半导体行业研究：新能源车快速发展，碳化硅迎来发展良机-20201231-国金证券-22页_1mb

半导体行业研究：碳化硅技术与新能源车应用前景分析

核心内容

碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料，因其宽禁带、高击穿电场、高热导率和高电子饱和速率等特性，具备显著的性能优势，适用于高温、高频及大功率器件。随着新能源汽车、光伏、轨道交通等领域的快速发展，碳化硅市场迎来高速增长机遇。国金证券维持“买入”评级，认为碳化硅将在多个领域快速渗透。

主要观点

1. 第三代半导体优势显著，应用多点开花

• 性能优势：SiC和GaN基MOSFET突破性能极限，具有更高的击穿场强、更低的导通损耗、更高的工作频率及更好的抗辐射能力。
• 应用领域：SiC主要应用于白色家电、新能源汽车、光伏逆变器、轨道交通等。
• 技术对比：SiC MOSFET在电流密度、工作频率、可靠性等方面优于Si IGBT，尤其在600V以上电压应用中表现突出。

2. 多领域需求驱动，碳化硅市场高速增长

• 新能源汽车：特斯拉Model 3和比亚迪汉已采用SiC模块，提升加速性能、功率及续航能力。预计2025年全球新能源汽车销量将达1100万辆，中国占50%。
• 光伏逆变器：SiC渗透率将从2020年的10%提升至2025年的50%，显著提升转换效率和降低能耗。
• 轨道交通：SiC渗透率预计从2018年的2%提升至2030年的30%，有助于提升牵引变流器效率和降低体积重量。
• 市场规模预测：2027年全球SiC功率器件市场规模将超过100亿美元，SiC器件将成为最畅销的分立器件。

3. 碳化硅在电动汽车领域潜力巨大

• 性能提升：SiC模块可降低损耗、缩小体积、提升续航能力。Model 3和比亚迪汉采用SiC后，加速性能和功率显著提升。
• 单车价值量增加：新能源汽车中，48V轻混系统需增加90美元功率半导体，电动车或混动需增加330美元。采用SiC后，价值量进一步增加。
• 市场增长：2020年中国新能源汽车销量为110.9万辆，预计2025年将达160万辆，带动SiC需求增长。

4. 碳化硅市场由国际巨头主导，国内企业加速追赶

• 国际企业：美国Cree占据全球SiC晶片市场45%，是碳化硅领域的主要领先者。英飞凌、意法半导体、罗姆等也在积极布局。
• 国内进展：天科合达、山东天岳等企业在SiC晶片领域快速成长，2020年上半年天科合达全球市占率提升至5.3%，预计2025年国内SiC晶片占全球比重将从8.6%提升至16%。
• 产业链完善：国内企业在SiC衬底、外延片、模块等方面逐步完善，推动行业快速发展。

关键信息

技术优势

• 性能优势：SiC MOSFET相比Si IGBT在导通损耗、开关损耗、体积、重量、工作温度等方面具有显著优势。
• 成本下降：随着6英寸晶片制造技术成熟，SiC成本有望大幅下降，预计2025年价格仅为当前的1/5~1/4。
• 应用场景：SiC器件将广泛应用于新能源汽车、光伏、轨道交通等领域，未来将逐步替代传统硅基器件。

市场前景

• 新能源汽车：2025年全球新能源汽车销量预计达1100万辆，中国占50%。SiC器件将显著提升整车性能。
• 光伏逆变器：SiC渗透率将从10%提升至50%，提升转换效率至99%以上，降低系统能耗。
• 轨道交通：SiC渗透率预计从2%提升至30%，提高牵引变流器效率和降低体积重量。

投资建议

• 推荐企业：科锐（Cree）、意法半导体（STMicro）、英飞凌（Infineon）、斯达半导、三安光电等。
• 行业评级：买入，预计未来3-6个月内行业涨幅将超过大盘15%以上。

风险提示

• 成本问题：SiC目前成本较高，短期内难以完全替代IGBT。
• 技术挑战：SiC技术难度较大，国内企业进展相对缓慢。
• 市场渗透：新能源汽车、光伏、轨交等领域应用进展可能不达预期。
• 产能过剩：SiC扩产项目较多，存在产能过剩风险。
• 持续投入：SiC行业需要持续性投入，技术迭代风险较高。

图表概览

• 图表1：SiC和GaN适用范围
• 图表2：SiC MOSFET应用范围
• 图表3：SiC MOSFET与Si IGBT对比
• 图表4：碳化硅功率器件主要应用领域
• 图表5：SiC与IGBT导通损耗优势对比
• 图表6：IGBT模块的FRD反向恢复电流
• 图表7：HPDrive封装对比
• 图表8：1200VCoolSiC节能效果
• 图表9：SiC在电动汽车中的应用
• 图表10：SiC在电动汽车应用中的优势
• 图表11：全球SiC晶片企业各尺寸发展情况
• 图表12：2017-2025年SiC晶片价格趋势
• 图表13：2019年中国SiC、GaN电力电子器件应用市场结构
• 图表14：全球SIC和GaN各应用领域预测
• 图表15：光伏逆变器中SiC占比预测
• 图表16：轨道交通中SiC占比预测
• 图表17：SiC在电动汽车中的应用
• 图表18：Model 3逆变器PCB板
• 图表19：Model3逆变器SiCMOSFET
• 图表20：比亚迪汉采用SiC MOSFET模块
• 图表21：电装应用于燃料电池Mirai车型的SiC模块
• 图表22：全新Mirai与原Mirai性能对比
• 图表23：2020年各种电动汽车半导体价值量
• 图表24：2017-2020年中国新能源汽车销量变化
• 图表25：2025年全球新能源汽车预测
• 图表26：2025年中国新能源汽车预测
• 图表27：全球碳化硅产业链主要公司
• 图表28：近三年Mouser在售SiC、GaN产品数量
• 图表29：英飞凌SiC业务增长趋势
• 图表30：英飞凌沟槽式SiC竞争优势
• 图表31：2018年导电型SiC厂商竞争格局
• 图表32：2019-2020H1全球SiC晶片市场份额
• 图表33：2019年国内重点SiC投资项目
• 图表34：2025年碳化硅晶片出货量预测

总结

碳化硅作为第三代半导体材料，具备显著的技术优势，将在新能源汽车、光伏、轨道交通等领域快速渗透。随着6英寸晶片制造技术的成熟和成本的下降，SiC市场有望迎来爆发式增长。尽管目前国际巨头占据主导地位，但国内企业正加速布局，提升市场份额。国金证券维持“买入”评级，认为碳化硅产业将受益于多领域需求增长，具有广阔的市场前景。