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碳化硅行业专题报告:关注国产衬底厂商扩产、器件厂商上车进展.docx
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碳化硅行业专题报告:关注国产衬
底厂商扩产、器件厂商上车进展
1. 解决里程焦虑,碳化硅是新能源汽车 800V 高压快充标配
SiC 属于第三代半导体,性能参数优异。以碳化硅为代表的第三代半导
体材料具有 禁带宽度大、饱和电子漂移速率高、热导率高、击穿电场
强度高等优势: 1)更大的禁带宽度可以保证材料在高温下,电子不易
发生跃迁,本征激发弱,从而 耐受更高的工作温度。碳化硅的禁带宽
度约为硅的 3 倍,理论工作温度可达 400℃以上。 2)饱和电子漂移
速率指电子在半导体材料中的最大定向移动速度,决定器件的开 关频
率。碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的两倍,有助于提高工作频率,将
器件小型化。 3)高温是影响器件寿命的主要原因之一,热导率代表了
材料的导热能力,碳化硅 的高热导率可以有效传导热量,降低器件温
度,维持正常工作。 4)临界击穿场强指材料发生电击穿的电场强度,
一旦超过该数值,材料将失去绝 缘性能,进而决定了材料的耐压性能。
碳化硅的临界击穿场强约为硅的 10 倍,能够耐 受更高的电压,更适
用于高电压器件。
碳化硅器件旨在为应用系统“增效+降本”,新能源汽车贡献主要市场。根
据 Yole 的 数据,2022 年碳化硅功率器件市场规模为 18 亿美元,
2028 年有望达到 89 亿美元,22- 28 年 CAGR 高达 31%。碳化硅功
率器件可应用于汽车、能源、交通、工业等多个领域, 其中汽车占据
主导地位,市场规模占比超过七成,2022 年市场规模为 13 亿美元,
2028 年有望达到 66 亿美元,22-28 年 CAGR 高达 32%。
1.1. 新能源汽车:特斯拉引领主驱搭载碳化硅,其他主流厂商上车潮渐
进
SiC 方案可实现新能源汽车三电系统降本、增效。碳化硅凭借高效率、
高功率密度 等优异特性,为应用系统“降本+增效”。以新能源汽车主驱
为例,根据 ST 测算,碳化 硅逆变器效率比 IGBT 逆变器高 3.4%,
可以有效提升续航、节省电池成本。此外,由于 碳化硅逆变器体积较
小,还可搭载成本更低的冷却系统,从而降低整车成本。因此新能 源
汽车主驱逆变器、车载 OBC、DC/DC 转换器已率先开启 SiC SBD、SiC
MOS 的渗透。
SiC 在汽车主驱、OBC、DC/DC 系统中均已开启渗透。 1)主驱:SiC
在纯电动车、混动车主驱上都有应用。2018 年,特斯拉率先将 SiC 应
用于 Model 3,开启主驱逆变 SiC 器件的大规模商业化应用,Model 3
全车搭载 24 个 SiC 模块,拆开封装每颗有 2 个 SiC 裸晶(Die),
共计搭载 48 颗 SiC MOSFET。后续有比 亚迪、蔚小理、吉利等车企
跟进。 2)OBC、DC/DC:相比 SiC 主驱逆变器,OBC、DC/DC 所
使用的 SiC MOS 允许更 高的导通电阻,技术成熟度更高,比亚迪于
18 年就开始在 OBC 中应用碳化硅器件。
主流车企加速推出搭载碳化硅的车型。据统计,全球大部分主流车企均
已有碳化硅 车型上市,暂未上市的厂商也有概念车或合作消息公布,
如标致的 Inception EV 概念车、 宝马与安森美签订供货协议等,说明
碳化硅的应用方案已经得到终端车企的广泛认可。
23 年已有多款 20-25 万元价格段的标配碳化硅车型上市,助力碳化硅
加速渗透。根 据汽车之家数据,23 年有小鹏 G6、极氪 X、智己 LS6
等多款 20-25 万元价格段的标配 碳化硅车型上市,可见新势力车企的
高性能策略已强势拉动碳化硅渗透,未来仍将有同 价格段车型如极氪
007 等上市。
特斯拉引领、其他车企跟进搭载碳化硅,23 年 1-8 月其他车企已贡献
25%碳化硅 车型销量。特斯拉作为行业中首个大规模应用碳化硅的车
企,旗下 Model 3、Model Y 车 型销量火爆,近年来在国内外造车新
势力的共同努力下,市场结构逐渐走向多元化。根 据我们的测算,其
他车企在碳化硅车型中的销量占比 2023 年 1-8 月已达到 25%,其他
车企碳化硅渗透率已达 8%,未来渗透率有望逐年提升,与特斯拉共同
拉动碳化硅渗透。
基于以下核心假设:1)电动车渗透率逐年提升;2)纯电动车的 SiC
器件主要应用 于主驱、OBC、DC/DC;3)伴随碳化硅国产衬底产能
释放、国产器件实现技术追赶,器 件平均价格有望每年降低 15%,从
而拉动碳化硅在纯电车中渗透。我们预测 25 年全球 新能源汽车 SiC
器件市场规模有望达到 194 亿元,23-25 年 CAGR 达 50%。
1.2. 充电桩:800V 车型渗透,桩端升压、提效需求拉动碳化硅应用
SiC 器件的耐高压、高频特性适配直流快充桩需求。要满足新能源汽车
快充需求, 直流快充桩电压需要提升到 800-1000V,所用功率器件耐
压必须提高到 1200V 以上,适 合应用碳化硅。同时,使用碳化硅器件
还可降低拓扑复杂度,减少驱动配套电路数量与 功率器件用量,从而
降低充电桩体积及系统成本。此外,对于运营商而言,应用 SiC 器 件
还可以减少开关损耗,提升转换效率,提高营业利润。
充电模块功率提升,国内外桩端厂商积极布局搭载碳化硅的产品。南方
电网、巨湾 技研、FreeWire、Rhombus 等国内外多厂商均已发布碳
化硅技术为核心的充电桩项目, 据中关村天河宽禁带半导体技术创新
联盟介绍,采用碳化硅充电模块的功率可以达到 60kW 以上,而采用
IGBT 单管的设计仅达到 15-30kW 水平。未来伴随直流充电桩功率 提
高,碳化硅渗透率有望快速提升。
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