碳化硅行业竞争格局、驱动力及供需分析

目前处于供不应求的状态。

1.竞争格局

衬底：Wolfspeed是绝对的龙头，占据62%的市场份额，高意和被罗姆收购的SiCrystal市占率分别为14%和13%，国内企业天科合达占有4%的全球份额，位居 全球第五。

外延：形成Wolfspeed和Showa Denko的双寡头格局，两家企业分别占据52%和43%的市场份额，形成寡头垄断。

器件：意法半导体先发优势明显（较早绑定下游客户），全球份额稳定在42%；功率半导体龙头英飞凌的市场份额提升较快，从2020年的16%提高到2021年的 23%；安森美重点发力碳化硅，未来可能是破局的黑马，公司给出的指引显示2022年碳化硅业务将会是2021年的3倍，2023年碳化硅业务总营收为10亿美元， 对比来看，意法半导体给出的指引为2023年碳化硅业务营收达10亿美元，英飞凌的指引则为2025年碳化硅业务营收达10亿。

2.行业驱动力

技术进步（降本、提高良率）：

扩径：碳化硅晶圆尺寸的迭代成为降本的主要途径，尺寸从上世纪90年代的1英寸逐渐演进为8英寸（200mm），尺寸越大，单片晶圆可切割的die越多，同时 边缘损耗越少。目前6英寸仍是主流尺寸，2022年4月Wolfspeed的全球首个8英寸碳化硅晶圆厂小批量生产。

长晶：中科院物理所和日本住友等推进LPE法的研究，LPE法对温度要求低，仅为1000°C左右，长晶速度更快。

切割：未来激光剥离技术取代目前的多线切割会使效率高2-3倍，英飞凌通过开发冷裂技术减少晶锭在切割过程中的材料损失，预计2024年可以商业化。

应用领域拓展，新能源成主要商业化落地场景：2001年英飞凌推出全球首个碳化硅SBD以来，碳化硅始终没有找到可以大规模商业化的场景，随着2018年特斯 拉首次在Model 3上使用碳化硅模块，碳化硅产业化速度明显加快，随着800V高压平台陆续上车，碳化硅的需求会出现爆发。

3.供需分析

供给端

碳化硅衬底作为紧缺材料，由于产能有限，而下游需求旺盛，目前处 于供不应求的状态。 Wolfspeed、高意、罗姆三家衬底大厂纷纷加码衬底产能建设，抢占 市场先机。2022年9月公告将在美国建设号称世界上最大的碳化硅衬 底工厂，建成后现有产能将扩大10倍；预计一期工程2024年完成。 从供给规格来看，全球目前共有13家企业或机构成功研发8英寸碳化 硅衬底，但能够量产的比例偏低，未来衬底会从6英寸逐渐向8英寸过 渡，但短期将仍以6英寸供给为主。

需求端之新能源车

碳化硅在新能源车上的应用主要体现在三大领域，分别为电驱逆变器、车载充电机（ OBC ）和DC/DC转换器，其中SiC电驱逆变器单车价值量约为500美元， OBC约为50美元，DC/DC约为20美元。根据Yole，2027年碳化硅电驱逆变器市场空间为44.1亿美元，占据车规级碳化硅市场的份额达88.6%，是最主要的应用 场景。

由于碳化硅耐高温的特点，因此对于配套热处理系统的需求降低；其能适应高频工作环境的特点使得能够减少配套被动元器件的数量；其体积更小，重量更轻， 能够提高整车轻量化。而硅基IGBT属于双极型器件，开关损耗和单位面积导通电阻大。根据罗姆，碳化硅方案下电驱逆变器的尺寸减少43%，重量降低6kg。

 根据Wolfspeed测算，电驱逆变器用SiC MOSFET取代Si IGBT后，续航提升5%-10%，单车可节省400-800美元电池成本，减去使用碳化硅器件的增量成本200 美元后，单车成本可最终下降200-600美元。

高压环境下，碳化硅表现更优；800V+SiC成最佳拍档。  根据意法半导体的测算，在400V条件下，使用碳化硅器件能够带来2%-4%效率提升，而在750V条件下，性能提升幅度上升到3.5%-8%。英飞凌的测试数据也 显示，同400V平台下Si IGBT相比，同等电压情况下SiC MOSFET能耗降低63%，WLTP工况下节能6.9%；而当电压升到800V后，SiC MOSFET能耗降低69%， WLTP工况下节能7.6%。

 新能源车从400V电压平台升级为800V是大势所趋，目前主流车企均宣布布局800V电压平台（奔驰、大众、通用、现代、特斯拉、比亚迪、吉利、蔚来、小鹏、 理想、东风、广汽等），小鹏G9是国内首个搭载800V平台且使用碳化硅电控的车型。

根据IDTechEX预测，全球新能源车碳化硅电驱渗透率在2025年将达40%，2030年会进一步提升到50%。 特斯拉首次在Model 3电驱逆变器上使用ST提供的碳化硅模块后，在Model Y/S/X等车型上也陆续展开应用。

比亚迪于2020年在汉EV旗舰车型的电驱逆变器使用碳化硅模块，仅次于特斯拉成为全球第二家应用碳化硅电驱逆变器的汽车厂商，之后在比亚迪唐和海豹等 车型上均有所应用，公司通过旗下半导体子公司自研碳化硅模块，受限于产能获取于2020年底宣布自建产线。

蔚来ES7/ET7/ET5、小鹏G9的电驱逆变器均使用外部供应商提供的碳化硅模块，理想与三安光电合资展开碳化硅领域的研发和制造并计划2024年投产。

需求端之光伏

光伏领域，碳化硅器件可实现对光伏逆变器中Si二极管和Si IGBT的替代，提高转化效率。根据Electronic Products，在50kW功率下，SiC MOSFET较Si IGBT有 1%CEC效率的提升和0.8%峰值效率的提升，逆变器重量从173kg降低为33kg，功率密度从0.3kW/kg提高到1.5kW/kg，体积从0.41m3降低为0.09m3。

 阳光电源2013年首次将碳化硅二极管应用于逆变器，2014年推出应用SiC MOSFET的产品，2017年推出碳化硅模块逆变器。英飞凌、安森美、富士电机等海外 供应商在该领域进展较快，例如：富士电机2014年量产采用SiC MOSFET方案光伏逆变器，适用于兆瓦级光伏电站。 根据CASA，2025年全球碳化硅光伏逆变器渗透率将达50%，2048年进一步提高到85%。

需求端之充电桩

充电焦虑长期以来成为行业痛点，充电桩在应用碳化硅功率模块后充电效率会得到较大提升。根据安森美的数据，碳化硅方案较传统硅基方案体积可缩小10倍， 能量损耗减少60%，可实现99%的峰值效率。

根据美国汽车工程师协会的分类，目前全球市场上现有充电桩多为Level 1和Level 2，功率低且充电时间慢。未来随着功率的增加，充电桩逐渐向Level 3和 Level 4渗透，而大功率充电对于设备散热要求高，对于碳化硅的需求将增加。

 800V电压平台新能源车的落地需要搭配高功率快充桩，现存充电桩大多只能支持400V电压新能源车的充电需求。 电动汽车充电桩的建设会持续加快推进。以中国为例，根据EVCIPA，2020年中国车桩比为2.93，但据2015年国务院提出1：1的车桩比战略目标仍有较大提升空 间。

需求端之轨交

碳化硅在轨道交通的应用主要在车辆的牵引变流器上。传统硅基IGBT的功率和开关频率很难再有突破，碳化硅器件可提高开关频率、功率密度、减少开关损耗。 中车株洲研发并应用于深圳地铁1号线的碳化硅牵引电机实际工作中同硅基IGBT比可减少10%综合能耗，在中低速段噪声下降5分贝以上，温升降低40°C以上。

根据中国城市轨道交通协会的数据，2019年全国城轨交通总电能耗152.6亿度电，如果全部采用碳化硅方案，可节省15.26亿度电，省电比例约10%。  海外方面，德国和日本在商业化落地上进展较快。西门子于2021年12月公布其碳化硅有轨电车测试结果并即将批量投产；2021年11月JR东日本横滨分公司正式 商业运营搭载碳化硅的E131 Series500系列列车。