SiC产业链专题低成本、高质量、大批量是产业化核心

投资要点

碳化硅的产业趋势确定性不断加强。随着纯电渗透率的提升，高压快充技术逐渐成为中高端车的标配且向更低价格带延申，一方面碳化硅功率器件在高压快充等应用场景上本身具有更大耐高温、耐高压、耐高频的性能优势，同时碳化硅功率器件在消费者心中获得了一定的产品认知；另一方面随着各大厂商的加速扩产及提升技术水平，上游衬底和外延材料端成本不断下降，技术进步及规模效应带来的价格的下降才是刺激碳化硅市场渗透的核心要素。

衬底产业链价值量占比高，良率和订单是胜负手

技术及资本密集型产业，是碳化硅降本的关键环节

衬底在碳化硅产业链中价值量最高，高达 47%。碳化硅产业链附加值向上游集中，衬底和 外延的成本占比最高。根据 CASA 整理的数据，产业链中，碳化硅衬底和外延的成本分别占整 个器件成本的 47%和 23%，为产业链中价值量最大的两个环节，相比硅基器件、价值量显著 倒挂。

衬底属于技术密集型行业，生产工艺水平直接影响良率。从生产工艺来看，以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅微粉，在碳化硅单晶炉中进行碳化硅单晶生长，再经过晶碇切磨抛 及清洗等工序，产出碳化硅衬底。衬底的质量影响下游外延和器件的质量，优质的衬底可以抑 制外延生长缺陷和器件性能退化，但衬底的控制难度又较大，其生产过程中的每个环节都具有 较高技术要求，当每个环节都具有一定良率损耗时，合在一起就会产生指数级递增的损耗，碳 化硅衬底龙头 Wolfspeed 良率也仅为 65%，这其中技术难度最高的又是长晶环节

原料合成获得高纯度碳化硅粉难度高。将高纯硅粉和高纯碳粉按一定配比混合，在 2,000℃以上的高温下反应合成碳化硅颗粒。再经过破碎、清洗等工序，制得满足晶体生长要求 的高纯度碳化硅微粉原料。难点在于碳化硅粉料合成过程中的环境杂质多，难以获得高纯度的 粉料；作为反应源的硅粉和碳粉反应不完全易造成 Si/C 比失衡；碳化硅粉料合成后的晶型和 颗粒粒度难控制。

晶体生长长晶是技术难度最高的环节，工艺水平决定良率。

长晶技术包括 PVT 法（物理气相传输法）、溶液法和高温气相化学沉积法等，目前商用 碳化硅单晶生长均采用 PVT 法。具体原理为将高纯碳化硅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，通过电磁感应将坩埚加热至 2,000℃以上，控制籽晶处温 度略低于下部微粉处，在坩埚内形成轴向温度梯度。碳化硅微粉在高温下升华形成气相的 Si2C、 SiC2、Si 等物质，在温度梯度驱动下到达温度较低的籽晶处，并在其上结晶形成圆柱状碳化 硅晶锭。

碳化硅衬底由于加工环节复杂且耗时，设备投资额较高属于资本密集型产业。

从碳化硅衬 底的制备流程来看，需要碳化硅粉料合成设备、长晶炉、切片机、研磨机和抛光机、量测仪器 等，其中最为关键的核心设备就是长晶炉，由于晶体生长速度非常慢且良率低，长晶过程需要 大量的单晶炉，要获得一定规模效应以降低成本就需要大量设备投入。单晶炉国产化率较高， 国内有外采和自研两种形式。那些技术积累水平较深发展时间较长的衬底厂商大多自研长晶炉， 大多数后进入者采用外采的方式。国内的碳化硅单晶炉设备供应商主要有北方华创和晶升股份， 两者在国内占有的份额超过 70%，国产化程度较高。全球范围看，国际主流半导体材料厂商经 过数十年积累，其工艺和产品远领先于业界同行，多通过自研以锁定设备从而保持领先水平（如 日本越化学和日本胜高），部分选择向 S-TECH Co, Ltd.等公司采购设备。由于设备认证周 期较长、厂商更换成本、稳定性风险等因素，国产供应商尚未实现国际主流碳化硅厂商的设备 供应。

国产厂商进展不断加速，良率和订单是胜负手

国产厂商顺应产业趋势，加速释放产能

供给端，海外厂商在 SiC 衬底赛道具备先发优势，国产厂商加速释放产能。根据 Yole 的 数据， 2022 年全球碳化硅衬底市场中，美国 Wolfspeed、美国Ⅱ-Ⅵ和日本 Rohm（收购德 国 SICrystal）三家企业合计占据全球约 72%的市场份额。中国公司天科合达、天岳先进努力 追赶，2022 年导电型衬底合计实现营收 1.04 亿美元，合计占比 15%，同比+5pct。

目前海外厂商加速碳化硅扩产进程，并大力布局 8 英寸。在碳化硅市场的全球格局中，海 外企业由于早期投入和技术研发等优势，占据了主导地位。国际大厂产能加速扩张，积极布局 碳化硅市场，争先恐后加码扩产。当前国际大厂仍以 6 英寸晶圆为主，为进一步提升产能，降 低单个器件的成本，如英飞凌、Wolfspeed、ST、罗姆半导体等几年前就开始布局 8 寸碳化硅 晶圆，并计划逐渐实现向 8 英寸晶圆的过渡。2015 年 Wolfspeed 便对外展示了 8 英寸碳化硅 衬底，2019 年投入 10 亿美元进行 8 英寸晶圆厂建设，并于 2022 年宣布投资 13 亿美元建设 8 英寸碳化硅衬底工厂，罗姆、意法半导体等诸多大厂均宣布投资建设 8 英寸碳化硅衬底。虽然 海外市场扩产脚步已纷纷转向 8 英寸，但实际大规模量产仍需到 2025 年之后。

国内厂商加快扩产打造规模优势，8 英寸正在突破技术。下游应用市场庞大，无论是在新 能源汽车还是光伏太阳能行业，国内都具备领先优势，在市场需求快速爆发的背景下，国内企 业一方面加快对技术差距的追赶，另一方面也在积极投入大量资源进行产线的建设来满足市场 需求和提供技术迭代的产业土壤，如天科合达、山东天岳等头部厂商持续加大投入进行扩产。 国产 SiC 衬底厂商积极扩产，积极把握碳化硅市场窗口期。根据 CASA 统计，2022 年我国衬 底产能达到 94 万片/年。根据我们的不完全统计，预计 2023 年底我国衬底产能已超过 130 万 片/年，增速迅猛。虽然扩产规模及速度较快，但能够规模化量产出货的只有天岳先进、天科合 达、山西烁科、同光晶体、南砂晶圆五家，其他公司均处于研发或小批量阶段，而 8 英寸衬底 量产出货的也仅山西烁科一家。

良率和订单是企业盈利的关键 关注有效产能，企业需要平衡规模提高盈利能力。

尽管各国产厂商规划产能增速极高，但 由于碳化硅衬底存在降低缺陷密度等技术门槛，因此并非所有规划产能均能如期实际交付。核 心设备目前大多都已实现国产化，单台设备投资额也不超过 200 万，因此设备和资本并非关键 卡点，更为重要的是工艺——掌握能够大批量生产的工艺，获得规模效应且提高良率，能够低 成本、高质量、大批量供应才是真正的产业化。规划布局的投资规模并不等于实际能够达到的 生产能力，并不等于能够实现的供货能力，更不对于能够获得的市场收入。由于目前技术工艺 的不完善，衬底良率水平较低，需要通过打造规模效应打磨工艺、降低成本、获得客户从而形 成正循环，但若布局的规模过大，投资量过大，包袱过重，运高成本极高，若盈利能力差更会 造成失血过快，现金流断裂的风险；若布局的规模不够，则又会缺乏规模效应，市场竞争力不 够。因此最核心的关键还是打磨工艺、投入研发、提升技术从而提高良率和盈利能力。

5. 全产业链齐心协力推进低成本、高质量、大批量的产业化

碳化硅材料、工艺、应用突破难度高，国内产业链尚未形成完整的闭环，需要全产业链齐 心协力推进低成本、高质量、大批量的产业化。上游材料层面产能不足、良率不足、产品缺陷 多，又会影响到器件的可靠性和良率，这又会造成应用层面使用困难，应用层面没有足够的需 求和数据能够为上游材料器件降本和技术工艺改进提供支撑。目前国内进展较快的在衬底和外 延材料端，头部厂商已进入海外大厂的材料供应链，但良率、高质量导电型、大尺寸等方面与 海外厂商仍有一定差距；下游晶圆、器件模块端相对进展较慢，国产厂商在工业领域已获得较 大突破，而进入新能源汽车主逆变器仍有一段距离，这需要全产业链齐心协力来推进低成本、 高质量且大批量的产业化，这离不开上游材料提高良率改进工艺，更离不开下游器件模块，也 离不开设备厂的国产化降本。

碳化硅是产业趋势我们认为碳化硅的产业趋势确定性不断加强，随着纯电渗透率的提升， 高压快充技术逐渐成为中高端车的标配且向更低价格带延申，一方面碳化硅功率器件在高压快 充等应用场景上本身具有更大耐高温、耐高压、耐高频的性能优势，同时碳化硅功率器件在消 费者心中获得了一定的产品认知；另一方面随着各大厂商的加速扩产及提升技术水平，上游衬 底和外延材料端成本不断下降，技术进步及规模效应带来的价格的下降才是刺激碳化硅市场渗 透的核心要素。

落实到投资层面结合产业进展，

1） 从估值方面，我们认为可以按照市销率进行估值。碳化硅产业是从 0 到 1 发展的行业， 市场空间巨大，从拿到大批量客户订单开始，到确认营收，企业在这个过程中通过获 得订单-迭代工艺-提高良率-提高盈利能力-获得订单的正循环反馈。

2） 从各环节进展来看，我们认为各个环节的发展特征、目前水平、关注要点有所区别， 核心关注产业趋势和企业订单情况。衬底及外延环节关注在下游放量及盈利能力的提 升，现在头部衬底厂商已经进入了海外碳化硅大厂的材料供应链，说明国产衬底产品 性能已经得到客户的认可，后续追踪订单情况，但落实到自身盈利上，还要更加关注 工艺改善、良率提升；外延国内厂商集中度较高，但有诸多上下游企业切入后续关注 竞争格局的变化及头部企业的规模优势；晶圆制造环节的核心关键在于高温离子注入 机的保有量，高温离子注入机是限制晶圆制造产能的瓶颈；器件模块环节进入新能源 车主逆变器供应的进展情况。

此为报告精编节选，报告PDF原文
《交运设备-新能源车行业深度报告（二）SiC产业链低成本、高质量、大批量是产业化的核心-华宝证券[胡鸿宇]-20240130【24页】》
报告来源【价值目录】