碳化硅行业专题分析：800V高压超充来临，碳化硅步入黄金发展期
（报告出品方/作者：开源证券，任浪）
1、“双碳”背景驱动下，功率半导体产业蓬勃发展
2021 年 10 月 26 日，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，明确提出大力推广 新能源汽车，逐步降低传统燃油汽车在新车产销和汽车保有量中的占比，到2030年，当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到 40%左右。在这一长达40年的国家重大战略里，基于功率半 导体的诸多电气技术将在碳中和进程中起着不可替代的关键作用。功率半导体是电 子装置电能转换与电路控制的核心，本质上，是通过利用半导体的单向导电性实现 电源开关和电力转换的功能。无论是水电、核电、火电还是光伏、风能，甚至各种 电池提供的化学电能，大部分均无法直接使用，需由功率半导体器件进行功率变换 以后才能供设备使用。
功率半导体将成为 21 世纪可再生能源和高效负载能源网络 的关键驱动力。21 世纪的能源网络，无论是太阳能、风能和储能等可再生能源，还 是电动汽车和变频电机等高效负载，都需要功率半导体来实现。随着全球制定“碳 达峰、碳中和”目标，将带来更多绿色能源发电、绿色汽车、充电桩、储能等需求， 根据 Yole 预测，全球功率半导体器件市场有望从 2020 年 175 亿美元增长至 2026 年 的 262 亿美元，年均复合增长率为 6.9%。
2、碳化硅:功率半导体皇冠上的明珠
2.1、碳化硅物理特性优异，替代硅基功率半导体趋势明确
碳化硅（SiC）是一种由硅（Si）和碳（C）构成的化合物半导体材料。在功率半导 体应用领域被认为是一种超越 Si 的材料。SiC 存在各种多型体（结晶多系），最适 合于制造功率器件的是 4H-SiC。SiC 的带隙是 Si 的 3 倍，宽带隙减少了热激发载流 子的数量，导致自由电子减少，漏电流降低。此外，与传统的 Si 器件相比，漏电流 小，而且在更大的温度范围内稳定。SiC 的击穿场强比 Si 高 10 倍。功率电子开关 最重要的功能之一是保持高电压。由于击穿场强高，SiC 器件具有更薄的漂移层或 更高的掺杂浓度。
因此，与相同击穿电压的硅器件相比，具有更低的电阻，并直接 使产生的功率损耗更低。SiC 的饱和电子漂移速度是硅的 2 倍，这使得开关速度更 快。更快的开关具有更低的开关损耗，可以在更高的脉宽调制(PWM)频率下工作。在一些电源转换拓扑结构中，更高的 PWM 频率允许使用更小、更轻和更便宜的无 源元件，这些元件往往是系统中体积较大和较昂贵的部分。SiC 的导热性比硅高近 3 倍，功率损耗产生的热量可以以较小的温度变化从 SiC 中传导出去，实现更好的 散热，功率电子器件的散热是系统设计的重要一环。SiC 器件的芯片面积更小，产 生的栅极电荷和电容也更小，可以实现更高的开关速度，降低开关损耗。
Si 材料中越是高耐压器件，单位面积的导通电阻也越大，因此 600V 以上的电压中 主要采用 IGBT。IGBT 通过电导率调制，向漂移层内注入作为少数载流子的空穴， 因此导通电阻比 MOSFET 还要小，但是同时由于少数载流子的积聚，在关断时会 产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。使用 SiC MOSFET 模块，可以大幅减小 Si IGBT 的拖尾电流和 FRD 的反向恢复电流所产生的开关损耗，而且 MOSFET 原理上 不产生尾电流，所以用 SiC MOSFET 替代 Si IGBT 时，能够明显地减少开关损耗， 改善电源效率并且简化散热系统，实现散热部件的小型化。另外，SiC MOSFET 能 够在 IGBT 不能工作的高频条件下驱动，通过工作频率的高频化从而也可以实现外 围被动器件的小型化。
SiC 适合高功率和高频率应用场景，如储能、风电、光伏、轨道交通、新能源汽车 等行业。以新能源汽车应用场景为例，目前市售电动车所搭载的功率半导体多数为 硅基器件，采用 Si IGBT 技术的功率模块仍在电动汽车应用中占主导地位。然而， 经过数十年的发展，硅基功率器件正在接近材料极限，要进一步提高其功率密度非 常困难。由于电动车电压平台正在从 400V 向 800V 以上的高电压发展，相较于 Si IGBT，SiC MOSFET 凭借“耐高压”、“耐高温”、和“高频”特点，在高压系统中 有望快速替代 Si IGBT，从而大幅提高汽车性能并优化整车架构，使新能源汽车具 有更低的成本、更长的续航里程、更紧凑的空间设计以及更高的功率密度。
将碳化硅（SiC）器件应用于电力电子领域的提议最早诞生于 60 年代，然而，由于 SiC 衬底在制造方面存在一些困难，迟滞了 SiC 功率器件的发展。阻碍其大规模应 用的主要挑战是成本问题，包括高品质材料的有限性、晶圆的制造成本、更大直径 晶圆的制造问题、缺陷密度以及产量。但随着技术迭代和 SiC 衬底和晶圆良率提升， 2018 年 Tesla 率先在其革命性的纯电动汽车 Model 3 主驱中使用了由 ST 供应的 SiC MOSFET 芯片，每两颗芯片封装为 1 个 T-PAK 小模块，并将 24 个小模块并联以提 升逆变器功率，由此拉开了 SiC 大规模量产使用的序幕。尽管单个碳化硅功率器件 比硅器件更昂贵（约为硅器件 2-3 倍），但使用碳化硅器件能够节省系统成本，因为 需要更少的组件、更小的无源组件尺寸、更小的冷却系统、相同里程范围内的更小 的电池容量以及更少的设计开发工作量。
2.2、需求侧：新能源汽车方兴未艾，驱动SiC需求快速增长
根据乘联会数据，2022 年 6 月我国新能源乘用车零售销量 53.1 万辆，同比增长 130.6%，当月渗透率 27.3%；2022H1 累计零售销量 224.7 万辆，同比增长 122.4%, 渗透率 24.3%。相较于 2021 年全年渗透率 14.8%，增长近 10%，已经提前实现 《2020-2035 新能源汽车产业发展规划》中 2025 年新能源汽车渗透率达到 20%的愿 景。我国新能源乘用车需求已完成了由政策引导向市场驱动的转变，随着原油价格 高企、动力电池材料成本下降和汽车“缺芯”问题缓解，新能源汽车渗透率有望进 一步加速。根据波士顿咨询预测，在 2030 年之前全球纯电动汽车的销量将超过所 有混合动力类型的汽车之和，全球电动车渗透率将达到 44%，而中国电动车渗透率 在 2030 年将达到 57%。新能源汽车行业方兴未艾，推动了 SiC 产业链的快速发展。
受益于新能源汽车、光伏、轨道交通等下游景气应用驱动，全球碳化硅功率器件市 场规模不断扩大，根据 Yole 预测，2021-2027 年全球碳化硅功率器件市场规模有望 从 10.90 亿美元增长到 62.97 亿美元，保持年均 34%的复合增速。其中，车规级市 场是碳化硅最主要的应用场景，市场空间有望从 2021 年 6.85 亿美元增长至 2027 年 49.86 亿美元，CAGR 为 39.2%，超过了整个 SiC 功率器件市场增速；车规级 SiC 器件占整个 SiC 器件市场的比例有望从 2021 年 62.84%提升至 2027 年 79.18%。车 规级应用占据近 80% SiC 市场规模，是因为相对于工业级市场和消费级市场，车规 级市场对于 SiC 器件成本更不敏感，通过使用 SiC 器件节省的系统成本（减少电池 成本、被动元器件等）会超过使用 SiC 器件增加的成本。
2.3、供给侧：海外SiC龙头竞争优势明显，国内企业加速追赶
2.3.1、SiC产业链与竞争格局：国际IDM厂商主导，国内新势力成长迅速
SiC 产业链具有典型的半导体特征，主要包括了上游材料（衬底+外延）、中游器件 设计和晶圆制造、下游模块封装和应用等环节。根据产业调研测算，衬底、外延、 晶圆制造和模块封装各环节的价值量依次为 40%、15%、30%、15%。
上游衬底和外延材料环节：根据 Wolfspeed 数据，2021 年仅 Wolfspeed 和 II-VI 两家美国厂商就占据全球 70%以上的衬底份额，而包括 ST、Rohm、Soitec 在 内的国际领先供应商均规划从 6 寸衬底向 8 寸衬底升级。根据天岳先进公告， 其位于上海临港的 SiC 衬底项目现已封顶，达产后将新增 6 英寸导电型 SiC 衬 底产能约 30 万片/年，预计 2022Q3 实现首批量产。
晶圆制造环节：高温离子注入、退火和减薄等工艺存在一定技术门槛和 knowhow。德国 X-FAB 和中国台湾汉磊是全球主要的晶圆代工厂，国内派恩杰是 X-FAB 的客户，而爱仕特、瀚薪科技等设计公司选择在中国台湾汉磊流片。根 据集邦资讯（Trendforce）预测，2025 年全球车规级 6 寸 SiC 晶圆需求为 169 万片。根据泰科天润、积塔、中车、BYD 半导体、芯粤能半导体官方数据，上 述企业均有规划 6 寸 SiC 晶圆制造产能，预计到 2025 年仅前述 5 家企业的产能 就可以达到每年 60 万片以上。而富士康通过收购进入 SiC 晶圆制造行业，预 计 2024 年年产 18 万片 6 寸 SiC 晶圆。
模块制造和系统应用环节：主驱模块现阶段主要有三种技术路径，即 Infineon HPD 三相全桥方案、ST T-PAK 小模块并联方案以及半桥模块方案。由于 SiC 的主要应用市场为车规级，该产业链环节的代表企业除了赛米控-丹佛斯、斯达 半导、比亚迪半导体等主流功率半导体企业外，还有较多国际 Tier1 企业，包 括采埃孚、纬湃（大陆）、博格华纳（德尔福）、汇川技术等。
根据 Yole 数据，2021 年全球前 5 大 SiC 功率器件供应商全部为 IDM 垂直一体化企 业，并且在 SiC 全产业链各环节均有布局。STMicroelectronics 是全球领先的 SiC 芯 片供应商，拥有全球最大 SiC 晶圆制造产能，生产的 T-PAK 小模块已在特斯拉 Model 3 中使用多年，ST 同时也是 BYD 的 SiC 芯片供应商，其收购的瑞典 Nostel 工厂在 2021 年发布了的 8 英寸 SiC 衬底的样片。Infineon 在 IGBT 市场具有不可撼 动的优势，HPD IGBT 主驱模块全球销量已超过 200 万块。其开发的 800V SiC 主驱 模块可以沿用 HPD 的外形结构，实现最小成本的器件替代，已搭载现代 Ioniq5 车 型，2021 年销量超过 5 万台以上。Onsemi 在 2021 年通过收购 SiC 衬底供应商 GT Advanced Technologies，也打通了从衬底到模块的全产业链。
2022 年，onsemi 还成 为了 Tesla 继 ST 后的第二家 SiC 芯片供应商，同时也是蔚来 ET7 和 ET5 的 SiC 模 块供应商。Wolfspeed 6 寸 SiC 衬底产能占到全球 60%以上份额，在 2022 年 4 月其 8 英寸晶圆厂已正式启动量产，是目前全球唯一的 8 英寸碳化硅衬底工厂， Wolfspeed 封装的 SiC 模块已获得 Lucid air 车型的主驱定点。ROHM 在 2012 年收购 SiCrystal，同样具备了衬底产能，成为全产业链参与者，目前是全球第 5 大 SiC 企 业，ROHM 制造的 SiC 芯片获得了 Lucid air 车型的 OBC 订单。此外，Bosch 作为 全球主要的汽车电子 Tier1，同样布局了 SiC 晶圆制造，其芯片在 2021 年已经通过 了车规级认证，是 BYD 和芯聚能的 SiC 芯片供应商之一，在下游模块封装和应用 方面，Bosch 已投资深圳基本半导体，并且是联合电子的股东，有较大可能会占据 全球 SiC 行业的领导地位。
2.3.2、SiC商业模式：IDM模式或优于Fabless
近年来，垂直分工经营模式在数字逻辑集成电路领域取得了快速的发展。但对于工艺特色化、定制化要求较高的半导体产品如功率半导体、模拟器件等而言， 其研发及生产是一项综合性的技术活动，涉及到产品设计与工艺研发等多个环节相 结合，IDM 模式在研发与生产的综合环节长期的积累会更为深厚，有利于技术的积 淀和产品群的形成，从而有助于形成更强的市场竞争力。另外，IDM 企业具有资源 的内部整合优势，在 IDM 企业内部，从芯片设计到制造所需的时间较短，从而加 快了新产品面世的时间，同时也可以根据客户需求进行高效的特色工艺定制。功率 半导体领域由于对设计与制造环节结合的要求更高，采取 IDM 模式更有利于设计 和制造工艺的积累，推出新产品速度也会更快，从而在市场上可以获得更强的竞争 力。
车规级功率半导体面临着复杂的使用环境和应用工况，主驱逆变器长期处于高震动、 高湿度、高温度的工作环境，应用工况复杂多变，对功率器件的安全性、可靠性、 处理能力、使用寿命和装配体积重量要求极高，主机厂对车规级半导体的要求通常 是零失效，同时也要降低自身能量消耗，以提高整车性能。车规级功率半导体采用 IDM 模式生产，能够将设计与制造工艺、封装工艺与系统级应用更紧密的结合， 形成技术闭环，提升产品性能及可靠性。此外，功率半导体定制化需求较高，不同 应用对功率、频率和尺寸有不同的要求，需要针对不同客户开发不同的定制化产品。对 IDM 企业而言，产品设计和生产工艺的开发是同步的，设计部门与制造部门的 有效协调，可以快速实现技术突破和创新，缩短新产品的研发周期，也有利于公司 积累制造经验，形成技术壁垒。
2.3.3、国内主机厂深度参与SiC产业链布局，加快国产替代进程
据 CASA Research 统计，截至 2021 年 12 月 31 日，已通过交易所互动平台或公告形 式披露公司涉及第三代半导体产业链业务的 A 股公司共有 73 家，从上市公司募投 项目看，上游材料是上市公司最为热衷的环节，上市企业（含 IPO 过会）募资超过 100 亿元集中于 SiC 材料环节，代表企业如晶盛机电、露笑科技、天岳先进、东尼电子等。而斯达半导、士兰微等企业也通过二级市场定增，纷纷加码碳化硅晶圆制 造环节，向 IDM 模式转型。第三代半导体同样受风险投资青睐，据 CASA Research 统计，2021 年有 60 家与第三代半导体有关的企业获得了 80 笔风险投资，其中 43 笔披露的总金额合计约 139.76 亿元。
2020 年我国第三代半导体领域融资 14 笔，披 露的融资额约为 15 亿元，芯聚能、瞻芯电子、瀚薪科技、天科合达、瀚天天成、 泰科天润、基本半导体、同光晶体等多家技术实力雄厚的企业获得了宝贵的资金支 持。在国际龙头企业加强战略合作、产能绑定，竞争日趋白热化背景下，国内企业 在投资扩产、加快技术创新和产品开发的同时，更加注重上下游合作以完善产业链 布局。国内主机厂为提高供应链的安全性，降低被“卡脖子”的风险，纷纷战略投 资进入第三代半导体领域，如吉利与芯聚能半导体合资成立了芯粤能，布局 SiC 芯 片制造。长城汽车投资同光晶体，并通过孙公司蜂巢易创自建模块制造产能。
理想 汽车与三安光电共同成立碳化硅芯片设计和封测企业。此外瞻芯电子获得小鹏汽车 战略融资，上汽集团、广汽集团、小鹏汽车、宁德时代等车企参与了天岳先进的配 售。包括斯达半导、比亚迪半导体、广东芯聚能半导体、深圳基本半导体等国内领 先的 IDM 企业已启动主驱模块的量产或取得定点函。
我们认为，车规级市场准入 门槛较高, 由于车规级半导体对可靠性、一致性、安全性、稳定性和耐久性要求较 高，进入主机厂供应链一般需要通过质量管理体系 IATF16949 认证、可靠性标准 AEC-Q 系列认证，并完成主机厂 A 样、B 样、C 样，DV 和 PV 验证，直到 SOP 阶 段，通常需要 18-24 个月时间。由于整车厂复杂严苛的供应商审核体系，零配件供 应商一旦进入整车配套体系与整车厂建立合作关系后不会轻易变更。因此，现阶段 已拥有主机厂战略投资背书，或者获得了主机厂相关 SiC 产品定点函的国内 IDM 模式 SiC 企业，具有先发优势，有望在竞争中脱颖而出。
3、车规级SiC功率器件:主驱、OBC、充电桩最佳应用
新能源汽车是SiC功率器件的主要应用场景，在主驱逆变器、OBC、DC-DC 以及 直流充电桩模块中，SiC MOSFET 有望对 Si IGBT 加速替代。相比于Si IGBT, SiC MOSFET 为主逆变器应用带来了更高的逆变器效率、更小的系统尺寸、更低的系 统成本和更长的行驶里程。
车载充电器和 DC-DC 转换器都是电源应用，碳化硅为 它们提供更高的开关频率 FSW、更高的效率、双向操作、更小的无源元件、更小 的系统尺寸和更低的系统成本。根据市场调研数据，SiC 主驱逆变器模块、车载充 电器（OBC）、DC-DC 转换器的单车价值量分别为 4000-5000 元，1500-2000 元， 800-1000 元，对应功率分别为 150-250KW, 6.6-22KW, 2.5-3KW。而集成了车载充 电机（OBC）和 DC/DC 变换器的车载电源二合一产品单车价值量约为 2000-2500 元。由于 DC-DC 转换器与 OBC 集成化的趋势明显，且 DC-DC 转换器功率较小，需要用到的 SiC 芯片量远小于主驱和 OBC,因此本报告将不再对 DC-DC 转换器单独 进行讨论。
3.1、SiC MOSFET助力800V高压超充加速渗透
主机厂通过应用更高功率密度的 1200V SiC MOSFET 模块，可以充分发挥 800V 高 压平台和 350KW 直流超充桩的优势,大幅提高动力系统效率并加速大功率超充的普 及，解决新能源车主“里程焦虑”和“充电焦虑”的问题。根据电功公式 W=U*I*t， 在新能源汽车电池包容量 W 不变的前提下，如果想缩短充电时间 t，可以选择提高 电压 U 或者提高电流 I。当前主流的快充方案，主要有两类：一类是 Tesla 代表的提 升电流方案，在使用 250KW 的 Tesla 超充桩时，在 400V 平台下最大电流可达到 600A 以上，实现充电 5 分钟行驶 120km。但根据焦耳定律，提高电流的同时也会 加大整车散热需求，提高热管理成本和难度。
另一类以保时捷 Taycan 为代表的提高 电压方案（400V 平台升级为 800V 平台）。保时捷 Taycan 是全球首款量产 800V 车 型，发布于 2018 年，采用了 Hitachi 800V 主驱逆变器 IGBT 模块，当使用 350KW 的超级充电桩时，可在 15 分钟内将电量充至 80%，充电 4 分钟可以补充 100km 续 航。相比于提升电流，高电压带来较低的电流，从而减少了线缆中的功率损耗以及 电池过热问题，能更好地保持功率。它还能减轻重量，因为减小的线缆尺寸仅需更 少的铜，从而减少了所需的空间和重量。较小的线缆尺寸也有助于降低由昂贵的铜 线缆和连接器带来的成本。
800V 高压方案也是各大主机厂的主流选择。目前业界已有至少 10 家车企（大众 PPE 平台、奔驰 EVA、现代 E-GMP、通用奥特能、小鹏、比亚迪 e 3.0 平台、东风 岚图、吉利 SEA 浩瀚平台、广汽埃安、理想等）宣传布局 800V 高压平台，从量产 时间来看，各大车企基于 800V 系统的新车将于 2022-2023 年陆续上市。其中小鹏 G9 是国内首款采用 800V 高压 SiC 平台的量产车型，将于 2022 年 9 月正式上市。小鹏还将铺设中国首个量产 480kW 高压超充桩，未来实现超充 5 分钟，补能超过 200KM 的能力，从而让 800V 高压 SiC 平台的补能效率充分释放。
根据 IDTechEX 数据，当电池容量为 60kWh 时，使用 22kW 交流桩充满电量需要 2.5 小时以上；而使用 120kW/250kW/350kW 直流桩时，充电时间将分别减少 2 小时 /2 小时 15 分钟/2 小时 19 分钟以上。800V 高压平台下 350kW 直流桩充电时间仅为 400V 平台下 22kW 交流桩的 7%。
3.2、车规级SiC功率器件:主驱、OBC、充电桩的杀手级应用
3.2.1、SiC MOSFET在主驱逆变器中的应用：降低损耗和系统成本
主驱逆变器将电池中的直流电转换为三相交流电输送至电机，是电动汽车的心脏， 决定了驾驶行为和车辆的能源效率，也是 SiC 功率器件用量最大、价值最高的部分。碳化硅应用为主驱逆变器带来了更高的逆变器效率、更小的系统尺寸、更低的系统 成本和更长的行驶里程。根据 Infineon 与 Daimler 在 2018 年的测试数据，在相同的 行驶条件和行驶里程情况下：在配备了 1200V SIC MOSFET 的 400V 系统中，逆变 器的能耗降低了 63%，从而在 WLTP 工况条件下节能 6.9%；在配备了 1200V SIC MOSFET 的 800 V 系统中，逆变器能耗降低 69%，整车能耗降低 7.6%。
碳化硅对 车辆能耗的降低仍被低估，因为没有考虑电池系统重量减轻的影响。在系统成本方 面，尽管 SiC MOSFET逆变器是等效Si IGBT价格的2-3倍，然而，由于使用 SiC 后整车功耗降低，车辆系统效率提高，因此需要更少的电池容量。电池节省的成本 超过了碳化硅逆变器增加的成本，采用 800V 高压 SiC 平台的系统成本比400V Si IGBT平台节省高达 6%。
目前已发布或量产搭载 SiC 主驱模块的车型，大约在 18-24 个月之前就已经启动了 设计和研发。过去一年宣布应用 SiC 主驱模块的规划车型，量产交付还需要 12-18 个月以上，因此 SiC 主驱大规模上车使用（800V 平台）会在 2023 年之后。根据 IDTechEX 预测，全球新能源汽车 SiC 主驱渗透率将在 2025 年达到约 40%，2030 年达到 50%，与 Si IGBT 持平。跟据 CASA Research 调研数据，续航里程 500km 以上车型的电机控制器 SiC 渗透率到 2023 年将达到 100%；续航里程 400km-500km 新能源汽车车型电机控制器将在 2023 年左右开始使用 SiC 功率半导体，整体渗透 率在 40%左右；续航里程 400km 以下车型电机控制器将在 2025 年以后使用 SiC 功 率半导体，整体渗透率小于 10%。而 OBC/DCDC 的市场渗透进度要远远高于电控。
3.2.2、SiC MOSFET在OBC中的应用：系统成本降低约20%
车载充电机（OBC）是将交流充电桩输出的交流电转换为直流电输送到动力电池包 中，充电功率范围从 3.3kW 至 22KW，可支持双向流动；DC-DC 转换器可以将电 池中的 800V（400V）高压转换为 12V 低压，输送至低压系统中，功率约为 3KW。应用碳化硅获得更快的开关频率 FSW、更高的效率、双向操作、更小的无源元件、 更小的系统尺寸和更低的系统成本。在全系统采用 Si 与采用 SiC 的 22 kW 双向 OBC 比较中，使用全 SiC 的系统损耗减少了 42%，功率密度增加了 51%，Si 系统 需要使用 24 个 IGBT 单管，而 SiC 系统只需要使用 16 个 SiC MOSFET 单管，功率 器件和栅极驱动的数量都减少 30%以上，开关频率提高一倍以上。这降低了功率转 换系统的组件尺寸、重量和成本，SiC 系统成本比 Si 系统成本低近 20%。
3.2.3、SiC MOSFET在直流充桩中的应用：高压超充的必然选择
直流快速充电机绕过安装在电动汽车上的车载充电机（OBC），直接为电池组提供 快速直流充电。直流快速充电机由一级 AC-DC 和一级 DC-DC 组成。充电桩功率覆盖 50KW-350KW，内部充电模块从 15KW-60KW 不等。整车电压平 台由 400V 向 800V 升级，以及充电桩模块可扩展化，共同推动了超级充电桩的发 展。车载充电机和充电桩都包含了两个主要模块：用于 AC/DC 转换的主动式前端 (AFE)，以及 DC/DC 转换器。AFE 从电网获取单相或三相电力，然后输出到直流母 线，再通过 DC/DC 模块将其转换为电动汽车电池快速充电所需的电压。
直流充电桩通常采用 15-50 kW 的 AC-DC 和 DC-DC 电源模块，并根据充电位置和 车辆类型进行扩展，以满足更高或更低的功率需求。通过模块的并联堆叠组合可实 现 150 kW 快充桩以及 350 kW 超充桩的功率需求。以 25kW 充电桩模块为例，需要 并联 6 个模块实现 150kW 充电桩功率，而 250kW 的充电桩需要并联 10 个 25kW 功 率模块。350kW 功率的超充桩，则可以使用 6 个 60kW 模块并联，由于 60kW 模块 采用更高电压器件、更先进的封装和拓扑结构，可以有效减少芯片数量并降低系统 成本。根据 Wolfspeed 数据， 25kW 功率的充电桩模块，大约需用到 16-20 个 1200V SiC MOSFET 单管。根据 Yole 预测，用于直流充电器的功率电子设备总市场价值 2025 年将增长至 2.25 亿美元，2026 年将增长至 3.47 亿美元。
根据 Yole 数据，预计到 2027 年，SiC 车规级市场规模有望达到 49.8 亿美元，其中 主驱逆变器市场规模约为 44.1 亿美元，约占据整个车规级市场 88.6%份额。国内 SiC 产业链参与者有望充分受益于国内自主品牌车企与造车新势力崛起带来的新能 源汽车供应链国产替代红利，在高压超充时代获得更高市场份额。
4、投资分析及重点企业分析
4.1、投资分析
我们认为，凭借“耐高压”、“耐高温”和“高频”等优越的物理特性，SiC MOSFET 有望在新能源汽车 800V 高压超充时代快速替代 Si IGBT，在主驱逆变器、 充电桩、OBC 等应用场景中加速渗透，随着各主机厂 800V 高压平台车型的陆续量 产，SiC 行业需求有望快速增长。根据 Yole 数据测算，车规级 SiC 功率器件市场空 间有望从 2021 年 6.85 亿美元增长至 2027 年 49.8 亿美元，CAGR 为 39.2%，超过了 整个 SiC 功率器件市场增速。
尽管海外厂商起步较早且处于领先位置，然而，由于 新能源汽车电动化进程加快以及国内自主品牌车企与造车新势力加强供应链自主可 控的要求，车规级功率器件的进口替代趋势正在形成，国内 SiC 产业链多家企业已 经在主驱、OBC、DC-DC 等车规级应用领域得到主机厂提供的产品验证机会，并 顺利取得定点函，进入量产阶段，成功导入主机厂供应链。随着研发和产品迭代， know-how 和量产经验积累，国内 SiC 产业链企业有望进一步缩小与海外厂商差距， 占据更高的市场份额。
4.2、重点企业分析
4.2.1、天岳先进：全球半绝缘衬底龙头，IPO发力车规级碳化硅衬底制造
公司 2021 年 12 月登陆上交所科创板，募集资金 20 亿人民币，是国内碳化硅第一股。公司募投项目—上海天岳碳化硅半导体材料项目 2022 年三季度实现一期项目 投产，正式向 SiC 车规级导电型衬底领域进军。6 英寸导电型碳化硅衬底产品，新 签长单销售合同，未来 3 年（2023-2025 年）在手订单金额为人民币 13.93 亿元，超 过过去三年（2019-2021 年）营业收入总和 11.87 亿，彰显公司导电型衬底优异产品 力和业务高成长性。
公司在 2020 年启动了 8 英寸衬底的研发，凭借强大的研发实力和自主创新能力， 吸引了重磅产业投资者华为哈勃投资战略入股，以及上汽、广汽、小鹏、宁德时代、 中国建材等潜在的主机厂、Tier1 客户和供应商参与战略配售，随着上海临港 30 万 片 6 寸导电型衬底募投项目顺利推进，后续有望进一步加快推进与战略投资者的合 作。2026 年临港工厂达产后，我们预计 30 万片 6 寸衬底产能可满足超过 200 万辆 以上新能源乘用车需求。在新能源汽车全球加速渗透和 SiC 衬底国产替代背景下， 天岳先进具有显著的先发优势。
4.2.2、斯达半导：自建Foundry转型IDM，开启SiC新增长曲线
公司 2021 年公司实现营收 17.1 亿元，同比增长 77.2%；归母净利润 4.0 亿元，同比 增长 120.5%；毛利率 36.7%，净利率 23.4%。2017-2021 年，营业收入和净利润 CAGR 分别为 31.2%和 49.9%，净利润增速超过营业收入增速；毛利率稳步提高， 从 30.6%上升到 36.7%，5 年平均 ROE 稳定在 20%以上。公司车规级 SiC 模块已获得国内外多家著名车企和 Tier1 客户的项目定点，涵盖乘 用车和商用车车型。2020 年宇通客车已搭载采用 Wolfspeed（Cree）SiC MOSFET 芯片并由斯达半导封装制造的 800V 高压逆变器模块；2021 年新增多个使用全 SiC MOSFET 模块的 800V 系统的主电机控制器定点；2022 年上半年，车规级 SiC 模块 在新能源汽车行业已开始大批量装车应用。
公司 2021 年投资 5 亿元，新建年产 6 万片 6 寸 SiC 芯片产线,项目目前已完成基建 封顶，预计 2024 年底投产。在满产状态下，6 万片晶圆产能可配套约 42 万个主驱 模块，对应 15 亿以上收入，预计可满足 30-40 万辆新能源汽车需求（存在双电机以 上车型）。目前已发布的自主品牌新能源汽车搭载的 SiC 主驱逆变器仍然在使用海 外国际大厂的 SiC 芯片，国内 Fabless 或 Foundry 暂时还未量产应用于主驱逆变器模块的SiC MOSFET 芯片。公司通过新建 SiC 晶圆项目，有望打破国外企业垄断 SiC MOSFET主驱芯片的现状，开启国产替代新局面；此外，通过与模块封装产能协 同，公司将丰富自身产品线，提高车规级 SiC 模块的产品竞争力以及供货保障能力， 巩固并提高公司的市场地位和综合竞争力。公司新建 IDM 模式的 SiC 晶圆制造与 封测产线，有望再造一个斯达半导，提升长期增长空间。
4.2.3、英博尔：电驱动龙头前瞻布局800V SiC电控，定增打开高速成长空间
公司成立于 2005 年，2017 年登陆创业板，创始人姜桂宾先生及联合创始人李 红雨先生博士均毕业于西安交大电气工程专业，分别拥有 20 年和 15 年新能源驱动 系统、电源系统开发经验。公司团队积累了众多前华为、艾默生等企业的行业专家 和高端人才，拥有丰富的新能源汽车核心零部件开发经验。公司是国内少数具备新 能源汽车动力系统自主研发、全工艺生产能力的领先企业，可以为车企提供包括驱 动总成、电源总成以及驱动电机、电机控制器、充电机等动力域核心模块产品。单 车配套产品价值量根据其功率及应用场景的不同，价格在 5000 元-8000 元不等，随 着公司从 A00 级市场向 A 级车和 B 级车市场拓展，单车价值量也在有效提升。
公司大力推进电子元器件的国产替代进程，及时和车企沟通调整产品技术方案,市场 拓展顺利。驱动三合一、电源三合一、电机产品已配套吉利、长安、长城、威马、 合众、小鹏等主机厂，涵盖 A 级车和 B 级车。电源三合一产品收到越南 VINFAST 汽车定点，800V 高压电源项目预计 2022 年取得国内自主品牌车企定点。公司前瞻 性布局了 SiC 相关技术，采用单管并联技术方案的 SiC 电机控制器已向美国福特、 一汽红旗、一汽大众送样，联合开发推进顺利。
新能源汽车动力系统核心零部件呈 现集成化、轻量化、智能化的发展趋势，分立式零部件逐渐往总成类方向发展，在 电机控制器向高压大功率发展的技术迭代过程中，公司具有明显的先发优势。公司 目前已开发出第三代“集成芯”总成产品，功率 160kW，功率密度达到 160kW/L， 融合了驱动总成与电源总成，基于扁线电机、SiC 800V 高压系统，运用单管并联技 术充分发挥 SiC 导通电阻小、开关速度快的特性，产品重量、体积、成本均低于目 前市场同功率等级产品 20%以上，实现了新能源汽车电机控制器功率密度和效率大 幅提升，拉开了与市场同功率等级产品的差距，在行业内已具备相当的竞争优势。
公司 2019-2021 年营业收入为 3.18 亿元、4.21 亿元、9.76 亿元，复合增长率为 75.04%。2021 年归母净利润 4684.1 万，同比增长 256.0%；2021 年主要产品电机控 制器、电驱总成、电源总成营收分别为 3.45 亿、2.18 亿、2.82 亿，同比分别增长 44.5%、109.0%、321.1%。公司在手订单充足，产能利用率较高，公司 2021 年定增 募集 9.76 亿，其中 4.1 亿投向珠海基地用于产能扩张，达产后珠海基地实现每年 30 万台套驱动总成及 30 万台套电源总成的生产能力，较现有产能增长 200%。全部募 投项目达产后，总成产品有望达到年产 100 万台套的能力，较现有产能大幅提升。
4.2.4、威迈斯（拟上市）：OBC出货量国内第一，IPO扩产打造全球龙头
威迈斯成立于 2005 年，凭借在电力电子领域的技术积累和市场经验，逐步转 型进入新能源汽车零部件领域，在全球市场具有一定的先发优势、规模优势和“弯 道超车”优势。公司积累了丰富的客户资源，形成了强大的技术平台积累，具备丰 富的规模化、自动化生产管理经验。创始人万仁春暨主要管理团队具有丰富的电力 电子产品及新能源汽车领域的相关行业经验，主要管理团队分别拥有华为电气或艾 默生能源研发、销售、供应链等核心岗位的工作经历。经过十多年持续的研发投入 和技术创新，公司围绕电力电子技术在新能源汽车领域的应用，在硬件开发、软件 开发、产品结构和生产工艺等方面构建了系统性的电力电子产品共性技术体系和扎 实丰富的技术平台，在自动化生产、产能规模以及质量管控等方面形成了较强的生 产制造优势。
主要产品包括车载电源的车载充电机(OBC)、车载 DC/DC 变换器、车载电源集 成产品，800V 车载集成电源产品已获得小鹏汽车、理想汽车、岚图汽车等客户的 定点，在新能源汽车车载电源、电驱系统集成化程度越来越高的发展趋势下，公司 积极向电驱系统领域进行拓展和产业布局，实现了电机控制器和电驱三合一总成产 品的量产出货。公司始终坚持自主研发，经过多年的投入与积累，形成了较强的研 发创新能力。持续获得小鹏汽车、理想汽车、合众新能源、零跑汽车等造车新势力 以及上汽集团、上汽通用、吉利汽车、奇瑞汽车、长安汽车、Stellantis 集团、雷诺、 通用汽车等多家境内外知名整车厂的定点项目。
公司在车载电源行业深耕多年，取得了领先的市场份额，积累了大量具有战略 合作关系的整车厂客户资源。根据 NE Times 数据，2020-2021 年期间，公司连续两 年在中国乘用车车载充电机市场出货量排名第一，市场份额分别为 17.3%和 20.9%。2019-2021 年，公司营业收入分别为 7.29 亿、6.57 亿、16.95 亿，净利润分别为3413.8 万、551.1 万、7137.1 万。营收、毛利率和净利率水平均高于欣锐科技。随 着业务规模的不断扩大，公司 2019-2021 年产能利用率分别为 95.96%、72.46%和 95.34%，产能利用趋于饱和。公司已申报 IPO，计划募集 13.3 亿。其中 6.2 亿拟扩 产，新增产能 120 万台/年，有利于加强公司的生产能力、研发能力，进一步巩固公 司核心竞争力，维持和扩大领先优势。
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