内 SiC 汽车 领域 CAGR 有望达到 30.6%，到 2025 年市场规模超 45 亿元，预计全球汽车 SiC 功率半 导体市场预计将以 38.0％的 CAGR 增长至 2025 年超过 100 亿元市场规模。

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1.2 碳化硅：高压、大功率器件核心材料

SiC 作为第三代化合物半导体，相比 Si 具有大禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率三 个最显著特征。

4H-SiC 的禁带宽度是 Si 的 3 倍，因此 SiC 材料能够在更高温（如汽车电 子）下稳定工作。

SiC 的临界击穿场强可以达到 Si 的 10 倍，与 Si 器件相比，SiC 可以在 更高杂质浓度、更薄漂移层厚度的情况下制作出高耐压功率器件。

从而同时实现“高耐 压”、“低导通电阻”、“高频”三个特性。SiC 的导热率可达 Si 的 3 倍，因此能够提高热 传导能力。

随着电子元器件集成度提升，功率和密度增大，单位体积发热量增加，高导 热率的材料有利于元器件向更小型化发展。

SiC 在高电压、高功率领域应用具有优势。

由于 SiC 材料具有耐高温、耐高压、低导通 电阻（低开关损耗）、高频等优良特性，因此应用于汽车电子、光伏、轨道交通、工业控 制等领域将带来比 Si 材料更显著的优势。

目前 SiC 半导体仍处于发展初期。

SiC 衬底处于行业上游，1970 年代 SiC 单晶生长方法 取得突破，1990 年代 SiC 衬底实现产业化。SiC 衬底本身具有较高的成本。

SiC 外延材 料和 SiC 基电力电子器件性能及其可靠性仍然受到衬底结晶缺陷、表面加工质量的制约。

晶圆生长过程中易出现材料的基面位错，以致 SiC 器件可靠性下降。另一方面，晶圆生 长难度导致 SiC 材料价格昂贵，想要大规模得到应用仍需一段时期的技术改进。

目前市场上 SiC 产品主要包括 SiC 二极管、SiC MOSFET、SiC 二极管与 SiC MOSFET 构成的全 SiC 模块、以及 SiC 二极管与 Si IGBT 构成的混合模块这四大类产品。

SiC 裸 片目前主要出售给大客户。SiC 二极管在挖矿机、数据中心电源、充电桩中有批量的商 业应用。

SiC MOSFET 应用于光伏逆变器、充电桩、电动汽车充电与驱动、电力电子变 压器等。

SiC 二极管在功率因素校正（PFC）中应用较广，是 SiC 器件主要的应用领域。

当前的 SiC 器件主要包括纯肖特基接触的 SBD 器件和带有 p 型注入的结势垒型 JBS 器件。电压 集中在 650V、1200V。

SiC MOSFET 兼具耐高压和无尾电流的优点。

Si 材料器件会随着电压增加，单位面积导 通电阻增加，因此 600V 以上的电压中主要采用 IGBT，IGBT 导通电阻比 MOSFET 还要 小，但缺点在于关断时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。

SiC 器件漂移层电阻 比 Si 器件低，SiC MOSFET 能够实现高耐压和低导通电阻，且 MOSFET 原理上不产生尾 电流，所以用 SiC-MOSFET 替代 IGBT 能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的 小型化。

SiC MOSFET 相比 IGBT，还能在高频条件下驱动，从而实现无源器件的小型化。与 600V～900V 的 Si MOSFET 相比，SiC MOSFET 芯片面积更小（可实现小型封装），且体 二极管的恢复损耗非常小，适用于工业机器电源、高效率功率调节器的逆变器或转换器 中。

目前 SiC 基电力电子器件已经广泛应用于光伏、功率因子校正电源、汽车、风电及 牵引机车行业。

汽车领域已经较为广泛搭载 SiC SBD 和 SiC MOSFET。

据 Yole 统计，2018 年，国际上 有 20 多家汽车厂商已经在车载充电机（OBC）中使用 SiC SBD 或 SiC MOSFET。

此外， 特斯拉 Model 3 的逆变器采用了意法半导体生产的全 SiC 功率模块，该功率模块包含两 个采用创新芯片贴装解决方案的 SiC MOSFET，并通过铜基板实现散热。

目前针对车用 电机控制器的 SiC 模块主要包括：650V、900V 和 1200V 三个电压等级，电流从几十安 培到几百安培不等。

SiC 和 GaN 这两种第三代半导体材料均可作为 MOSFET 器件材料。

基于其自身特性的差 异，600~900V 应用采用 GaN 器件的居多，900V 以上应用采用 SiC 器件的居多。

此 外，当前已有较多的 GaN FET 器件应用在高端的 DC-DC 转化器中，SiC MOSFET 的使用 也会逐渐增多，但分别应用在不同的场景和领域：SiC MOSFET 主要应用在高压大电流 的模块，GaN FET 主要应用在高频的模块。

在高压、超高压器件，SiC 的优势尤为明显。

目前 600V、1200V、1700V SiC 器件已实 现商业化，预期未来 3300V（三菱电机已经生产出来）和 6500V 级、甚至万伏级以上的 应用需求将快速提升。

SiC 混合模块的电流可以做到 1000A 以上，与相同电流电压等级 的 Si 模块比较，性能优势较为明显，成本和可靠性方面相对于全 SiC 模块较易被用户接 受，因此，在要求有高电能转换效率的领域具有较大的应用市场。

随着 SiC 产品向高压 大容量方向发展，SiC 产品的应用领域、应用量都会越来越多。但在 600V 及以下小容量 换流器中，在面临现有 Si MOSFET 强有力竞争之外，还可能会受到 GaN 器件的冲击。

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1.3 多因素推动，SiC 大规模运用甜蜜点到来

尽管 SiC 功率器件在性能上有诸多优势，但此前 SiC 的发展主要受到价格、晶圆质量、 工艺技术等限制，没有被大规模使用。

近两年，起步较早的 Wolfspeed、Rohm、英 飞凌等海外厂商不断进行产品迭代，产品性能、质量持续提升；晶圆良率提升，尺寸升 级，产能扩充，衬底价格快速下探，我们认为 SiC 器件广泛应用的甜蜜点已经到来。

1.3.1 产品升级迭代，性能及稳定性提升打开更大应用市场空间

自 Wolfspeed 发布 2011 年发布业界首款 SiC MOSFET 以来，罗姆、三菱电机、意法半 导体、英飞凌等陆续也推出 SiC 功率产品并持续进行迭代。

衬底质量不断提升。

SiC 外延材料和 SiC 基功率器件性能及可靠性受到衬底结晶缺陷、表 面加工质量的制约，晶圆生长过程中易出现材料的基面位错，以致 SiC 器件可靠性下降。

2020 年以来，国外 6 英寸 SiC 衬底产品已实现商用化，主流大厂陆续推出 8 英寸衬底样 品并开始投建 8 英寸 SiC 晶圆产线，微管密度达到 0.6cm-2。SiC 外延方面，6 英寸产品 实现商用化。

国内 SiC 商业化衬底仍然以 4 英寸为主，并逐步向 6 英寸过渡，微管密度 小于 1 个/cm2，衬底可用面积实现 95%。

研发方面，实现了高质量 6 英寸衬底材料的制 备，微管密度为 0.5 个/cm2，螺位错密度为 1200 个/cm2。

SiC 功率晶体设计不断迭代，产品性能持续提升。

随着 SiC 功率晶体设计的不断发展， 各厂商近年来持续进行产品升级迭代，可靠性和性能大幅提升。

目前已量产的增强型碳 化硅功率晶体的晶粒结构主要有平面式（planar）和沟槽式（trench）两种。平面式结构设计较为简单，沟槽式在制造过程中多一步栅槽刻蚀工艺。

沟槽式结构能够更有效利用较高的电子迁移率，达到更低的通态电阻。

以 Rohm 的第三 代沟槽栅极 SiC MOSFET 为例，相比第二代产品，第三代采用了沟槽型栅极结构，将 RonA 减小了一半，获得相同导通电阻所需要的芯片面积有所减小，还可以降低成本。

此外， Rhom 通过采用特殊双沟槽结构（Double trench），解决了沟槽栅极 MOSFET 结构底部 的栅极氧化膜在关断时会承受较高的电场，难以保证长期可靠性的问题（英飞凌采取非 对称沟槽式（Asymmetric Trench）结构解决这一问题）。

英飞凌依托在 Si 基功率器件领域强大实力，2016 年推出的 SiC MOSFET 产品基于 CoolSiC™沟槽栅设计，面向光伏逆变器、电池充电设备及储能装臵，其系统性能在功率 转换开关器件的优值系数（FOM）值上取得了巨大改进，从而带来更高的效率和功率密 度，以及更低的系统成本。

英飞凌即将推出的第二代产品已经处于成熟开发阶段，性能 预计较第一代再提升 25-30%，同时可靠性进一步提升，有望打开更大的应用市场空间。

1.3.2 SiC 成本下降迎来价格甜蜜点

Die Size和成本是SiC技术产业化的核心变量。我们比较目前市场主流1200V硅基IGBT 及 SiC 基 MOSFET，可以发现 SiC 基 MOSFET 产品较 Si 基产品能够大幅减少 Die Size， 且表现性能更好。

但是最大阻碍仍在于 Wafer Cost，根据 yole development 测算，单片 成本 SiC 比 Si 基产品高出 7~8 倍。

目前 SiC 主流尺寸处于 4 英寸向 6 英寸过渡阶段。

单晶尺寸的增加往往会伴随结晶质量 的下降，SiC 衬底从 1~8 英寸不等，主流尺寸为 4~6 英寸。由于尺寸越大，生产效率越 高，但生产品质控制难度越高，因此目前 6 英寸主要用于二极管，4 英寸主要用于 MOSFET。

由于 6 英寸的硅晶圆产线可以升级改造成用于生产 SiC 器件，所以预计 6 英寸 SiC 衬底 的高市占率会维持较长时间。

未来 5 年内驱动 SiC 器件市场增长的主要因素将由 SiC 二极管转变为 SiC MOSFET。

目前，SiC 电力电子器件市场的主要驱动因素是功率因数校正（PFC）和光伏应用中大规 模采用的 SiC 二极管。

然而，得益于 SiC MOSFET 性能和可靠性的提高，3~5 年内，SiC MOSFET 有望在电动汽车传动系统主逆变器中获得广泛应用，未来 5 年内驱动 SiC 器件 市场增长的主要因素将由 SiC 二极管转变为 SiC MOSFET。

SiC 成本下降依赖于尺寸增加、可用厚度增加和缺陷密度下降。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。单晶可用厚度在不断增加。以直径 100mm 单晶 为例，2015 年前大部分单晶厂商制备单晶平均可用厚度在 15mm 左右，2017 年底已经 达到 20mm 左右。

伴随衬底结晶缺陷密度下降的同时，工艺复杂程度增加。在大部分衬底提供商完成低缺陷密度单晶生长工艺及厚单晶生长工艺研发后，衬底单位面积价格会 迎来相对快速的降低。

SiC 电力电子器件价格进一步下降，与同类型 Si 器件价差缩小。

根据 CASA，Mouser， 从公开报价来看，2020 年底 650V SiC SBD 均价为 1.58 元/A，同比下降 13.2%，与 Si 器件的价差约 3.8 倍；1200V SiC SBD 均价为 3.83 元/A，同比下降 8.6%，与 Si 器件的 差距约 4.5 倍。

根据 CASA 调研，实际成交价低于公开报价，650V SiC SBD 实际成交价 格约 0.7 元/A，1200V SiC SBD 价格约 1.2 元/A，约为公开报价的 60%-70%，同比则下 降了 20%-30%，实际成交价与 Si 器件价差已经缩小至 2-2.5 倍之间，已经达到了甜蜜 点。

若考虑系统成本（周边的散热、基板等）和能耗等因素，SiC 产品已经具备一定竞 争力，随着产业链技术更加成熟和产能不断扩充，未来在下游新能源汽车、光伏逆变、 消费类电子等市场应用有望加速渗透。

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1.4 新能源汽车是 SiC 器件最重要驱动力

随着全球对于气候变暖、二氧化碳减排的认知不断提升，各国政府陆续推出一系列燃油 车禁售目标及新能源车补贴措施，例如我国《新能源汽车产业发展规划（2020-2035）》 提出到 2025 年新能源汽车新车销量占比达到 25%左右。

车企也纷纷制定新能源车销量 占比目标，例如奥迪预计到 2025 年其新能源车型销量占比达到 40%，沃尔沃计划 2025 年达到 50%，2030 年达到 100%，宝马预计到 2030 年新能源车型销量占比达到 50% 等等。新能源汽车的高速发展为第三代半导体功率器件带来广阔应用空间。

新能源汽车将是 SiC 器件需求规模大幅增长的主要推动力。

按照 SiC 功率器件应用发展 来看，初期 SiC 器件主要用于 PFC 电源领域，过去十年 SiC 在光伏及一些能源储存系统 中被广泛，未来十年，新能源汽车、充电设施、轨道交通将是 SiC 器件需求规模大幅增 长的主要推动力。

根据 Yole，2019 年 SiC 全球市场规模超过 5.4 亿美元，到 2025 年将 达到 25.6 亿美元，CAGR 30%，其中新能源汽车占比最高，2025 年市场规模将达到 15.5 亿美元，CAGR 38%，充电桩增速高达 90%。

新能源汽车系统架构中涉及到 SiC 应用的系统主要有电机驱动器、车载充电器（OBC） /非车载充电桩和电源转换系统（车载 DC/DC）。

Si IGBT 具有导通压降小、耐压高、开 关速度快的优势，目前大量应用于新能源汽车的 OBC、DC/DC 和电机控制器中。

未来 SiC 器件将在新能源汽车应用中具有更大优势。IGBT 是双极型器件，在关断时存 在拖尾电流，因此关断损耗大。

MOSFET 是单极器件，不存在拖尾电流，SiC MOSFET 的导通电阻、开关损耗大幅降低，整个功率器件具有高温、高效和高频特性，能够提高 能源转换效率。

电机驱动：电机驱动中使用 SiC 器件的优势在于提升控制器效率，提升功率密度和开关 频率，减少开关损耗以及简化电路散热系统，从而降低成本、大小，改善功率密度。

丰田的 SiC 控制器将电驱动控制器体积减小 80%。

电源转换：车载 DC/DC 变换器的作用是将动力电池输出的高压直流电转换为低压直流电， 从而为动力推进、HVAC、车窗升降、内外照明、信息娱乐和一些传感器等不同系统提供 不同的电压。

使用 SiC 器件可降低功率转换损耗并实现散热部件的小型化，从而减小变 压器体积。

充电模块：

车载充电器和充电桩使用 SiC 器件，能够发挥其高频、高温和高压的优势， 采用 SiC MOSFET，能够显著提升车载/非车载充电机功率密度、减少开关损耗并改善热 管理。

根据 Wolfspeed，汽车电池充电机采用 SiC MOSFET 在系统层面的 BOM 成本将降 低 15%；在 400V 系统相同充电速度下，SiC 充电量较硅材料可以翻倍。

- 非车载直流快速充电机：

将输入的外部 AC 转换为电动汽车所需的 DC 电源，并将其 存储在电池中。SiC 的高开关速度是新型快速充电器的核心。

车载蓄电池充电机（OBC）：

将来自电池子系统的 DC 电源转换为主驱动电机的 AC 电源。在插入外部电源充电时，OBC 的整流电路将 AC 电源转换为 DC 电源，为蓄电 池充电。

OBC 系统还可以通过再生制动收集车辆动量产生的动能，并送到电池。与 硅相比，SiC OBC 体积小 60％，器件热量和能量损失都更少。

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特斯拉引领行业潮流，率先在逆变器上使用 SiC。

特斯拉 Model 3 的电驱动主逆变器采 用意法半导体的全 SiC 功率模块，包含 650V SiC MOSFET，其衬底由科锐提供。

目前特 斯拉仅在逆变器中引用了 SiC 材料，未来在车载充电器（OBC）、充电桩等都可以用到 SiC。

大陆电动车龙头厂比亚迪汉四驱版是国内首款在电机控制器中使用自主研发SiC模块的 电动汽车。

借助 SiC 的低开关及导通损耗及高工作结温特性，汉 EV 的 SiC 模块同功率情 况下体积较硅 IGBT 缩小一半以上，功率密度提升一倍。

根据比亚迪，公司计划到 2023 年，在旗下所有电动车中用 SiC 功率半导体全面替代 IGBT。

2020 年 12 月，比亚迪半导 体公布目前在规划自建 SiC 产线，预计 2021 年建成自有 SiC 产线。

目前汽车 SiC 模块供应链厂商主要从四个维度进军市场。

SiC 模组厂商与 Tier 1 厂商合作：以罗姆为代表，2020 年 6 月，罗姆与大陆集团 （Continental）动力总成事业群纬湃科技（Vitesco Technologies）达成合作协议， 共同开发 SiC 动力解决方案，纬湃科技将首选合作伙罗姆提供的 SiC 功率器件，提 升电动汽车功率电子效率；

领先功率器件及模块厂商：

在全球 Si 功率器件领先的英飞凌、安森美、ST 意法半 导体等厂商在 SiC 材料功率器件同样具备优势。

衬底厂商垂直整合：

以 II-VI 为代表，通过收购 SiC 器件厂商，及 GE 的 SiC IP 授权， 垂直整合 SiC 业务；

电动汽车 OEM 厂商同时也是 Tier 1：

例如比亚迪，不仅是整车厂，比亚迪半导体具 备自主研发 SiC 模块能力。

车用 SiC 器件渗透率提升有望带来市场规模快速扩张。

据 Yole 统计，新能源汽车是 SiC 功率器件下游最重要的应用市场，预计到 2024 年新能源车用 SiC 功率器件市场规模将 达到近 12 亿美元。

2018 年国际上有 20 多家汽车厂商已经在车载充电机（OBC）中使用 SiC SBD 或 SiC MOSFET。

目前以特斯拉 Model 3、比亚迪汉为代表的车型在逆变器中采用 SiC 功率模块只是车用 SiC 器件的起步，未来随着 SiC 在车载充电器、DC/DC 转换以 及充电桩中渗透率提升，市场空间有望快速扩大。

仅考虑逆变器的使用，新能源车将消耗绝大部分 SiC 衬底产能；如果考虑车载 OBC、 充电桩、DC/DC 的 SiC 使用渗透提升，需求量将更大。

从产能角度来看，以特斯拉 Model 3 为例估算，根据拆解图，主逆变器中有 24 个 SiC 模块，每个模块 2 个 SiC MOSFET， 共需要 48 颗芯片。

一个 6 寸片面积约为 8.8 辆车所消耗的 SiC MOSFET 芯片面积，假设 10%边缘损耗和 60%良率，则单个 6 寸片足够供应约 4.7 辆车。Model 3/Y 2019 年交货 量 30 万辆，消耗 6.4 万片 SiC，约占当年全球产能 24%。

尽管 SiC 产业链在快速扩产， 预计 2025 年产能为 2019 年的 10 倍，中期测算，仅考虑逆变器的搭载，新能源汽车将 占 SiC 衬底产能 50%。

根据 Yole 及科锐业务情况，科锐预计到 2024 年，其 SiC 晶圆可服务市场规模约 11 亿美 元，SiC 器件可服务市场规模达到 50 亿美元。

考虑降价因素 2025 年新能源汽车 SiC 需求中枢在 59~65 亿美元。

我们假设 2025 年 全球新能源汽车出货量 1800 万~2000 万辆，考虑 SiC 晶圆随着技术成熟价格下降，假 设单价约 2000 美元/片，则预计到 2025 年新能源汽车仅逆变器 SiC 需求空间弹性中枢 在 59~65 亿美元。

此外，新能源汽车 DC/DC、车载充电器系统及充电桩中 SiC 的应用将 进一步提升新能源车用 SiC 市场规模！

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二、产业链大力扩产应对需求爆发，国内企业有望同步成长

SiC 上游处于供不应求阶段，诸多硅电力电子厂商积极参与。

目前，国外已有超过 30 家公司具备 SiC 材料、器件制造能力，并从事相关商业活动。现有硅电力电子器件龙头制造商或多或少地活跃在 SiC 领域。

目前有包括 Infineon、Rohm、Cree、STM 等 20 家 企业提供 SiC 肖特基二极管产品。 据 CASA，2020 年国内投产 3 条 6 英寸 SiC 晶圆产线，到 2020 年底，国内至少已有 8 条 6 英寸 SiC 晶圆制造产线（包括中试线），另有约 10 条 SiC 生产线正在建设。

国内 600~3300V SiC SBD 的产业化初见成效，开始批量应用，面向电网的 6.5kV SiC SBD 正 在研发。国内企业也已经研发出 1200V/50A SiC MOSFET。

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2.1 外资厂商主导 SiC 市场，大力扩产迎接需求

科锐：全球 SiC 衬底龙头企业，引领行业升级 营收连续五个季度环比增长。

公司2022 财年第⼀ 季度营收1.57亿美元，环比增长7.4%， 同比增长 35.6%。

单季度 Non-GAAP 净亏损 2380 万美元，Non-GAAP 毛利率 33.5%， Q2 为 32.3%，资本开支 2.09 亿美元。

展望下季度，公司预计营收区间为 1.65 至 1.75 亿美金，环比再提升，单季度 Non-GAAP 净亏损收窄至 1900-2300 万美元。 与通用汽车达成战略合作。

2021 年 10 月，Wolfspeed 宣布与通用汽车达成一项战略供应商协议，Wolfspeed 降维为通用汽车的未来电动汽车计划开发并提供碳化硅功率器件解决方案，Wolfspeed 碳化硅器件将赋能通用汽车电动汽车动力系统。

更 名 Wolfspeed ， 战 略 重 大 转 变 ， 第 三 代 化 合 物 半 导 体 成 核 心 业 务 。

科 锐 （Cree|Wolfpseed，美）是目前全球最大的 SiC 衬底制造商，公司 1987 年成立于达勒姆， 创始人曾在北卡罗来纳州立大学从事 SiC 物理特性相关科研工作。

公司技术最初商业化 用于 LED 市场，小部分产品进入军用和航空航天领域，后进入照明市场。

近年来，科锐 战略发生重大转变，2021 年 10 月，公司公告正式更名 Wolfpseed，Wolfspeed 原本是 Cree 的主营第三代化合物半导体业务的子公司，公司在 2019 年出售了照明业务，2020 年 10 月宣布出售 LED 业务，足见公司在第三代化合物半导体领域的信心。

Wolfspeed 业务的竞争对手包括其他材料供应商，如 II-VI 公司和日本 Rohm，在功率器件领域，竞 争对手还包括英飞凌和意法半导体。

引领行业升级，向 8 英寸衬底发展。

Woldspeed 1991 年推出全球第一款商用 SiC 晶圆， 后陆续引领全球实现 2 英寸、4 英寸、6 英寸 SiC 单晶量产商用，8 英寸 SiC 单晶衬底也 已研制成功。

业务垂直涵盖衬底和器件。

Wolfspeed 第三代化合物射频和电力电子材料和器件业务分 为材料、射频产品、功率产品三部分。其中材料产品包括 4 英寸/6 英寸的硅基和 SiC 基 衬底，SiC 外延包括 n 型、p 型和厚膜外延以及氮化物异质外延。

Wolfspeed 功率产品包 括 SiC MOSFET 裸芯片、SiC MOSFET、SiC 模块、SiC 基肖特基二极管裸芯片、SiC 基肖 特基二极管以及栅极驱动板和参考设计，主要应用于汽车电子、工业和再生能源领域。

公司功率和射频产品主要由位于北卡罗莱纳州的自有工厂以及在加州 Morgan Hill 的 租赁工厂生产。其 LED 生产基地位于广东惠州。

Wolfspeed 有望 2022H1 率先实现 8 英寸 SiC 衬底量产。

Wolfspeed 是全球第一个推 出 8 英寸 SiC 衬底的厂商，根据公司最新法说会，Mohawk Valley 仍有望在 2022 年上半 年投产，代表着公司将在全球率先实现 8 英寸 SiC 衬底量产外售。

通常随着晶圆尺寸增加另存，成本会下降 35%-40%，预计 Wolfspeed 从 6 寸向 8 寸转移，成本将下降至少 50%。

需求旺盛，Wolfspeed 营收恢复增长。

复盘 Wolfspeed 季度营收、毛利率、ASP 及出 货量，第三代化合物半导体业务营收从 2019 年年中开始下滑，2019 年的下滑主要是因 为功率及射频需求减少，出货量降低，2020 年开始，受中美贸易摩擦、疫情影响，公司 营收同比下降，尤其是贸易摩擦，导致亚洲需求减少，部分客户调整供应链，转向其他 供应商。

2021 年以来，随着下游对功率及射频需求的增长，公司营收恢复增长。

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Wolfspeed 的竞争优势及壁垒在于：

1） 专利数量多：

截至 2019 年 6 月，Wolfspeed 拥有 1379 项美国授权专利和约 2394 项国外专利，最长有效期到 2039 年。

此外 Wolfspeed 还与 LED、SiC、GaN 和电源 设备市场的主要厂商达成了约 20 项专利及交叉许可协议。

2） 规模大、市占率高：

SiC 衬底全球市占率接近 60%，近年来有所下降，未来随着公 司大力扩产，聚焦 SiC 业务，有望维持高市占率。

3） 超过 20 年 SiC 领域经验积累：

SiC 衬底制造过程需要超高温控制，以提升结晶质 量；SiC 材料硬度高，需要掌握 SiC 划切技术（英飞凌曾收购具备可减少损耗的特 殊划切技术厂商 Siltectra）。

4） 车规级认证周期长、要求严格：

车规级 SiC 器件对产品性能要求高，具有认证周期 长，通过认证后与客户合作关系稳固长久的特点，目前 Wolfspeed 已有多款车规级 产品，在建的 North Fab 将满足车规级 8 寸工艺标准。

Wolfspeed 计划未来大幅扩产 30 倍（相比 2016Q3）。目前全球 SiC 衬底市场主要由 科锐主导，其市场份额占全球 6 成。

2019 年 5 月，科锐宣布未来 5 年投资 10 亿美元用 于扩大 SiC 产能，与 2016Q3 产能比，科锐 2024 年的 SiC、GaN Device（GaN on SiC RF）、 SiC 晶圆产能将分别最大扩大 30 倍。

Wolfspeed 同时扩产现有工厂和投建新工厂，扩厂 SiC 衬底及器件产能。Wolfspeed 10 亿 Capex 中 4.5 亿美元用于“North Fab”新工厂，增产 SiC 和 GaN 器件，同时筹备符 合车载认定要求的生产产线，预计在 2020 年开始生产。

预计到 2024 年 6 英寸 SiC 晶圆 产能将提高 30 倍，8 英寸 SiC 晶圆将会实现量产，产能将进一步提高。另外将对达勒姆 总部的园区内的现有工厂投资 4.5 亿美元，作为其 SiC 晶圆的第一个“Mega Factory”， 增加 SiC 晶圆产能。

剩下一亿美元用于其他领域相关业务投资。

除自用生产 SiC 器件外，Wolfspeed 与意法半导体、英飞凌、安森美等公司均签订长期 SiC 晶圆供货战略协议，为这些公司提供 6 寸 SiC 晶圆

II-VI：垂直布局 SiC 产业链，五年扩产 5~10 倍 美国 II-VI 公司成立于 1971 年，其主营业务包括光电材料和化合物半导体，产品应用于 光通信、工业、航空国防、消费电子等领域。

2020 财年总营收 23.8 亿美元，其中化合 物半导体营收占比 35%，约 8.3 亿美元。

垂直整合打通 SiC 产业链。

II-VI 在 SiC 领域有接近 20 年的研究经验，目前也已经研发 成功 8 寸 SiC 晶圆。

II-VI 在 SiC 的布局采用的是垂直整合的方式，在其衬底产能基础上， 2020 年 6 月，获得通用电气 SiC 器件及功率模组技术，2020 年 8 月收购 Ascatron（瑞 典）以及 INNOViON（美国）。

Ascatron 是瑞典国家科研所旗下公司，由宽带隙材料专家 团队带领，专注于 SiC 外延及器件。

INNOViON 是全球最大的离子注入服务供应商，全 球范围内有 30 台注入设备，技术覆盖从 2 英寸到 12 英寸晶圆，以及各种半导体材料， 包括硅、砷化镓、磷化铟和 SiC。通过垂直整合，预计公司未来将在 SiC 器件市场占据一 定份额。

未来五年衬底扩产 5-10 倍。

就 II-VI 公司衬底业务来讲，自 2014 年以来，其 SiC 衬底 产能平均每 18-24 个月翻倍，公司计划自 2020 年开始，5 年内 6 寸晶圆产能扩张 5-10 倍，同时扩大运用差异化的材料技术的 8 寸晶圆产能。

II-VI 的 SiC 产品应用领域聚焦射 频及汽车电子用功率半导体。

结合 Yole，Strategy Analytics，LightCounting 等数据，公 司预计化合物半导体及金刚石在射频及功率器件中的市场规模将在 2025 年达到 62 亿美 元。

SiC 衬底：价值量占比最高的环节，目前受海外龙头主导 SiC 衬底是 SiC 器件价值量最高的环节。

SiC 器件发展主要分为 3 个部分：SiC 单晶的制 备、SiC 晶体外延生长、SiC 电力电子器件应用。根据英飞凌，SiC 衬底目前仍是 SiC 器 件成本中占比最高的部分。

强驴

全球衬底市场仍由外资厂商主导。

SiC 衬底制备是生产 SiC 器件的关键技术，科学家最 早于 1955 年制备出 3C-SiC 孪晶，奠定了 SiC 发展基础，20 世纪 80 年代初，科研人员 制备出 SiC 晶体，全球对 SiC 的投入开始增加。根据 CASA，2020 年上半年科锐（45%）、 II-VI（13%）、罗姆（20%，收购 SiCrystal）三家占据全球 78%市场份额

SiC 器件：产业链垂直整合，加强布局迎接新能源汽车机会

全球 SiC 功率器件集中度高。SiC 功率器件方面，意法半导体占比最高，此外 Wolfspeed、 罗姆、英飞凌、三菱电机均占据一定市场份额，市场集中度同样较高。

我们认为，形成 这一格局的原因主要是：

意法半导体在 Si 基功率器件领域原本就具备优势，还成为特斯拉 Model 3 全 SiC 模 块的定制化供应商，此外 ST 与科锐、SiCrystal 自 2019 年 1 月以来签订了超过 6 亿 美元的 SiC 晶圆供应合同，提前锁定上游材料；

Wolfspeed 与罗姆自身有 SiC 衬底产能，具备从衬底到器件设计、生产的全产业链 能力；

II-VI 虽然具备衬底产能，但 2020 年才通过收购的方式垂直整合，未来也有望在器 件抢占部分市场份额；

英飞凌凭借其在功率器件方面的领先技术，通过与 Wolfspeed 合作，在器件领域占 比也较大。 产业链厂商通过上下游延伸，提升竞争力。

前面提到，II-VI 公司 2020 年收购 Ascatron 和 INNOViON，向下游器件延伸。罗姆收购 SiCrystal 获得 SiC 晶圆产能。

此外，英飞凌 在 2018 年 11 月收购 Siltectra，Siltectra 成立于 2010 年，具备一项能够大幅减少材料损 耗的切割晶体材料的技术，能使得 SiC 晶圆产出芯片数量在 2022 年增加 2 倍。

意法半 导体 2019 年 12 月收购瑞典 Norstel，Norstel 能够提供 6 寸 SiC 衬底及外延。头部厂商 积极进行产业链上下游延伸，以提升市占率。

积极扩产只待需求爆发。

无论是衬底厂商还是器件厂商，均在积极扩产，以承接未来 2-3 年后汽车电子、工业领域 SiC 器件应用需求的全面爆发。

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2.2 国内 SiC 产业链较完整，加速向国际水平看齐

三安垂直产业链布局，在国内具备显著优势。

三安光电是国内极少有的已形成 SiC 垂直 产业链布局的厂商，三安集成 2014 年成立，2018 年推出 SiC 二极管，目前已完成 650V 和 1200V 布局。

在长沙投资 160 亿于 SiC 等化合物三代半垂直产业链，资本开支力度远 超国外厂商。

湖南三安收购福建北电新材料 100%股权，向衬底等上游延伸。三年时间， 公司完成 SiC 器件产品线覆盖。

我们认为三安大力加快 SiC 垂直产业链布局及扩产，在 国内 SiC 产业链中具备技术及资金优势，同时产品具备国际竞争力，未来将充分受益新 能源汽车等需求爆发。 化合物半导体快速起量，持续加码布局。

2021H1，三安集成实现营收 10.2 亿元（不含泉州三安滤波器实现营收 1242.6 万元），同比大幅增长 170.6%，Q2 营收 6.1 亿元，环 比增长 48.4%，Q3 收入 6.5 亿元，同比翻倍以上增长。

公司 GaAs 已经达到 8000 片/ 月产能，覆盖 2G~5G、wifi 领域，国内外客户累计近 100 家。滤波器 SAW 和 TC-SAW 开拓客户 41 家。

光通讯产品 PD、VCSEL、DFB 稳步上升。电力电子产品 SiC、硅基 GaN 逐步进入量产阶段。光通信及 VCSEL 客户数量及质量逐步提升。

SiC 投资：长沙项目重点布局 SiC，整合材料公司。

三安集成是全球少数实现 SiC 从材料到封装一体化的半导体公司。

目前，三安集成是继 科锐、罗姆后，全球少数实现 SiC 垂直产业链布局的厂商，在国内更是行业先驱者。

与 Si 材料相比，SiC 晶圆生长速率满、晶锭长度短、晶圆大小受晶种限制，且硬度高，不 易切切割、研磨、抛光，进而影响 SiC 器件质量及稳定性，故目前衬底市场格局集中、 价格高企、产能有限。

三安具备的产业链一体化能力有利于增强品控、提高交货能力、 提升公司盈利能力。

三安集成实现国内 SiC 产业链一体化具有重要意义。

目前国内外产业链在各环节仍有一 定差距。国外衬底正从 6 英寸向 8 英寸转移，国内仍处于 4 英寸至 6 英寸过渡阶段；国 内外延质量较国外仍有提升空间；SiC 二极管国内外发展均较成熟，但国内 MOSFET 进 度较缓；封装设备国产化率低；国内 SiC 车规级产品可靠性验证经验欠缺；仅少数领域 应用开始渗透，未来批量应用空间更大。

国外 SiC 产业链各环节形成闭环反馈，有利于 加速研发及产品落地，三安集成的垂直产业链能力对于国内 SiC 产业链发展、公司技术 研发及产品商业化具有重要意义。