第三代半导体SIC行业发展机会分析10年20倍成长.docx

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第三代半导体SIC行业发展机会分析10年20倍成长

第三代半导体SIC行业投资机会分析

10年20倍成长

1、第三代半导体SIC：

性能优异，爆发前夜

1.1第三代半导体SIC材料的性能优势

SIC材料具有明显的性能优势。

SiC和GaN是第三代半导体材料，与第一二代半导体材料相比，具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率等性能优势，所以又叫宽禁带半导体材料，特别适用于5G射频器件和高电压功率器件。

1.2SIC器件的性能优势

SIC的功率器件如SICMOS，相比于Si基的IGBT，其导通电阻可以做的更低，体现在产品上面，就是尺寸降低，从而缩小体积，并且开关速度快，功耗相比于传统功率器件要大大降低。

在电动车领域，电池重量大且价值量高，如果在SIC器件的使用中可以降低功耗，减小体积，那么在电池的安排上就更游刃有余；同时在高压直流充电桩中应用SIC会使得充电时间大大缩短，带来的巨大社会效益。

根据Cree提供的测算:

将纯电动车BEV逆变器中的功率组件改成SIC时,大概可以减少整车功耗5%-10%；这样可以提升续航能力，或者减少动力电池成本。

1.3.制约产业发展的主要瓶颈在于成本和可靠性验证

行业发展的瓶颈目前在于SIC衬底成本高：

目前SIC的成本是Si的4-5倍，预计未来3-5年价格会逐渐降为Si的2倍左右，SIC行业的增速取决于SIC产业链成熟的速度，目前成本较高，且SIC器件产品参数和质量还未经足够验证；

SICMOS的产品稳定性需要时间验证：

根据英飞凌2020年功率半导体应用大会上专家披露，目前SiCMOSFET真正落地的时间还非常短，在车载领域才刚开始商用（Model3中率先使用了SICMOS的功率模块），一些诸如短路耐受时间等技术指标没有提供足够多的验证，SICMOS在车载和工控等领域验证自己的稳定性和寿命等指标需要较长时间。

1.4SIC产业链三大环节

SIC产业链分为三大环节：

上游的SIC晶片和外延→中间的功率器件的制造（包含经典的IC设计→制造→封装三个小环节）→下游工控、新能源车、光伏风电等应用。

目前上游的晶片基本被美国CREE和II-VI等美国厂商垄断；国内方面，SiC晶片商山东天岳和天科合达已经能供应2英寸~6英寸的单晶衬底，且营收都达到了一定的规模（今年均会超过2亿元RMB）；SiC外延片：

厦门瀚天天成与东莞天域可生产2英寸~6英寸SiC外延片。

2、SIC器件：

10年20倍成长，国内全面布局

2.1应用：

新能源车充电桩和光伏等将率先采用

SiC具有前述所说的各种优势，是高压/高功率/高频的功率器件相对理想的材料,所以SiC功率器件在新能源车、充电桩、新能源发电的光伏风电等这些对效率、节能和损耗等指标比较看重的领域，具有明显的发展前景。

高频低压用Si-IGBT,高频高压用SiCMOS,电压功率不大但是高频则用GaN。

当低频、高压的情况下用Si的IGBT是最好，如果稍稍高频但是电压不是很高，功率不是很高的情况下，用Si的MOSFET是最好。

如果既是高频又是高压的情况下，用SiC的MOSFET最好。

电压不需要很大，功率不需要很大，但是频率需要很高，这种情况下用GaN效果最佳。

以新能源车中应用SICMOS为例，根据Cree提供的测算:

将纯电动车BEV逆变器中的功率组件改成SIC时,大概可以减少整车功耗5%-10%；这样可以提升续航能力，或者减少动力电池成本。

同时SICMOS在快充充电桩等领域也将大有可为。

快速充电桩是将外部交流电,透过IGBT或者SICMOS转变为直流电,然后直接对新能源汽车电池进行充电，对于损耗和其自身占用体积问题也很敏感，因此不考虑成本，SICMOS比IGBT更有前景和需求，由于目前SIC的成本目前是Si的4-5倍，因此会在高功率规格的快速充电桩首先导入。

在光伏领域，高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器未来的发展趋势，因此基于性能更优异的SIC材料的光伏逆变器也将是未来重要的应用趋势。

SIC肖特基二极管的应用比传统的肖特基二极管同样有优势。

碳化硅肖特基二极管相比于传统的硅快恢复二极管（SiFRD），具有理想的反向恢复特性。

在器件从正向导通向反向阻断转换时，几乎没有反向恢复电流，反向恢复时间小于20ns，因此碳化硅肖特基二极管可以工作在更高的频率，在相同频率下具有更高的效率。

另一个重要的特点是碳化硅肖特基二极管具有正的温度系数，随着温度的上升电阻也逐渐上升，这使得SIC肖特基二极管非常适合并联实用，增加了系统的安全性和可靠性。

2.2空间&增速：

SIC器件未来5-10年复合40%增长

IHS预计未来5-10年SIC器件复合增速40%：

根据IHSMarkit数据，2018年碳化硅功率器件市场规模约3.9亿美元，受新能源汽车庞大需求的驱动，以及光伏风电和充电桩等领域对于效率和功耗要求提升，预计到2027年碳化硅功率器件的市场规模将超过100亿美元，18-27年9年的复合增速接近40%。

SICMOS器件的渗透率取决于其成本下降和产业链成熟的速度，根据英飞凌和国内相关公司调研和产业里的专家的判断来看，SICMOS渗透IGBT的拐点可能在2024年附近。

预计2025年全球渗透率25%，则全球有30亿美金SICMOS器件市场，中国按照20%渗透率2025年则有12亿美金的SICMOS空间。

即不考虑SICSBD和其他SIC功率器件，仅测算替代IGBT那部分的SICMOS市场预计2025年全球30亿美金，相对2019年不到4亿美金有超过7倍成长，且2025-2030年增速延续。

2.3格局：

SIC器件的竞争格局

目前，碳化硅器件市场还是以国外的传统功率龙头公司为主，2017年全球市场份额占比前三的是科锐，罗姆和意法半导体，其中CREE从SIC上游材料切入到了SIC器件，相当于其拥有了从上游SIC片到下游SIC器件的产业链一体化能力。

国内的企业均处于初创期或者刚刚介入SIC领域，包括传统的功率器件厂商华润微、捷捷微电、扬杰科技，从传统的硅基MOSFET、晶闸管、二极管等切入SIC领域，IGBT厂商斯达半导、比亚迪半导体等，但国内当前的SIC器件营收规模都比较小（扬杰科技最新披露SIC营收2020年上半年19.28万元左右）；

未上市公司和单位中做的较好的有前面产业链总结中提到的一些，包括：

泰科天润：

可以量产SiCSBD，产品涵盖600V/5A～50A、1200V/5A～50A和1700V/10A系列；并且早在2015年，泰科天润就宣布推出了一款高功率碳化硅肖特基二极管产品，是从事SIC器件的较纯正的公司；

中电科55所：

国内从4-6寸碳化硅外延生长、芯片设计与制造、模块封装实现全产业链的单位；

深圳基本半导体：

成立于2016年，由清华大学、浙江大学、剑桥大学等国内外知名高校博士团队创立，专注于SIC功率器件，也是深圳第三代半导体研究院发起单位之一，目前已经开始推出其1200V的SiCMOSFET产品。

3、重点企业分析

3.1天科合达

天科合达是国内第三代半导体材料SIC晶片的领军企业：

公司成立于2006年9月12日，2017年4月至2019年8月在全国股转系统挂牌转让，2020年7月拟在科创板市场上市。

公司成长速度极快，2017-2019年公司收入由0.24亿增长至1.55亿元，两年复合增长率154%。

营收构成：

SIC晶片占比约为一半

公司营收由三部分构成：

碳化硅晶片占比48.12%，宝石等其他碳化硅产品占比36.65%，碳化硅单晶生长炉占比15.23%。

设备自制：

从设备到SIC片一体化布局

公司以高纯硅粉和高纯碳粉作为原材料，采用物理气相传输法（PVT）生长碳化硅晶体，加工制成碳化硅晶片；其中的碳化硅晶体的生长设备-碳化硅单晶生长炉公司也能完成自制并对外销售。

行业格局与公司地位

公司地位：

2018年，以导电型的SIC来看，天科合达以1.7%的市场占有率排名全球第六，排名国内导电型碳化硅晶片第一。

3.2山东天岳

1、半绝缘SIC片的领军企业：

公司成立于2010年，专注于碳化硅晶体衬底材料的生产；公司产品主要在半绝缘型的SIC片。

公司投资建成了第三代半导体材料产业化基地，具备研发、生产国际先进水平的半导体衬底材料的软硬件条件，是我国第三代半导体衬底材料行业的先进企业。

2、成长能力：

据了解，公司收入从2018年收入1.1亿左右增加至2019年超过2.5亿总收入（其中也有约一半是SIC衍生产品宝石等），同比增长100%以上。

公司的SIC片主要集中在半绝缘型，而天科合达主要集中在导电型。

3、华为入股：

华为旗下的哈勃科技投资持股山东天岳8.17%。

4、生产能力（公司采用的是长晶炉的数量进行表征）：

山东天岳的产能主要由长晶炉的数量决定，2019年产线上长晶炉接近250台，销售衬底约2.5万片，预计年底前再购置一批长晶炉，目标增加至550台以上；

5、销售价格：

2018、2019年公司衬底平均销售价格大数大约在6300元/片、8900元/片，预计今年的平均价格将会突破9000元，价格变动的主要原因是2,3寸小尺寸衬底、N型等相对低价的衬底销售占比逐步降低，高值的4寸高纯半绝缘产品占比逐步提升导致单位售价提高。

6、技术实力：

山东天岳的碳化硅技术起源于山东大学晶体国家重点实验室，公司于2011年购买了该实验室蒋明华院士专利，并投入了大量研发，历经多年工艺积累，将碳化硅衬底从实验室的技术发展成为了产业化技术；山东天岳除30人的研发团队外，还在海外设有6个联合研发中心；公司拥有专利近300项，其中先进发明专利约50多项，先进实用性专利约220项，申请中的发明专利约50多项。

3.3斯达半导

1、斯达半导97.5%的收入均是IGBT，是功率半导体已上市公司中最纯正的IGBT标的，2019收入7.8亿（yoy+15.4%），归母净利润1.35（yoy+39.8%），IGBT模块全球市占率2%，排名全球第八；

2、斯达半导在积极进行第三代半导体SIC的布局。

公司SiC相关的产品和技术储备在紧锣密鼓的进行：

3、公司在未来重点攻关技术研发与开发计划：

主要提到三项重要产品开发：

1、全系列FS-Trench型IGBT芯片的研发；2、新一代IGBT芯片的研发；3、SiC、GaN等前沿功率半导体产品的研发、设计及规模化生产：

公司将坚持科技创新，不断完善功率半导体产业布局，在大力推广常规IGBT模块的同时，依靠自身的专业技术，积极布局宽禁带半导体模块（SiC模块、GaN模块），不断丰富自身产品种类，加强自身竞争力，进一步巩固自身行业地位。

4、公司和宇通客车等客户合作研发SIC车用模块

2020年6月5日，客车行业规模领先的宇通客车宣布，其新能源技术团队正在采用斯达半导体和CREE合作开发的1200VSiC功率模块，开发业界领先的高效率电机控制系统，各方共同推进SiC逆变器在新能源大巴领域的商业化应用。

宇通方面表示，“斯达和CREE在SiC方面的努力和创新，与宇通电机控制器高端化的产品发展路线不谋而合，同时也践行了宇通“为美好出行”的发展理念，相信三方在SiC方面的合作一定会硕果累累。

”

我们在之前发布的斯达半导深度报告中测算斯达在不同SIC渗透率和不同SIC市占率情境下2025年收入弹性，中性预计2025年斯达在国内的SIC器件市占率为6-8%。

预计2023-2024年国内SIC产业链如山东天岳、三安光电等更加成熟后，SIC将迎来替代IGBT拐点，但是IGBT和SICMOS等也将长期共存，相信国内的技术领先优质的IGBT龙头斯达半导能够不断储备相关技术和产品，积极拥抱迎接这一行业创新。

3.4三安光电

1、公司主要从事化合物半导体材料的研发与应用，以砷化镓、氮化镓、碳化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等半导体新材料所涉及的外延片、芯片为核心主业，产品主要应用于照明、显示、背光、农业、医疗、微波射频、激光通讯、功率器件、光通讯、感应传感等领域；

2、公司主业LED芯片，占公司营收的80%以上，LED是基于化合物半导体的光电器件，在衬底、外延和器件环节具有技术互通性；

3、公司专注于化合物半导体的子公司三安集成，2019年业务与同期相比呈现积极变化：

1）射频业务产品应用于2G-5G手机射频功放WiFi、物联网、路由器、通信基站射频信号功放、卫星通讯等市场应用，砷化镓射频出货客户累计超过90家，客户地区涵盖国内外；氮化镓射频产品重要客户已实现批量。

生产，产能正逐步爬坡；

2）2020年6月18日公司公告，三安光电决定在长沙高新技术产业开发区管理委员会园区成立子公司投资建设包括但不限于碳化硅等化合物第三代半导体的研发及产业化项目，包括长晶—衬底制作—外延生长—芯片制备—封装产业链，投资总额160亿元，公司在用地各项手续和相关条件齐备后24个月内完成一期项目建设并实现投产，48个月内完成二期项目建设和固定资产投资并实现投产，72个月内实现达产；

3）三安集成推出的高功率密度碳化硅功率二极管及MOSFET及硅基氮化镓功率器件主要应用于新能源汽车、充电桩、光伏逆变器等电源市场，客户累计超过60家，27种产品已进入批量量产阶段。

4）三安集成19年实现销售收入2.41亿元，同比增长40.67%；三安集成产品的认可度和行业趋势已现，可以预见未来在第三代材料SiC/GaN的功率半导体中发展空间非常广阔。

3.5华润微

1、公司是中国领先的拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化经营能力的半导体企业，产品聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域；

2、产品与制造并行：

公司2019年收入57亿元，其中产品与方案占比43.8%，制造与服务占比55%，制造与服务业务主要是晶圆制造和封测业务；产品与方案主体主要是功率半导体，占比90%，包括MOSFET、IGBT、SBD和FRD等产品；

3、公司目前拥有6英寸晶圆制造产能约为247万片/年，8英寸晶圆制造产能约为133万片/年，具备为客户提供全方位的规模化制造服务能力；

4、SIC领域积极布局：

在2020年7月4日，公司进行了SIC产品的发布会，发布了全系列的1200V/650V的SIC二极管产品，公司有望通过IDM模式在SIC材料的各个功率半导体产品领域深耕并持续受益于产品升级和国产替代。

3.6捷捷微电

1、公司是国内晶闸管龙头，持续布局MOSFET和IGBT等高端功率半导体器件。

按照公司年报口径，2019年功率分立器件收入占比75%，功率半导体芯片收入占比23%；公司的功率分立器件，50%左右业务是晶闸管（用于电能变换与控制），还有部分二极管业务，其余是防护器件系列（主要作用是防浪涌冲击、防静电的电子产品内部，保护内部昂贵的电子电路）；

2、公司于2020年2月27日与中芯集成电路制造（绍兴）有限公司（简称“SMEC”）签订了《功率器件战略合作协议》，在MOSFET、IGBT等相关高端功率器件的研发和生产领域展开深度合作；公告披露，捷捷微电方保证把SMEC作为战略合作伙伴，最大化的填充SMEC产能，2020年度总投片不低于80000片，月度投片不低于7000片/月。

3、公司长期深耕晶闸管和二极管等分立器件，这些客户和MOSFET和IGBT等相关高端功率器件有重叠，公司从晶闸管领域切入到MOS后，在这两个产品大类上也将积极应用第三代半导体SIC，为后续提升自身器件性能和产品竞争力做好准备。

3.7扬杰科技

1、公司是产品线较广的功率分立器件公司。

公司产品主要包括功率二极管、整流桥、大功率模块、小信号二三极管，MOSFET，也有极少部分的IGBT产品。

按照公司年报口径，2019年功率分立器件收入占比80%，功率半导体芯片收入占比13.8%，半导体硅片业务占比4.55%。

2、公司第三代半导体SIC器件目前收入较少。

公司积极布局高端功率半导体，筹备建立无锡研发中心，和中芯国际（绍兴）签订保障供货协议，持续扩充8寸MOS产品专项设计研发团队，已形成批量销售的TrenchMOSFET和SGTMOS系列产品。

3、SIC产品目前占比小：

公司2020年9月公告，目前主营产品仍以硅基功率半导体产品为主，第三代半导体产品的销售收入占比较小，2020年1-6月，公司碳化硅产品的销售收入为19.28万元。

4、我们认为同捷捷微电一样，公司是中低端功率器件利基市场龙头，虽然目前SIC产品的占比较小，主要是由于国内产业链成熟度的拐点刚刚到来；未来公司将积极布局各种基于SIC材料的功率器件，从而提高其产品性能并实现市场占有率持续稳步提升，打开业务天花板和想象空间。

3.8露笑科技

1、传统主业是电磁线产品：

公司是专业的节能电机、电磁线、涡轮增压器、蓝宝长晶片研发、生产、销售于一体的企业，公司主要产品有各类铜、铝芯电磁线、超微细电磁线、小家电节能电机、无刷电机、数控电机、涡轮增压器和蓝宝石长晶设备等产品。

公司是国内主要电磁线产品供应商之一，也是国内最大的铝芯电磁线和超微细电磁线产品生产基地之一。

2、SIC长晶设备已经开始对外供货：

露笑科技基于蓝宝石技术储备，经过多年研发已快速突破碳化硅工艺壁垒，在蓝宝石基础上布局碳化硅长晶炉和晶片生产。

碳化硅跟蓝宝石从设备、工艺到衬底加工有较强的共同性和技术基础，例如精确的温场控制、精确的压力控制、精确的籽晶晶向生长以及基片加工等壁垒。

公司在多年蓝宝石生产技术支持下成功研发出碳化硅自主可控长晶设备，并在2019年开始对外供货SIC长晶设备。