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碳化硅器件加速上车,头部汽车主机厂、Tier1争相布局产业链

近期,三安光电拿下38亿碳化硅大单,结合此前理想和三安联手布局碳化硅的举措,可以很明显看到,在新能源汽车快速放量下,碳化硅也迎来它的新时代。

需求端:新能源大势所趋,碳化硅加速“上车”

2021年以来,以中国为代表的新能源乘用车市场像开了挂一般,呈现出前所未有的火爆走势,从其节节攀升的市场渗透率上可以明显感受到。

图表:2015-2022年全球及中国新能源汽车销量

资料来源:Wind、芯八哥整理

新能源汽车作为碳化硅器件件最大的下游应用市场,受益于终端需求驱动,根据Yole数据显示,2021年全球碳化硅功率器件市场规模约10.9亿美元,其中汽车用碳化硅市场规模达6.9亿美元,占比达63%。随着碳化硅在新能源汽车渗透率快速提升,其市场规模也将不断扩大。

图表:2021-2027年全球碳化硅器件市场规模情况

资料来源:Yole、芯八哥整理

具体看,SiC功率器件在新能源汽车中主要应用于主驱逆变器、OBC、DC/DC车载电源转换器和大功率DC/DC充电器领域。随着未来800V电压平台推出,在大功率,大电流条件下减少损耗、增大效率和减小器件尺寸,电机控制器的主驱逆变器将不可避免从硅基IGBT替换为SiC基MOS模块,存量替代市场空间巨大。

资料来源:Yole、芯八哥整理

从头部主机厂的动态来看,自2018年特斯拉在Model 3上规模化使用ST的碳化硅模组以来,行业龙头的引领作用下,至2020年比亚迪的汉EV、2021年蔚来的ET5/7先后开始引入碳化硅功率器件,今年包括小鹏、现代、通用及奔驰等一批汽车主机厂逐渐规划碳化硅产品的“上车”,行业迎来发黄金展期。

资料来源:芯八哥整理

供给端:海外大厂主导,国产供应链快速发展

从整体市场布局看,目前碳化硅器件尤其是车用碳化硅功率器件市场主要由海外大厂掌控,包括ST(意法半导体)、Wolfspeed(科锐)、Infineon(英飞凌)、ROHM(罗姆)及ONSemi(安森美)等头部IDM厂商深耕车用市场多年,跨足上游材料长晶到加工器件等产业链各环节,与各大车企及Tier1厂商合作紧密,市场优势明显。

图表:2021年全球车规级碳化硅器件企业占比

资料来源:Yole、芯八哥整理

以ST为例,其通过率先打入特斯拉供应链,目前在车规级碳化硅模块应用市场占比约37%;Infineon依托其在车规级功率器件方面的技术积淀,近两年市占率快速提升;比较具有代表性的厂商中,以ONSemi为例,其看好并积极“押注”车规级碳化硅产品,2021年通过收购衬底供应商GTAT,搭建了从碳化硅晶锭、衬底、器件生产到模块封装的垂直整合模式,建立了自己独特的竞争优势。

国产厂商方面,车用SiC功率器件供应商主要有三安光电、比亚迪半导体、斯达半导、闻泰科技及基本半导体等集芯片设计、制造、封测为一体的IDM厂商,但由于技术积淀、起步较晚等多方面原因,其在在整体车规级市场占比较少。近年来,可以看到国内碳化硅IDM厂商也逐渐向集团式整合制造的结构发展,持续完善垂直整合布局,加大加大研发投入、扩产,不断强化竞争力。

从企业上车情况来看,ST重点以特斯拉为主,产能供不应求;Infineon通过与大众、现代及国内小鹏等车企合作,市场份额快速增长;Wolfspeed主要以上游衬底扩产为主,器件布局为辅;ROHM和ONSemi加大产业链布局,成效显著;比亚迪半导体依托母公司需求,以自用为主,发展迅速;三安光电产线逐渐建成,产品处于规模送样验证阶段;泰科天润、斯达半导体及基本半导体等受限于良率及材料方面限制,尚处于起量阶段。

资料来源:芯八哥整理

Tier1方面,以博世、博格华纳及大陆集团为代表头部厂商积极扩大在碳化硅产品市场布局,800V高压平台是Tier1较为关注的热点。

资料来源:芯八哥整理

综上,与国外大厂相比,国内车用碳化硅功率器件发展相对缓慢,市场占有率明显偏低。作为全球最大的新能源汽车市场,长期看国内碳化硅器件本土化需求具有很大的发展空间,随着国产厂商碳化硅材料技术不断取得突破,以及芯片结构及模块封装工艺趋于成熟,头部厂商在车用碳化硅市场发展潜力巨大。

大势预判:碳化硅国产化未来发展的挑战与机会

从今年1-9月资本市场融资情况来看,碳化硅等第三方半导体、功率器件应用等投资热度居高不下,二级市场的相关碳化硅概念股也持续升温,行业发展具备良好的天时地利人和。

图表:资本市场聚焦功率器件、AI等细分赛道

资料来源:Wind、芯八哥整理

相对而言,和其他差距较大的芯片对比看,国内在碳化硅、氮化镓等第三代半导体与头部厂商站有望在同一起跑线上的机会。当然,我们也应该看到,在专利布局、技术代差、量产水平、良率及应用稳定性等方面,国产厂商还有较长的路要走。

资料来源:芯八哥整理

北京大学教授、宽禁带半导体研究中心主任沈波曾提出,包括ST、Infineon及ROHM等碳化硅模块都已通过车规级认证,产品逐渐走向规模化生产和应用。反观国内,主要量产应用的产品仍以碳化硅二极管为主,车规级碳化硅MOSFET、IGBT等估计到明年才能实现小批量量产,大规模上量有待观察。

国内领先的碳化硅器件厂商泰科天润曾提到,在碳化硅器件方面,国产碳化硅二极管基本上水平和国外差距不大,但碳化硅MOSFET国内外差距还是有至少1-2代的差距;可靠性方面,国内厂家需要在推广市场的过程中逐步积累相关经验;产业链方面,国外厂家针对碳化硅的材料优势,相关匹配的产业链都做了对应的优化设计,使之能更加契合的体现碳化硅的材料优势。总的来看,国内该领域仍处于后发追赶阶段。

从笔者的角度来看,在国内外新能源(汽车、光伏及储能等)产业的快速发展驱动下,尤其是车规级类应用,国内外碳化硅IDM厂商都在积极扩大产能,未来2-3年车规级碳化硅仍处于供不应求阶段。现阶段,国内碳化硅器件厂商具备较好的发展“红利”期,未来几年内加快车规产品认证、整合上下游供应链、提升批量制造能力和良率,这将是关系到国产厂商是否有机会取得“质变”发展的关键。



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