SiC行业深度报告：SiC全产业链拆解，新能源行业下一代浪潮

　　（报告出品方作者：财通证券，张益敏、吴姣晨）
　　1。SiC性能优异，材料升级势在必行
　　SiC是第三代宽禁带半导体材料，在禁带宽度、击穿场强、电子饱和漂移速度等物理特性上较Si更有优势，制备的SiC器件如二极管、晶体管和功率模块具有更优异的电气特性，能够克服硅基无法满足高功率、高压、高频、高温等应用要求的缺陷，也是能够超越摩尔定律的突破路径之一，因此被广泛应用于新能源领域（光伏、储能、充电桩、电动车等）。
　　1。1。什么是SiC
　　半导体材料按被研究和规模化应用的时间先后顺序通常分为三代。第一代：20世纪40年代，硅（Si）、锗（Ge）开始应用，硅的自然储量大、制备工艺简单，是当前产量最大、应用最广的半导体材料，应用于集成电路，涉及工业、商业、交通、医疗、军事等人类生产生活的各个环节，但在高频高功率器件和光电子器件应用上存在较大瓶颈。第二代：20世纪60年代，砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）在光电子、微电子、射频领域被用以制作高速高频、大功率以及发光电子器件，能够应用于卫星通信、移动通信、光通信、GPS导航等。由于GaAs、InP材料资源稀缺、价格昂贵、有毒性、污染环境，使得第二代半导体材料的应用具有一定的局限性。第三代：20世纪80年代，碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、金刚石（C）等为代表的宽禁带（Eg2。3eV）半导体迅速发展，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，满足高电压、高频率场景，应用于高电压功率器件、5G射频器件等领域。
　　与Si材料相比，SiC主要优势在于：1）SiC具有3倍于Si的禁带宽度，能减少漏电并提高耐受温度。2）SiC具有10倍于Si击穿场强，能提高电流密度、工作频率、耐压容量并减低导通损耗，更适合高压应用。3）SiC具有2倍于Si的电子饱和漂移速度，所以可工作频率更高。4）SiC具有3倍于Si的热导率，散热性能更好，能够支持高功率密度并降低散热要求，使得器件更轻量化。因此，SiC材料具有明显的材料性能优势，能满足现代电子对高温、高功率、高压、高频、抗辐射等恶劣条件要求，适用于5G射频器件和高电压功率器件，满足新能源领域（光伏、储能、充电桩、电动车等）对于轻量化、高能效、高驱动力等要求。
　　1。2。我们为什么要用SiC做器件
　　SiC器件包括二极管、晶体管和功率模块。2001年英飞凌最先发布SiCJBS产品；2008年Semisouth发布了第一款常关型的SiCJFET器件；2010年ROHM公司首先量产SiCMOSFET产品；2011年Cree公司开始销售SiCMOSFET产品，2015年ROHM继续优化推出了沟槽栅MOSFET。目前，SiCSBD二极管和MOSFET晶体管目前应用最广泛、产业化成熟度最高，SiCIGBT和GTO等器件由于技术难度更大，仍处于研发阶段，距离产业化有较大的差距。
　　SiC器件因其材料特性表现优越电气性能：1）导通、开关恢复损耗更低：宽带隙使得SiC器件漏电流更少，并且在相同耐压条件下，SiC器件的导通电阻约为硅基器件的1200，因此导通损耗更低；SiFRD和SiMOSFET从正向偏置切换到反向偏置的瞬间会产生极大的瞬态电流，过渡到反向偏置状态会产生很大损耗。而SiCSBD和SiCMOSFET是多数载流子器件，反向恢复时只会流过结电容放电程度的较小电流。并且，该瞬态电流几乎不受温度和正向电流的影响，无论在何种环境条件下都可以实现稳定快速（小于20ns）的反向恢复。根据ROHM，SiCMOSFETSBD的模组可以将开通损耗（Eon）减小34，因此恢复损耗低；SiC器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，根据ROHM，SiCMOSFETSBD的模组可以将关断损耗（Eoff）减小88，因此开关损耗更低。
　　2）器件得以小型化：SiC禁带宽度决定了它能够以更高的掺杂浓度、更薄的膜厚漂移层制作出600V以上的高压功率器件（对于相同耐压的产品、同样的导通电阻，芯片尺寸更小）；SiC饱和电子漂移速率高，所以SiC器件能实现更高的工作频率和更高的功率密度，因频率的提升减少了电感、变压器等外围组件体积，从而降低了组成系统后的体积及其他组件成本。SiC带隙宽并且导热率显著，不仅在高温条件下也能稳定工作，器件散热更容易，因此对散热系统要求更低。
　　3）SiC器件热稳定：SiCSBD与SiFRD开启电压都小于1V，但SiCSBD的温度依存性与SiFRD不同：温度越高，导通阻抗就会增加，VF值会变大，不易发生热失控，提升系统的安全性和可靠性。同等温度条件下，IF10A时SiC与硅二极管正向导通电压比对，SiC肖特基二极管的导通压降为1。5V，硅快速恢复二极管的导通压降为1。7V，SiC材料性能好于硅材料。此外，SiMOSFET的漂移层电阻在温升100时会变为原来2倍，但SiCMOSFET的漂移层电阻占比小，其他电阻如沟道电阻在高温时会稍微下降，n基板的电阻几乎没有温度依存性，因此在高温条件下导通电阻也不容易升高。
　　超越摩尔定律，新材料是突破路径之一。硅基器件逼近物理极限，摩尔定律接近效能极限。SiC器件作为功率器件材料端的技术迭代产品出现，能够克服硅基无法满足高功率、高压、高频、高温等应用要求的缺陷。
　　2。多领域需求驱动，SiC市场规模可达62。97亿美元
　　202127年全球SiC功率器件市场规模CAGR为34。SiC器件被广泛用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、国防军工等领域。Yole数据显示，全球SiC功率器件市场规模将由2021年的10。9亿美元增长至2027年的62。97亿美元，202127年CAGR34。此外，根据CASAResearch统计，2020年国内SiC、GaN电力电子器件市场规模约为46。8亿元，较上年同比增长90，占分立器件的比例为1。6。并且预计未来五年SiC、GaN将以45的年复合增长率增至近300亿元。
　　根据Yole，新能源汽车、光伏储能是SiC市场增长的主要驱动力。1）全球新能源汽车SiC功率器件市场规模2019年为2。3亿美元，占比为41。6，2021年6。8亿，占比为62。8，预计至2027年增加至49。9亿美元，占比提升至79。2，202127年CAGR为39。2。2）光伏储能是SiC功率器件第二大应用市场，2021年该全球市场规模为1。5亿美元，预计至2027年增加至4。6亿美元，202127年CAGR为20。0。据CASA预测，202126年中国第三代半导体电力电子市场将保持40年均增速，到2026年市场规模有望达500亿元。其中，车用第三代半导体市场将从40。5亿元增长至267。3亿元；充电桩用第三代半导体市场从0。54亿元增长至24。9亿元；光伏用第三代半导体市场从5亿元增长至20亿元。
　　2。1。新能源车是SiC器件应用的最大驱动力，或迎替代机遇
　　2。1。1。角度一：SiC电驱系统抢先上车，体积、损耗有效下降
　　SiC功率器件做电驱，电力损耗有效下降。新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括：电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载DCDC）和非车载充电桩。其中电驱是SiC功率器件最主要的应用部位，行业内也都率先在电驱采用SiC器件。根据美国能源部对纯电动车NissanLeaf的能耗分析，电驱能量损耗约为16，其中功率器件占其中的40，因此，电控里功率器件能量损耗约占整车的6。4。若使用SiC器件，通过导通开关等维度，总损耗相比硅器件下降70，全车总损耗下降约4。48，也相当于相同的电池容量下行驶里程提升比例。据汽车之家拆分，动力电池占纯电动汽车总成本的4050，假设某中高端电动车价格为20万元，电池成本约810万元，如以SiC方案提升里程5计算，相同性能的产品条件下，仅电池系统就为总成本节省40005000元。
　　采用SiC可减小电力电子系统体积、减少能量损失。SiC模块可以在实现50kHz以上的高频驱动（传统IGBT模块无法实现），推动电感等被动器件的小型化。另外，IGBT模块存在开关损耗引起的发热问题，只能按照额定电流的一半进行使用，而SiC模块开关损耗较小，即使在高频驱动时也无需进行大幅的电流降额，散热系统要求也相对较低，同样减小了SiC器件的体积。采用SiC模块可以加速高集成、高密度三合一电驱的推进，实现系统性体积的缩小，进而带来风阻（占驱动损耗的13）的减小，促进能量损耗进一步降低。
　　使用SiC并未增加整车成本。虽然SiC器件成本高于硅基器件，但使用SiC器件可以降低系统体积、降低电池损耗、提升续航里程，从而促进整车成本的降低。据Wolfspeed（Cree）测算，在新能源汽车使用SiC逆变器，可以提升510的续航，节省400800美元的电池成本，与新增200美元的SiC器件成本抵消后，还能实现200600美元的单车成本节约，未来，随着SiC规模化量产之后，成本有望逐步降低，将为整车成本创造更大空间。
　　SiC在城市工况、电池容量大、电压低的方向上能够提升更大系统效率。一方面，电池基础容量越大，可以提升的绝对里程数就越多；锂电池成本越高，可以节省的单位电池成本越大。另一方面，在固定电池电压后，电池功率近似跟输出电流能力成正比，输出电流能力近似跟芯片的使用数量成正比，功率约高则相应使用SiC器件越多，替换成本越高。此外，越是处于频繁开关频繁刹车加油的低速工况下，获得的效率优势就更高，所以在城市工况中运行，使用SiC器件带来的效率提升的优势更加明显。2018年特斯拉在其Model3车型首次将SiIGBT换成了封装尺寸更小的SiC模块，使开关损耗降低了75，系统效率提高了5，续航里程提升510。
　　2。1。2。角度二：电动汽车架构向高压过渡，成为SiC上车催化剂
　　补能时间长是新能源汽车的最大痛点。如今车企推出的电动汽车续航多在500km上下，甚至高达700km，和普通燃油车续航里程接近，续航已不再是最大负累。但是电动车还是面临里程焦虑的问题，主要原因还是燃油车加油时间仅为15分钟，而电动车快充至少需要60分钟，在高峰期充电排队等候时间亦进一步拉长。
　　续航越高、充电效率越高，电动车在通勤中耗时与燃油车约接近。根据《EnablingFastCharging：ATechnologyGapAssessment》做的一项实验：在525英里（1英里1。6公里）的旅程中，普通燃油车只需要加油一次，总耗时8小时23分钟；而续航300英里400KW的直充电动车单次充电仅需23分钟，旅途总计耗时8小时31分钟，整体耗时不输燃油车。
　　根据PUI，提升充电效率的方向有二，提升电压最佳。根据发热量公式QIRt，提升电流模式充电过程会产生大量热量，对汽车散热系统和热管理有更高的要求。在用大电流充电时，还会导致极化现象出现、电池内部化学反应不充分，对于电池的伤害较大。此外，大电流模式的应用场景有限制，目前大电流模式仅在1020SOC进行最大功率充电，在其他区间充电效率也有明显下降。而提升电压模式除了减少能耗、提高续航里程外，还有减少重量、节省空间等优点，是目前厂商普遍采用的模式。
　　相同功率下高电压比大电流更优。华为分别测算了高电压800V250A，大电流400V500A，相较基准400V250A的电池系统成本和整车成本变化，高电压架构下整车成本的上升不足2，比大电流方案更优。根据戴姆勒奔驰研究，在800V高压平台采用SiC模块较硅基IGBT模块整车低了7。6的能耗，相比中低压能耗降低更多。
　　越来越多汽车厂商布局800V平台。受限于硅基IGBT功率元器件的耐压能力，之前电动车高压系统普遍采用的是400V电压平台。如今，高压快充路线受到越来越多主机厂的青睐，先是保时捷TaycanTurboS、小鹏，随后现代、起亚等国际巨头，比亚迪、长城、广汽等国内主机厂也相继推出或计划推出800V平台，高压快充体验将会成为电动车市场差异化体验的重要标准。未来，随着市场对续航里程、充电速度要求的提高，电动车电压有望升至800V1000V。
　　高压架构未来向中小车型渗透。根据车型划分，可将乘用车划分为A00、A0、A、B、C级车等多个级别。根据各车企官网数据，A级以下微型或小型车型普遍采用低压系统，而在B级C级中大型车型中，高压平台逐渐普及。长期看快充对于中小车型亦是刚需，800V架构升级具备长期趋势。
　　高电压平台需要各部件耐高压、耐高温，将导致SiC器件的替代需求显著增长。高压平台看起来只是升高了整车的电压，但对于技术的开发和应用，却是“牵一发而动全身”的系统工程。1）电机电控：800V平台要求下，硅基IGBT的开关导通损耗将大幅升高，而SiC器件在耐压、开关频率、损耗等多个维度表现优异，因此电机控制器需要采用SiCMOSFET代替硅基IGBT。2）车载OBC：主流功率从3。6kW、6。6kW升级到11kW、22kW，并向双向逆变升级。双向OBC不仅可将AC转化为DC为电池充电，同时也可将电池的DC转化为AC对外进行功率输出，需要使用SiC器件。3）DCDC：直流快充桩原本输出电压等级为400V，可直接给动力电池充电，但车系统平台升级为800V后需要额外的升压产品使电压能够上升到800V，配合OBC给动力电池进行直流快充。此外，DCDC转换器还可将高电池电压转换为低电压，为动力转向系统、空调以及其他辅助设备提供所需的电力，同样需要耐高压材质的SiC器件。4）空调压缩机：由电动机驱动，为系统提供主动制冷热的动力，在汽车热管理系统中处于重要地位，随着动力源向更高电压切换，SiC器件有很大的优势。
　　实现大功率快充的高压系统架构共有三类，全系高压快充有望成为主流架构。1）全系高压，即800V电池800V电机电控800VOBC、DCDC、PDU800V空调、PTC。全系高压的优势是能量转化率高，但是短期成本较高，但长期来看，产业链成熟以及规模效应具备之后，整车成本下降。2）部分高压，即800V电池400V电机、电控400VOBC、DCDC、PDU400V空调、PTC。部分高压的优势是基本沿用现有架构，仅升级动力电池，车端改造费用较小，短期有较大实用性，但是能量转化率没有全系高压高。3）全部低压架构，即400V电池（充电串联800V，放电并联400V）400V电机、电控400VOBC、DCDC、PDU400V空调、PTC。其优势是短期成本最低，但是对充电效率提升有限。
　　高压将进一步加速主驱、OBC和DCDC的SiC渗透率提升。以22kW800V双向OBC为例，从Si转到SiC设计，因从一个三电频降到两电频开关拓扑，DC端器件数量从16颗到降到了8颗器件，驱动电路、pcb板面积也减半，同时提高了运行效率，替换具有显著优势。根据CASA预测，SiC功率器件渗透率将在电机逆变器及DCDC器件中持续增长。
　　2。1。3。角度三：充电桩向大功率方向发展，SiC器件渗透率进一步提升
　　中国公共充电桩快速增长，总量占比超过全球半数。IEA数据显示，2021年全球共公共充电桩保有量为176万个，其中有120万个为低速充电桩（功率22kW），56万个为高速充电桩（功率22kW）。根据各国已宣布的气候承诺方案，预测202230年全球年均建设100万50万个低速高速充电桩，2030年全球将拥有1000万550万个低速高速充电桩。2021年底中国拥有115万个公共充电桩，占全球65。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟发布的最新数据，2022年19月新增公共充电桩48。9万台，充电配套设施建设逐步完善。
　　我国有望于2025年在城市和城际重点区域实现23C公共充电桩的初步覆盖。根据《中国电动车充电基础设施发展战略与路线图研究（20212035）》，我国将于2025年实现23C的充电桩在重点区域的城市和城际公共充电设施的初步覆盖；于2030年实现3C及以上公共快充网络在城乡区域与高速公路的基本覆盖；于2035年实现3C及以上快充在各应用场景下的全面覆盖。
　　充电桩向大功率方向发展。《交通运输部关于推动交通运输领域新型基础建设的指导意见》中明确要在高速公路服务区建设超级快充、大功率充电汽车充电设施。据EVICPA统计，201620年中国新增直流桩的平均功率从70kW提升至131kW，在新增直流桩中150kW的比例从9增至28；从用户使用习惯的角度来看，99。3用户在公用场站充电选择快充桩，87用户选择120kW及以上的大功率充电桩。国家电网是国内最大的充电桩公开招标企业，2022年招标的充电桩中，功率为160kW、240kW和480kW的占比分别为53、3和16，160kW超越80kW成为主力招标功率。
　　更高功率、更多数量的超充站布局。截至2022年6月，特斯拉在中国大陆已建立1200多座超级充电站，8700多个超级充电桩，其V3充电桩功率为250kW，未来还将推出峰值充电功率350kW的V4充电桩；小鹏汽车22年8月发布峰值充电功率为400kW的S4超快充桩，计划到23年新增超过500座以上、到25年累计建设2000座超快充站。此外，2022年7月中国主导发起的ChaoJi直流充电接口标准在IEC全票通过，有望促进超级充电基础设施加速布局。
　　大功率充电桩带动SiC渗透率不断提升。对于充电桩而言，采用SiC模块可将充电模块功率提高至60KW以上，而采用MOSFETIGBT单管的设计还是在1530kW水平。同时，和硅基功率器件相比，SiC功率器件可以大幅降低模块数量。因此，SiC的小体积优势在城市大功率充电站、充电桩的应用场景中具有独特优势。
　　充电桩运营商从减少损耗率和储能对双向电流需求两方面，也倾向使用SiC。（1）对特来电、星星充电为首的公共充电桩运营商而言，从国家电网买电，到给新能源车主充电的过程中，存在约2的损耗，通过使用SiC能够将损耗降低到0。5，则运营成本能显著降低，加快回收投资。（2）随着局部地区充电站数量增多、密度变大的情况，为了平抑对电网的冲击，需要配套储能系统，在夜间进行储能，充电高峰期间通过储能电站和电网一同为充电站供电，实现削峰填谷。充电与储能环节的电流方向变化，而IGBT只能单向流通，使用SiC是唯一选择。
　　市场上主要由交流桩和直流桩两种充电桩类型构成。交流桩因为其技术成熟成本较低，可接入220V居民用电而成为公共充电桩的主流，但其充电效率低，耗时长，主要适用于家用领域，目前大多仍使用硅基功率器件，随着SiC功率器件成本降低，未来交流充电桩中SiC功率器件的渗透率将进一步提升。直流充电桩充电速度较快，但技术复杂且成本高昂，因此早期推广速度不如交流充电桩；但对于公共充电桩来说，提升充电效率是用户的关注核心。根据IEA统计，全球22kW以上的快充桩占比从2015年的14。4，上升至2021年的31。8，公共充电桩中直流桩的渗透率持续提升。据中国充电联盟发布的数据显示，截止2022年9月我国163。6万台公共充电桩中，交流桩达到93。1万台，而直流桩为70。4万台，直流桩占比43。1。直流充电桩技术的未来研发市场十分广阔，SiC功率器件需求量进一步增加。
　　2。1。4。车用SiC解决方案市场规模可达240亿元人民币
　　由于SiC器件在新能源车用领域的优势，随着SiC在新能源车领域的应用，SiC成本的降低，各大厂商纷纷布局SiC，未来SiC在车用领域渗透率会越来越高。
　　SiC新能源汽车市场规模：根据EVVolumes最新数据，全球2022H1新能源汽车销量达430万辆，同比62，新能源汽车渗透率提升至11。3。预计到2025年全球新能源汽车销量有望接近2000万辆，渗透率有望突破20，202125年复合增长率有望达30以上。我们假设车规SiC电驱模块价值量约为30004000元，加之OBC、DCDC等部件使用，整车的SiC器件价值量约为4500元。中压车和低压车会部分采用SiC器件，通过对不同电压新能源车渗透率的计算，我们预计全球车用SiC器件市场规模有望在2025年达到240亿元以上。
　　2。2。SiC赋能光伏发电，市场规模有望增长至百亿元
　　政策驱动光伏国产化进程加速，新增装机量持续提升。光伏逆变器是可以将光伏（PV）太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电（AC）的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。根据中国光伏行业协会（CPIA）数据，2021年全球光伏新增装机规模有望达到170GW，创历史新高，各国光伏新增装机数据亮眼，其中中国新增装机规模54。88GW，同比增长13。9。未来在光伏发电成本持续下降和全球绿色复苏等有利因素的推动下，全球光伏市场将快速增长，预计“十四五”期间，全球光伏年均新增装机超过220GW，我国光伏年均新增装机或将超过75GW。
　　SiC赋能光伏发电，转换率提升显著。光伏系统是SiC器件除了汽车领域外的重要应用领域之一。根据天科合达招股说明书，使用SiCMOS或SiMOS与SiCSBD结合的功率模块的光伏逆变器，转换效率可以从96提升至99，能效损耗降低50以上，设备循环寿命提升50倍，从而缩小系统体积、增加功率密度、延长使用寿命。SiC还可以通过降低无源元件的故障率、减少散热器尺寸、减少占地面积和节省安装成本等方式间接节约成本。
　　海外布局较早，国内SiC企业也逐渐将产品导入到光伏市场。在海外，英飞凌、富士电机等全球知名厂商早在2012年起开始布局、开发、量产应用SiC器件的光伏逆变器产品。三安、瞻芯、泰科天润等企业都已经与国内主流的光伏逆变器生产企业进行合作，逐步扩大产能继续带动国产SiC器件的应用。
　　光伏逆变器市场规模有望增长至百亿元。CPIA预测到2025年，乐观情景下全球光伏新增装机量有望超330GW。受益于光伏装机量上升，逆变器市场需求将大幅增长，我们测算2025年全球SiC光伏逆变器新增市场有望增长至108。90亿元。
　　2。3。应用场景多点开花，渗透率逐步提升
　　1）轨道交通
　　SiC特性满足轨交发展需求，节能提升符合“双碳”大趋势。SiC高温高频耐高压的特性可满足轨道交通大功率和节能需求，因此轨道交通中牵引变流器、辅助变流器、主辅一体变流器、电力电子变压器、电源充电机尤其有使用SiC器件的需求。以牵引变流器为例，作为机车大功率交流传动系统的核心设备，使用SiC器件能提高牵引变流器装置效率，从而满足轨道交通大容量、轻量化和节能型牵引变流装置的应用需求，并提升系统的整体效能。根据中国城市轨道交通协会统计的数据，使用SiC牵引逆变器可以节省至少10以上的电能耗，如果我国全面采用SiC，以2019年全国轨交总电能耗为例，可节省15。26亿度电，相当于北京一年的轨交电能耗。
　　2）智能电网
　　未来智能电网将大量采用电力电子装置来实现新能源接入，功率半导体器件是核心元件，传统硅基功率半导体器件的发展已接近其物理极限，新一代SiC功率器件的优异性能可以满足未来智能电网对高效率，高性能的需求，采用SiCMOSFET可以大幅度减小功率损耗，特别是器件的通态损耗，相比于采用硅基MOSFET的电力电子变换器，采用SiC功率器件损耗可以减少60以上，未来随着智能电网产业的升级，SiC功率器件替代硅基半导体器件或将成为必然。
　　3）其他
　　由于SiC器件工作频率和效率较高、耐温性较强等特性，其对功率转换（即整流或者逆变）模块中电容电感等被动元件以及散热片的要求大大降低，预期使用SiC器件可对整个工作模块产生优化，从而满足当前器件小型化和效率提升要求。预期未来在PFC电源、不间断电源（UPS）、电机驱动器、风能发电以及铁路运输等领域，SiC应用场景可持续扩大。
　　3。技术升级成本下降，SiC落地拐点渐行渐近
　　SiC产业链可以分为衬底材料制备、外延生长、芯片设计、器件制造和应用。SiC晶体生长后经过切割、研磨、抛光、清洗等工序加工形成SiC衬底；在符合质量要求的衬底材料上生长出新的半导体晶层作为外延，是影响元件的基本性能；最后配合电路设计、封装形成功率器件，应用于下游市场。衬底在SiC器件制造中占据核心地位。SiC成本分布较硅基不同，据TelescopeMagazine数据，传统硅晶圆中衬底部分占比前道工序平均成本结构的7，晶圆制造设备及工艺占比最高达50。由于SiC晶体生长速度缓慢且制造难度大，据前瞻产业研究和CASAResearch在2020年发布的数据，衬底和外延在SiC功率器件成本结构中占比分别为47和23，二者合计占比70，是SiC器件的核心。
　　产业呈现美、欧、日三足鼎立格局。玩家纷纷布局SiC业务，海外企业如Wolfspeed、ROHM、ST等具有先发优势，在产业链的多个环节具备较强的产业优势；国产企业也正在加速入局积极追赶，目前已初步实现了全产业链自主可控。
　　3。1。衬底是影响渗透率提升的关键，高成长高壁垒
　　SiC衬底可分为半绝缘型和导电型两种，由于SiC衬底制备晶体温度要求严格、良率低、时间长，导致成本居高不下，价格是硅基衬底的45倍。行业通过尺寸大化、提高切割良率等方式正逐步缩小与硅基产品的价差。当前以Wolfspeed为龙头的欧美日企业在SiC衬底市场占据多数份额，在上游供给紧缺的情况下，国际巨头正加紧完善产业布局，主要的措施包括了扩大产能，与上游衬底厂商锁定订单，收购衬底厂商等，全球也迎来了对SiC衬底的扩产、收购潮。国内专注做SiC衬底且规模较大的企业主要为天岳先进、天科合达、河北同光及山西烁科，竞争优势有望持续扩大。
　　3。1。1。SiC衬底制备困难导致高成本，6英寸晶片成为市场主流
　　SiC衬底分为半绝缘型和导电型。半绝缘型SiC衬底指电阻率高于105cm的SiC，主要用于生长GaN外延层制作射频器件；导电型SiC衬底指电阻率在1530mcm的SiC，主要用于生长SiC外延层制造耐高温、耐高压的功率器件。导电型SiC衬底可通过N和Al作为掺杂剂实现N型和P型导电性，目前产品以N型为主（氮气掺杂）。因下游新能源汽车、光伏等应用领域需求处于高速增长阶段，SiC导电型衬底未来将占据SiC市场主导地位。
　　各施其能，各尽其长，两种衬底未来前景广阔。根据Yole数据，随着5G基站建设和雷达下游市场对射频器件的大量需求，半绝缘型SiC衬底市场规模有望取得较快增长。应用半绝缘型SiC衬底的氮化镓射频器件全球市场规模有望在2026年达到24亿美元，复合增长率为18。而受益新能源市场发展，全球应用导电型SiC衬底的SiC功率器件市场规模2027年有望达到62。97亿美元，复合增长率为34。下游应用市场的高速发展将带动上游衬底市场规模的快速增长，导电型衬底市场潜力高于半绝缘型衬底。
　　SiC衬底生产流程与硅基类似，晶体为流程核心：1）原料合成晶体生长。将高纯硅粉和高纯碳粉按一定配比混合，在2000以上的高温下反应合成SiC颗粒。经过破碎、清洗等工序，制得满足晶体生长要求的高纯度SiC微粉原料。并以高纯度SiC微粉为原料，使用晶体生长炉生长SiC晶体。2）晶锭加工切割。将制得的SiC晶锭使用X射线单晶定向仪进行定向后磨平、滚磨，加工成标准直径尺寸的SiC晶体。使用多线切割设备，将SiC晶体切割成厚度不超过1mm的薄片。3）晶片研磨抛光。通过不同颗粒粒径的金刚石研磨液将晶片研磨到所需的平整度和粗糙度，并利用机械抛光和化学机械抛光方法得到表面无损伤的SiC抛光片。4）晶片检测。使用光学显微镜、X射线衍射仪、原子力显微镜、非接触电阻率测试仪、表面平整度测试仪、表面缺陷综合测试仪等仪器设备，检测SiC晶片的微管密度、结晶质量、表面粗糙度、电阻率、翘曲度、弯曲度、厚度变化、表面划痕等各项参数指标，据此判定晶片的质量等级。5）晶片清洗。以清洗药剂和纯水对SiC抛光片进行清洗处理，去除抛光片上残留的抛光液等表面污物，再通过超高纯氮气和甩干机将晶片吹干、甩干将晶片在超净室封装在洁净片盒内形成可供下游即开即用的SiC晶片。
　　物理气相传输法是制备SiC衬底最常用的方法。目前SiC晶体生长包括物理气相传输法（PVT）、高温化学气相沉积法（HTCVD）、液相法（LPE）三种。1）PVT法将高纯SiC微粉和籽晶分别置于单晶生长炉内圆柱状密闭的石墨坩埚下部和顶部，用中频感应线圈将坩埚加热至2000以上并控制籽晶处温度略低于下部微粉，SiC微粉在温度梯度下升华形成硅原子、SiC2分子、Si2C分子等不同气相组分的反应气体，并在籽晶上结晶形成圆柱状SiC晶锭，生长速率一般为0。20。4mmh左右。2）HTCVD法是SiH4、C2H4、C3H8等反应气体和载气从底部通入向上输运，到达放置在顶端的籽晶夹具处，在180002300加热区域内部完全分解并发生反应形成硅和SiC团簇，这些团簇升华并在籽晶上生长。然后，残余气体从反应室顶部排出，生长速率一般为0。31mmh左右。3）LPE法以1800熔融硅作为溶剂、以坩埚内壁的石墨作为溶质，构成碳饱和的硅熔体。SiC籽晶粘结在石墨棒底端。由于固液界面相对于熔体内部温度较低，从而使籽晶附近的熔体处于过饱和状态，SiC沿衬底的晶体结构沉析出来成长为晶体，每小时0。52mmh左右。因设备价格低、温度场调节灵活等优势，PVT法是目前技术成熟度最高、应用最广泛的方法。而气态的高纯碳源和硅源比高纯SiC粉末更容易获得，并且由于气态源几乎没有杂质，HTCVD法更容易生长出高纯半绝缘（HPSI）半导体，通过控制通入的氮或者硼的流量，就可以控制SiC晶体的掺杂和导电强弱。液相法由于生长过程处于稳定的液相中，没有螺旋位错、边缘位错、堆垛层错等缺陷，生长晶体因尺寸较小目前仅用于实验室生长，但却是另一种重要的方向和未来发展的储备。
　　SiC衬底制备难度大导致其价格居高不下。对比传统硅材，SiC衬底制备具有晶体温度要求严格、良率低、时间长等特点，导致成本价格居高不下，是硅基衬底的45倍。1）温场控制困难：Si晶棒生长只需1500，而SiC晶棒需要在2000以上高温下进行生长，并且SiC同质异构体有250多种，但用于制作功率器件的主要是4HSiC单晶结构，如果不做精确控制，将会得到其他晶体结构。此外，坩埚内的温度梯度决定了SiC升华传输的速率、以及气态原子在晶体界面上排列生长方式，进而影响晶体生长速度和结晶质量，因此需要形成系统性的温场控制技术。与Si材料相比，SiC生产的差别还在如高温离子注入、高温氧化、高温激活等高温工艺上，以及这些高温工艺所需求的硬掩模工艺等。2）晶体生长缓慢：Si晶棒生长速度可达30～150mmh，生产13m的硅晶棒仅需约1天的时间；而SiC晶棒以PVT法为例，生长速度约为0。20。4mmh，7天才能生长不到36cm，长晶速度不到硅材料的百分之一，产能极为受限。3）良品参数要求高、良率低：SiC衬底的核心参数包括微管密度、位错密度、电阻率、翘曲度、表面粗糙度等，在密闭高温腔体内进行原子有序排列并完成晶体生长，同时控制参数指标，是复杂的系统工程。4）材料硬度大、脆性高，切割耗时长、磨损高：SiC莫氏硬度达9。25仅次于金刚石，这导致其切割、研磨、抛光的加工难度显著增加，将一个3cm厚的晶锭切割3540片大致需要花费120小时。另外，由于SiC脆性高，晶片加工磨损也会更多，产出比只有60左右。
　　SiC衬底成本可以通过做大尺寸、降低切割损耗和提高良率等方式下降。1）大尺寸SiC衬底是重要发展方向。SiC衬底主要有2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）英寸等规格。据wolfspeed，从6英寸到8英寸，单片衬底可切割芯片数量由488增至845个，边缘浪费由14减至7。因此随着衬底的尺寸越大，边缘的浪费就越小、制备的芯片数量增多，促进单位芯片成本的降低。因此，大尺寸是SiC衬底制备技术的重要发展方向。
　　国际SiC商业化衬底以6英寸为主，逐步向8英寸过渡。在半绝缘型SiC衬底市场主流产品规格为4英寸；在导电型SiC衬底市场主流产品规格为6英寸。行业领先者Wolfspeed、IIVI、ST、Onsemi、Soitec、ROHM等已成功研发8英寸产品，国际龙头企业已陆续开始投资建设8英寸SiC晶片生产线，预计5年内8英寸全面商用。国内SiC商业化衬底以4英寸为主，逐步向6英寸过渡。国内企业起步较晚，研发进度稍慢，但也完成了6英寸衬底的布局，与国外差距不断缩小。2020年山西烁科晶体SiC衬底项目投产，同时天科合达、河北同光晶体、南砂晶圆等几大衬底生产商均在扩张6英寸衬底产能。
　　2）提高材料使用效率：提高衬底切割良率。由于SiC的莫氏硬度为9。5，硬度与金刚石接近，只能用金刚石材料进行切割，切割难度大，切割过程中易碎，保证切割过程稳定获得低翘曲度的晶片是技术难点之一，可以通过激光切割或其他技术手段减少当前线切割工艺的损耗。例如英飞凌收购的Siltectra使用的一种冷切割技术基于激光的技术采用化学物理过程，利用热应力产生一种力，该力沿着所需的平面以极高的精度分裂材料，并且几乎不产生割缝损失。可使得原材料损耗从传统75减至50，减少耗材成本，同时能够使单片晶圆产出的芯片数量翻倍。
　　国内大族激光已生产出SiC晶锭激光切片机、SiC超薄晶圆激光切片机设备，运用的QCB技术可在原来传统线切割的基础上大幅提升产能，以切割2cm厚度的晶锭，分别产出最终厚度350um、175um和100um的晶圆为例，产能提升幅度分别为40、120和270，目前设备正处于量产验证阶段。
　　3）减少损耗、良率提升促SiC成本下降。目前主流商用的PVT法晶体缺陷控制难度大导致衬底良率低，各厂商通过技术投入研发逐年提升SiC衬底良率。例如天岳先进设计不同尺寸SiC单晶生长炉，对坩埚、保温进行了设计，实现了均匀热场结构，提升晶体质量和良率，其SiC衬底良率近年来保持在70以上。Wolfspeed的8英寸SiC衬底良率在经过化学机械抛光（CMP）后预期良率在95之上，因此拥有产品定价权。随着衬底厂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，衬底单位面积价格将会快速的下降。
　　2027年SiC衬底市场规模将达到33亿美元。随着5G市场对SiC基氮化镓器件需求的增长，以及新能源领域对功率半导体的旺盛需求，将带动SiC衬底的市场规模逐步扩张。结合wolfspeed的经营情况，到2027年全球SiC衬底材料市场规模预计将达到约33亿美元。
　　3。1。2。SiC衬底呈美、欧、日三足鼎立格局
　　国外企业市占率高，美国Wolfspeed全球独大。由于芯片制造企业对SiC衬底的选用极为慎重，美国Wolfspeed（Cree）布局较早，良率和产能规模都在全球处于领先的地位，其市场份额约为45呈现一家独大的竞争格局。按地域分，美国占据全球约58的市场份额。欧洲和日本的SiC企业占据了剩余的大部分份额。国内企业的市占率约为8，主要有天科合达、天岳先进等。
　　按类型分，Wolfspeed市占率在导电型和半绝缘型衬底领域中亦最高。根据Yole数据，全球半绝缘型SiC衬底市场中，2020年Wolfspeed（Cree）、IIVI、天岳先进市占率总计高达98，形成三足鼎立的态势。全球导电型SiC衬底市场中，2018年美国Wolfspeed（Cree）市占率为62，遥遥领先于其他厂商，IIVI和ROHM份额分别为16和12，三家合计占比高达90；陶氏、昭和电工、ST（Norstel）等厂商分配剩余10的份额，国内厂商天科合达和天岳先进占比分别为1。7和0。5，相对较低。
　　3。2。外延是提高SiC器件性能及可靠性的关键
　　SiC外延材料生长技术成熟，壁垒相对较低，由于外延市场处于产业链中间环节，衬底器件厂商具备一定外延能力，因而市场规模以及玩家数量相对较小。主要系国外SiC设备昂贵且交期慢，行业由Wolfspeed和昭和电工双寡头垄断。国内主要玩家为东莞天域、瀚天天成和南京百识，随着国产SiC外延设备突破，未来该环节利润会逐步回归正常水平。
　　SiC外延工艺是提高SiC器件性能及可靠性的关键。SiC外延是指在衬底的上表面生长一层与衬底同质的单晶材料4HSiC。外延层可减小晶体生长和加工中引入的缺陷带来的影响，使SiC表面晶格排列整齐，形貌较衬底大幅优化。在此基础上制造的功率器件，器件性能和可靠性将显著提升。SiC外延材料生长方法与晶体生长方法相近。主要有升华外延（PVT）、液相外延（LPE）、分子束外延（MBE）和化学气相淀积（CVD）。化学气相淀积是SiC外延生长中最常用的方法，其生长机理是以高纯氢气或者氩气作为载气，将反应源气体（如SiH4、C3H8等）带入淀积室化学反应后生成SiC分子并沉积在衬底上，生长出晶体取向与衬底相同的SiC单晶外延层。常用设备为热壁式水平外延炉，典型生长温度范围为1500～1650，生长速率5～30mh。
　　在中、低压应用领域，SiC外延的技术相对是比较成熟的。基本上可以满足低中压的SBD、JBS、MOS等器件的需求，例如一个1200伏器件应用的10m的外延片，它的厚度、掺杂浓度都非常优秀，而且表面缺陷可以达到0。5平方以下。然而在高压领域外延的技术发展相对比较滞后。展示的应用于2万伏的器件上的200m的一个SiC外延材料，它的掺杂浓度均匀性、厚度和浓度都比低压的要差很多。
　　SiC外延生长技术的不断发展。经过几十年的不断发展完善，行业通过台阶控制外延法、TCS法等改进生长工艺，提升生长速率、保障晶型稳定。以行业龙头企业道康宁（DowCorning）为例，该公司生长的6英寸4HSiC同质外延材料厚度均匀性小于2，掺杂浓度均匀性小于3，表面粗糙度小于0。4nm。
　　SiC外延市场由Wolfspeed和昭和电工双寡头垄断。SiC外延厂商从商业模式来看，可分为中国的大陆的EpiWorld、东莞天域以及台湾的嘉晶电子这类纯外延厂商；业内龙头Wolfspeed这样垂直一体化，能够提供衬底、外延、器件的公司；日本昭和电工这样SiC单晶和外延制备的上游原材料厂商。由于外延市场处于产业链中间环节，通常器件厂商具备一定外延能力，因而市场规模以及玩家数量相对较小。据Yole数据，2020年SiC导电型外延片市场中Wolfspeed和昭和电工市占率分别为51。4和43。1。Wolfspeed在外延产能和质量在全球范围内均处于领先地位，昭和电工在外延质量方面和Wolfspeed处在同一水平，产能方面略逊于Wolfspeed。国内厂商东莞天域及瀚天天成同属第二梯队，均计划向8英寸方向布局，在外延片产能与质量方面不及国际一线厂商Wolfspeed与昭和电工。南京百识因体量较小，行动较慢，逊于东莞天域及瀚天天成。
　　3。3。SiC芯片技术成熟和价格改善，封装工艺同步跟进
　　芯片方面，目前SiCSBD出货最大，SiCMOSFET接力SiC二极管有望成为市场增长点。Yole预测到2027年全球SiCMOSFET占80的市场规模（约50。38亿美元）。由于各环节良率提升、多企业布局促价格竞争、终端需求开始放量摊薄生产固定成本，SiC器件与Si器件价差缩小，预计202325年可达到合理性价比。封装方面，从传统HPD升级到AMB，材料、工艺方面升级，由传统器件厂商ST、英飞凌占主导地位，国内如斯达、三安、士兰微、中车等企业也在陆续研发验证。
　　3。3。1。SiCMOSFET成为市场增长点，多因素推动SiC器件价格下降
　　中高压二极管产品逐年增多。Mouser数据显示，2021年共有828款SiCSBD产品在售，较2020年新增约30款，中高压商业化产品逐年增多。其中，80以上的产品耐压范围集中在650V和1200V；1700V的SiCSBD产品达到31款，与2020年相比新增10款；3300VSiCSBD产品约6款，单芯片导通电流最高达90A（Microchip，3300V90A）。
　　实际应用中的需求促使IGBTFRD的组合成为标配，SiCMOSFET未来有望替代该组合。受结构限制，IGBT的内部没有寄生二极管，电感突然断电所释放的电容易烧坏回路中的IGBT，若有快恢复续流二极管，其电就会通过续流二极管回路放电，不至于烧坏IGBT，因此IGBT厂家就索性在ce之间再加上快速恢复二极管。目前，对于大电流的功率模块，由Si的IGBT和FRD组合而成的IGBT模块已得到广泛应用。SiCMOSFET高温、高压特性使其能够更好的应用于大功率设备，在600V以上具有较强优势，最高可应用于6500V高压，相较于传统的SiIGBT体积缩小了50，效率提升了2，器件的使用寿命得到延长，并且在相同功率下损耗小，散热需求低，在电流密度、工作频率、可靠性、漏电流等性能指标方面优势明显。实际使用中，通过优化SiCMOSFET器件结构和布局，可以提升SiC体二极管通流能力，不需要额外并联二极管，有效降低系统成本、减小体积。
　　200VSiCMOSFET新品增多，国际企业加速布局汽车领域SiCMOSFET。根据Mouser数据，2022年上半年12家主流厂商推出的179款SiC晶体管新产品中，SiCMOSFET占比较大。其中，1200V的新品推出速度明显加快，2022年上半年，IIVI、PI、KEC等分别推出车规级SiCMOSEFT，电压集中在1200V、1700V。国际领先厂商GeneSiC、英飞凌、ROHM、Wolfspeed的1200V以上的新产品均已经超过一半。
　　高压SiC模块产品增多。2022年上半年，Wolfspeed、TDSC（东芝电子元件及存储装置株式会社）、英飞凌、三菱电机等国际厂商推出新款高压SiC功率模块，产品额定电压多在1200V、1700V；并在积极推进与标准IGBT兼容，模块目标解决更小尺寸、更好扩展性和更高功率密度。
　　多种因素推动SiC器件价格下降。第一，上游衬底产能持续释放，供货能力提升，量产技术趋于稳定，良品率提升，器件制造成本降低；第二，规格由4英寸转向6英寸、制造技术进一步提升，单片晶圆产芯片量大幅提升，成本大幅下降；第三，随着更多量产企业加入，竞争加剧，导致价格进一步下降。第四，SiCMOSFET产品较硅基产品DieSize更小，未来WaferCost下降情况下将进一步推动SiC技术产业化。第五，主流豪华电动车品牌中全SiC逆变器预计从202223年量产，终端需求逐步释放将提升厂商产能利用率，摊薄SiC器件生产成本。
　　供应链紧缺情况缓解，单种器件价格呈下降趋势。2022上半年，供应链紧缺得到缓解，供不应求的情况好转，根据材料深一度，SiCMOSFET产品价格回落至2020年底水平，650V、900V、1200V、1700V的产品均价分别为1。88元A、2。94元A、2。88元A、5。78元A；较2021年底分别下降了7。13、56。49、7。25、5。33。SiC、GaN器件与Si器件价差缩小，价差收窄长期趋势不改。据Mouser，2022年上半年，650VSiC、GaN功率晶体管均价分别为1。88元A、2。78元A，与650V的SiIGBT（0。36元A）的价差缩小到7。8倍、5。3倍，较上年底缩小了69、42。随着SiC、GaN资源持续投入，技术产品不断改良及各家厂商大力推进，SiC、GaN材料、芯片、器件、模组均有大量新增产能，成本显著下滑，SiC、GaN产品价格进一步下降，价差收窄长期趋势不改。
　　SiC器件预计202325年可达到合理性价比。根据CASA的跟踪，SiC产品价格近几年来快速下降，较2017年下降了50以上，而主流产品与Si产品的价差也在持续缩小，已经基本达到4倍以内，部分产品已经缩小至2倍，已经达到了甜蜜点。加上考虑系统成本（包括周边的散热、基板等成本）和能耗等因素，SiC模组已经有一定竞争力。
　　3。3。2。模块及单管双路线同时存在，模块亟需新的封装材料和工艺
　　电机控制器中硅基IGBT上车方案可以分为模块和单管并联两种，两者主要的区别是封装形式的不同：（1）电控厂商外采IGBT模块（斯达半导、时代电气提供），然后集成电机、变速器做“三合一多合一”方案上车，典型厂商如“央腾”。目前IGBT模块仍然是主要的应用路线，在国内主要造车新势力以及部分自主品牌中渗透率较高。（2）单管并联技术主要使用MOS管，主要应用在低速电动车如60～72V或者是96V等电压平台系统。而涉及高电压、大电流平台IGBT单管并联方案主要的使用者包括特斯拉和英搏尔。中长期内IGBT模块和单管并联两种方案仍将并存，IGBT单管并联方案主要应用在A00、A0车型上；IGBT模块方案将广泛应用在A级别车型上。单管并联方案具有低成本、设计开发周期短的特性，因此主要用在A00、A0车型上，主要电控供应商为英搏尔、阳光电源和奥斯伟尔；模块方案产品线相比10年前丰富程度更高，因为IGBT芯片经过了模块制造商的筛选，参数一致性更好，有更高的安全性与可靠性，因此IGBT模块方案在A级以上车型中搭载的场景更多。
　　SiCMOS在主驱上车预计和IGBT方式类似，模块及单管并联同时存在：国外特斯拉model3主逆变器选用SiCMOS单管并联方案。特斯拉的Model3是第一个应用碳化硅（SiC）功率元器件的电动车型，供应商选用来自ST的650vSiCMOSFET。Tesla的TPAK（TeslaPack）用在主驱逆变器电力模块上共24颗，采用单管并联方式排布，拆开封装每颗TPAK有2个SiC裸晶（Die），共48颗SiCMOSFET。
　　国内碳化硅供应商更多采用模块技术路线作为电控中功率模块解决方案。2021年12月，基本半导体位于无锡市新吴区的汽车级碳化硅功率模块制造基地正式通线运行，首批碳化硅模块产品成功下线。上汽大众与臻驱科技共同开发SiC功率模块及电控搭载“三合一”电桥亮相大众IVET创新技术论坛，这款搭载臻驱科技碳化硅电控的“三合一”电驱动系统可提升ID4X车型至少4。5的续航里程。
　　现SiC封装技术大多沿用硅基器件封装方式，基于传统封装结构，碳化硅模块封装主要会带来以下两方面问题：1）引线键合，复杂内部互联结构会产生较大的寄生电容电感。SiC器件由于具有高频特性、栅极电荷低、开关速度块等因素，在开关过程中电压电流随时间的变化率会变得很大（didt）。因此极易产生电压过冲和振荡现象，造成器件电压应力以及电磁干扰问题。2）高工作电压以及电流下的器件散热问题。SiC器件可以在更高的温度下工作，但在相同功率等级下，SiC功率模块较Si在体积上大幅降低，因此SiC器件对散热的要求更高。如果工作温度过高会引起器件性能下降，不同封装材料热膨胀系数失配，进而出现可靠性问题。这意味功率模块需要更多地依赖封装工艺和散热材料来进行散热。当前传统的封装工艺达到了应用极限，亟需新的封装工艺和材料进行替代。
　　未来SiC模块封装有以下演进趋势：
　　1）在互联、烧结技术方面
　　内部互联技术将从铝线键合超声焊接将改用铜线方式形式，芯片衬板烧结方式将采用银烧结技术代替传统pbSn合金焊。银烧结工艺烧结体具有优异的导电性、导热性、高粘接强度和高稳定性等特点。用该工艺烧结的纳米银烧模块可长期工作在高温环境；另外银烧结工艺会在芯片烧结层形成可靠的机械连接和电连接，半导体模块的热阻和内阻均会降低，提升模块性能及可靠性。银烧结技术可使模块使用寿命提高510倍，烧结层厚度较焊接层厚度薄6070，热传导率提升3倍。
　　2）在材料方面
　　衬板从氧化铝升级到氮化硅、氮化铝、AMB厚铜衬板，塑封取代传统灌胶。传统的HPD使用氧化铝材料，优点在于价格便宜、供应量充足，缺点在于散热能力较差。新型基材主要是氮化硅、氮化铝材料、AMB厚铜衬板。氮化铝一般用于工业领域，氮化硅常用于汽车领域，AMB厚铜衬板用在车载SiC领域。对于模块的散热结构来说，衬板的选择尤为重要，目前主流的功率半导体模块封装主要还是用DBC（直接键合铜）陶瓷基板，AMB的热导率比DBC氧化铝高3倍，且机械强度及机械性能更好。随着碳化硅功率模块的应用逐渐成熟，AMB有望逐渐成为电子模块封装的新趋势。此外，塑封模块相较于hybridpack模块的优势具有低杂散电感、高可靠等特性。
　　3。4。专用设备研发和产业化加速
　　SiC产业链主要区别在长晶以及外延环节，加工设备切割研磨抛光都是通用设备，因此国产替代重点主要集中在SiC长晶设备以及SiC外延设备。SiC长晶炉方面，因长晶难点不在设备本身而是在工艺，大部分SiC衬底公司选择自研SiC长晶设备，也有一些厂商作为第三方单独供应SiC长晶设备，如北方华创、晶升装备、晶盛机电实现量产突破，国产单价60110万。SiC外延炉方面，壁垒更多来自于设备资本开支及对设备的工艺控制，目前外延设备供不应求。ASM预计202125年对SiC外延设备的需求将以超过25的CAGR增长。国内北方华创、晶盛机电、恒普股份、纳设智能、中微公司、中电科46等，正在研发布局该领域，产品单价8001000万。
　　3。4。1。SiC长晶设备：北方华创及晶升装备占据国内77市场份额
　　SiC长晶炉与传统硅基设备相比原理具有相通性，但SiC衬底生长工艺难度更高；为了保证工艺一致性，大部分SiC衬底公司选择自研SiC长晶设备。SiC长晶环节主要采用PVT（物理气相传输）的技术路线，温度高、不可实施监控，且长晶难点不在设备本身而是在工艺。因此基本每家衬底厂商工艺不一样，也是各家的核心knowhow，衬底制造企业往往会选择自研“设备工艺”模式效率会更高。1）天科合达：选择自研SiC长晶设备（沈阳设有分公司），长晶设备大部分自产自销；2）天岳先进：选择自研长晶设备并找北方华创代工，但天岳先进拥有长晶炉的知识产权。国内采用自研自产SiC长晶设备的碳化硅厂商还包括晶盛机电、河北同光、山西烁科等。上述碳化硅厂商自研自产晶体生长设备主要用于其自身碳化硅衬底的生产制造，不存在大批量对外销售设备的情形。
　　国内碳化硅单晶炉设备供应商目前可分为三个梯队：第一梯队，晶升装备及北方华创为国内碳化硅单晶炉主要供应商，具备国内领先的碳化硅单晶炉产业技术能力，产品已大批量交付多家国内下游碳化硅材料主流厂商。第二梯队，宁波恒普真空科技股份有限公司已实现向下游碳化硅厂商的小批量交付，沈阳中科汉达科技有限公司主要根据自产自研设备碳化硅厂商的设计及技术要求，配套生产供应碳化硅单晶炉主要部件。第三梯队，国内其他碳化硅单晶炉厂商包括连城数控、哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司、山东力冠微电子装备有限公司、厦门天三半导体有限公司、上海汉虹精密机械有限公司、苏州优晶光电科技有限公司、磐石创新（江苏）电子装备有限公司及江苏卓远半导体有限公司等，其中多数设备厂商处于样机开发及验证阶段，未实现设备批量供应。
　　北方华创及晶升装备目前约占国内SiC长晶炉市场份额77。国内对外采购晶体生长设备的主要碳化硅厂商包括天岳先进、三安光电、东尼电子及中电化合物半导体有限公司，其主要向晶升装备及北方华创采购碳化硅晶体生长设备。根据北方华创公开披露资料，北方华创碳化硅单晶硅炉已累计出货千余台，预计2022年销售480台至500台。晶升装备因进入SiC长晶设备时间相对较晚，故晶升装备碳化硅单晶炉累计销售数量及市场占有率低于北方华创。根据国内主要碳化硅厂商公开披露的现有产能、晶体生长设备主要供应商信息、主要客户设备数量、已供应设备数量等信息进行测算。北方华创主要向天岳先进供应长晶设备，预计占国内碳化硅厂商采购份额的比重为50以上；晶升装备SiC长晶炉市场占有率约为27。4729。01。
　　未来25年国内SiC长晶设备市场规模约为36。3888。94亿元。随着下游器件模块应用的放量，我国本土企业也积极投入碳化硅衬底国产化的进程中。天岳先进、三安光电、露笑科技、东尼电子等上市公司公司，天科合达、比亚迪半导体、河北同光等拟上市公司，均规划在202225年间扩张SiC衬底产能，衬底尺寸以4英寸、6英寸为主，少数包括8英寸产线。参考晶升装备公告中的假设，以单台碳化硅单晶炉产量为375或500片年进行测算，假设每台单价为60万元110万元（含税），预计未来2至5年内，国内主要外购SiC长晶设备市场需求约为36。3888。94亿元。
　　3。4。2。碳化硅外延设备：被海外四大企业垄断，瓶颈突破需重视
　　与衬底环节所需“设备长晶工艺”的knowhow不同，SiC外延技术成熟度相对较高，该环节的更多壁垒来自于设备资本开支及对设备的工艺控制，目前全球主要有四家CVD设备玩家，其SiC外延设备具有各自的优势：1）Axitron的外延设备生长能力最强（10100mm6150mm），因此其产能相对更大。2）LPE的外延设备的生长速率最高（90umh）。3）日企TEL的外延设备为双腔体结构，有助于提高产量。4）nuflare的旋转速率更高，每分钟可达1000转，因此均匀性更强，同时他的气流方向可以避免一些颗粒物的产生，减少颗粒物落到片子上的概率。
　　目前整个碳化硅产业链的瓶颈在外延环节。近两年资本市场更关注价值量更高的SiC衬底环节和以及上车最快的模块环节，却疏忽了外延的环节。目前外延环节成为整个SiC产业链产业化的瓶颈，主要问题在于以下两点：1）外延设备供不应求。到目前为止，主要6寸外延设备集中在国外4家厂商手中，他们的产能有限且交期极长，而国内SiC外延设备厂商的产品还需验证。现在国内主要有两大SiC外延厂，一个是厦门的瀚天天成，还有一个是东莞的天域半导体。2022年上半年的二者的外延设备数量在20多台，到年底可以超过30台左右。2）外延炉在验证过程中还主要面临几大问题：a）主要零配件能否满足供给；b）本身设备的稳定性、操作方便性；c）生产出来的外延片能否满足市场需求。预计未来5年全球SiC外延设备增速为25：2022年7月，ASMInternationalN。V。（ASM）宣布收购位于意大利的碳化硅（SiC）和硅外延设备制造商LPES。p。A。的所有流通股。ASM内部预计从202125年，对SiC外延设备的需求将以超过25的复合年增长率增长。国内做SiC外延设备厂商有北方华创、晶盛机电、恒普股份等，目前也在逐步进入到客户验证阶段。
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　　精选报告来源：【未来智库】。