24年SIC放量，天科合达是华为问界M9、智界S7的车规高压碳化硅衬底的唯一供应商
华为DriveONE800V高压碳化硅动力平台唯一车规级电机主驱MOSFET碳化硅功率芯片衬底供应商是北京天科合达，另外也是华为汽车DC-DC、车载充电器（OBC）、快充逆变器碳化硅芯片衬底供应商，每车用到60颗SIC的MO芯片。天科合达是国内唯一一家技术自研自主且在碳化硅芯片产业链中独占75%份额利润的企业，业务包括了碳化硅单晶炉、8英寸碳化硅衬底和6英寸碳化硅外延全部自主自研规模量产。2024年初天科合达碳化硅产的全球市占率排名第二，国内排名第一。2025年天科合达市场占率将达到世界第一的水平。
600509天富能源持有天科合达9.09%股权为第二大股东，母公司天富集团持有天科合达11.6%股权，为第一大股东，两者为一致行动人，共持有天科合达20.7%股权。另外股东有，中科物研所5.6％，宁徳时代4.7％，厦门中和致信3.8%，国家基金3.7％，高瓴4.6%（合计），华为哈勃3.5％，以及比亚迪等等，还有管理层总计持股20%左右。股东们的背景都非常靓丽。
2023年天科合达营收15亿左右，净利润3亿多，预计2024年4月份天科合达估值350亿到500亿区间在北交所上市。
11月6日，天科合达发布碳化硅衬底产业化基地建设二期项目招标公告，总建筑面积为105100 ㎡，总投资约20亿元,规化产能衬底25万片。
公开信息显示，该项目位列《北京市2023年重点工程计划》新建项目名单，为扩产项目。该基地计划新建800台碳化硅单晶生长炉及其配套加工设备，可年产碳化硅晶片达25万片，预计于2024年建成投产。
• 2021年11月，北京天科合达碳化硅衬底产业化基地项目（一期）完成主体建设，计划年产碳化硅衬底12万片；
• 2022年5月，新疆天科合达宣布碳化硅衬底项目（二期）宣布将竣工达产，可实现年产单晶衬底1500锭、单晶原料50吨；
• 2022年11月，由北京天科合达、重投集团等各方投资建立的第三代半导体产业园在深圳动工，总投资约为32亿元，目标年产6英寸碳化硅单晶衬底片10万片及6英寸碳化硅外延片25万片；
• 2023年8月8日，江苏天科合达碳化硅晶片二期扩产项目正式动工，总投资8.3亿元，投产后可实现年产碳化硅衬底16万片；
中金 | 碳化硅设备：2024 SiC开启放量，加速设备国产化替代
近期，随着多款搭载800V平台的车型发布，以及头部材料厂商扩产计划超预期，碳化硅产业链迎来频繁催化。我们认为，需求端新能源车+光伏上量与供给端良率突破或于2024年迎来共振，碳化硅有望迎接大规模放量；国内厂商产能规划亦积极，提升了设备国产化需求，建议关注价值量占比较高的衬底+外延设备。考虑到国产设备将率先应用于国内市场与设备前置投资，我们测算明年国内衬底+外延设备空间将增至90亿元。若后续技术趋于成熟、考虑设备出口，市场空间或还将更为广阔。
行业概况：需求侧受益新能车800V平台，供给侧仍受良率制约，优质产能仍有缺口。全球新能源车销量和光伏装机数量持续提升，随着碳化硅在新能车逆变器、充电桩和光伏逆变器的加速渗透，碳化硅衬底需求高速增长；但目前低良率仍是制约各厂商大规模扩产的难点，我们认为有效产能较实际需求仍有较大缺口。我们测算到2027年全球碳化硅衬底市场空间为250亿元，5年CAGR为43%。
衬底和外延设备：价值量占比较高，国产替代空间广阔。衬底和外延生产在产业链价值量超70%，因此对应设备空间亦较大。目前，长晶设备国产化率较高，切磨抛设备仍以进口为主，外延设备也已有国产化替代方案。考虑到国产设备短期内较海外设备暂无较强竞争力，或将率先应用于国内市场，我们测算未来3年中国衬底+外延设备厂商年均市场空间为85~90亿元。
制造和封装设备：价值量占比较低且与硅基器件大体类似，关注重点设备。在器件制造环节，碳化硅制程要求低于硅基，仅需部分新增特定设备和升级工艺；在器件封装环节，亦大多沿用硅基器件封装技术。但是，部分关键设备市场仍呈现“小而美”特征、具备投资价值，如高温离子注入设备是制约产能的关键、新技术纳米银烧结设备国产化率不足1%等。
正文
行业概况：需求侧受益新能车800V平台，供给侧仍受良率制约
需求端：新能源汽车与光伏逆变器应用带动需求增长
碳化硅晶片可分为导电型和半绝缘型，两类晶片的下游应用场景各有侧重。碳化硅功率器件以其出色的电汽性能，能够有效满足电力电子系统对高效率、轻量化的要求，在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。2021年，新能源汽车占碳化硅晶片下游应用市场的份额为38%；其次是消费类电源，占比为22%；光伏逆变器占据着15%的份额。其中，微波射频器件等领域主要应用的是半绝缘型碳化硅衬底(电阻率>105Ω·cm)；新能源汽车和光伏逆变器等应用场景主要选用导电型碳化硅晶片(电阻率区间为15~30mΩ·cm) 。
重要需求之一：新能源车领域，有效延长续航里程。根据YOLE的数据，2021年全球导电型碳化硅功率器件市场中，应用于汽车市场的占比约为63%，已是主要下游；YOLE预计2027年，应用于汽车市场的占比提高为79%。自2018年特斯拉宣布在Model 3上搭载SiC功率器件，其他新能源车企也纷纷跟进。碳化硅在电动汽车领域主要用于主驱逆变器和车载充电系统(OBC)，以及电源转换系统(车载DC/DC)和非车载充电桩。目前，新能源汽车的里程焦虑严重，碳化硅器件在新能源汽车上的应用则为里程焦虑带来了新的解决方案，碳化硅器件相比传统的硅器件，具有更低的导通损耗和更高的能量转换效率，使得电动汽车能够更有效地利用电能，延长续航里程，并降低整体能源消耗。此外，由于碳化硅器件在相同功率输出下能够保持较低的温度，因此对散热要求较低，有助于减小散热系统的体积，提高了整车的轻量化程度。
主驱和OBC碳化硅应用存差异，OBC渗透率较高。据电子发烧友网[1]，2022年派恩杰销售总监马海川在接受交流时表示：目前主驱逆变器对SiC MOSFET的需求是48颗-60颗大电流芯片，通常需要导通电阻为25mΩ以下的单颗SiC MOSFET芯片；而OBC与DC/DC根据设计的不同，需求4-20颗导通电阻为60mΩ到80mΩ的单颗SiC MOSFET芯片。我们认为，从导通电阻的规格上来看，主驱逆变器上使用的SiC MOSFET要求会更高（导通电阻更低）、技术成熟度更低；从用量来看，主驱SiC芯片用量高于OBC。当前，国内碳化硅芯片在OBC上的渗透率已经达到60-70%，但在主驱电控上只占~15%，由于良率等技术水平的限制、国产碳化硅芯片上车“任重道远”。
碳化硅赋能800V快充，逐渐由高端向中端车型渗透。碳化硅器件在新能源车上的一大重要应用为800V快充平台。相对于400V，两倍的电压能在给定的功率水平下将电流减半，从而减小电缆的规格和重量，使电动汽车轻量化。目前碳化硅技术已经可以满足现阶段800V高压快充的需要。
►在800V的高压快充系统中，充电电路需要能够承受高电压，并保持高效率和稳定性。碳化硅能够提供足够的耐压能力，确保系统在高压环境下工作稳定。
►能够提供较高的工作频率和更快的电力转换速度，有助于实现快速充电功能；
►碳化硅器件可以降低逆变器的能耗。根据英飞凌的测算，逆变器能耗节省带来的电池成本节省超过应用碳化硅材料所增加的成本，可以为车企带来降本空间。
据我们不完全统计，自2018年特斯拉首次在Model 3使用碳化硅后，国内、海外传统/新势力主机厂纷纷加速布局，今年以来已有多款 20-25 万元价格段的标配碳化硅车型上市、国内新势力车企的高性能策略也正加速拉动碳化硅的渗透。
图表3：应用碳化硅的新能源车型（不完全统计）
资料来源：Marketlines，Carbontech，懂车帝，汽车之家，太平洋网络，中金公司研究部
重要需求之二：光伏领域，提高逆变器效率。碳化硅器件另一个主要的下游应用场景是光伏逆变器。光伏发电产生的电流为直流电，需要通过逆变器转换为交流电以实现并网。碳化硅器件具有优秀的高频特性，能够提供更高的工作频率和更快的电能转换速率，提高逆变转化效率约2%左右。
►光伏发电系统中的逆变器和功率电子器件需要具备良好的高温特性，以确保在高温环境下稳定运行，而碳化硅具有出色的耐高温性能。
►碳化硅器件相较于传统的硅器件，具有更低的导通和开关损耗，这有助于提高光伏发电系统的整体效率，减少能源损耗。
►碳化硅器件具有良好的长期稳定性和耐久性，能够在长时间内稳定运行，减少光伏发电系统的维护成本和故障率。
供给端：良率系扩产难点，厂商有效产能打折扣
区别于硅基器件，碳化硅器件的产业链价值集中在衬底和外延。碳化硅器件的产业链主要包括衬底、外延和器件制造这三大关键环节。碳化硅粉末首先经过长晶形成晶碇，经过切片、打磨和抛光等一系列步骤制成碳化硅衬底，衬底通过外延生长形成外延片，外延片再经过光刻、刻蚀、离子注入、沉积等工序制造成器件。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。
供给端碳化硅衬底成本高昂成为碳化硅需求端推广阻力，扩径成为行业长期趋势。目前碳化硅衬底相对于硅仍然比较高昂，成本经济性成为厂商应用的阻力。目前碳化硅衬底主流尺寸是4/6寸，其中半绝缘型碳化硅衬底以4寸为主，导电型碳化硅衬底以6寸为主。为提高生产效率并降低成本，大尺寸是碳化硅衬底制备技术的重要发展方向。衬底尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，单位芯片成本越低；衬底的尺寸越大，边缘的浪费就越小，有利于进一步降低芯片的成本。
良率是碳化硅衬底量产难点，扩径短期将进一步限制良率表现。目前，6英寸SiC衬底国内的良率约有40~50%，海外大概60~70%，有效产能的不足限制碳化硅器件的应用。而扩径到8英寸，碳化硅衬底生长的难度会成倍增加，衬底切割应力、翘曲的问题也更为棘手；同时，8英寸、6英寸对气流和温场的控制有不同需求，氧化工艺也需另外开发。根据OFweek 电子工程网[2]，若8英寸工艺达到成熟阶段，碳化硅单片的售价约为6英寸的1.5倍，但8英寸能够生产的晶粒数约为6英寸的1.8倍，晶圆利用率会显著提高。
综合来看，参考PGC Consultancy的测算模型，从6英寸切换到8英寸不太可能立即降低衬底成本，而是会由于相关设备投入增加、技术成熟度较低而面临扩径带来的良率等问题。但根据其测算，2024年开始，以8英寸碳化硅衬底制造的碳化硅晶圆成本低于6英寸，展现出竞争力。
8英寸碳化硅国外龙头领先一步，国内厂商差距较6英寸缩小。Wolfspeed最早2015年展示了8英寸碳化硅衬底，2019年完成了首批制样，2022年4月启用了全球第一家8英寸碳化硅晶圆厂；Coherent（原名II-VI）、罗姆等也都已展示过8英寸导电型衬底，并开始扩建产能、准备量产。国内厂商起步较晚，目前也在追赶阶段，已有国内龙头陆续进入小批量量产阶段，差距较6英寸时期缩短不少，或将为国内的碳化硅产业带来迎头赶上的机遇。
海外龙头垄断碳化硅衬底市场，国内供给厂商发力任重道远。2022年全球碳化硅衬底市场CR3达到72%，其中Wolfspeed便达到了42%。碳化硅衬底制备较为复杂、制备条件苛刻，衬底的性能对于后续的器件制备也有着至关重要的影响，且大尺寸的制备更为复杂。国内龙头公司在器件性能方面与海外不存在明显差距，但在量产时间、大尺寸产品供应情况及供应链配套等方面仍与全球龙头企业存在一定差距。海外公司在相关领域的研发与量产远早于国内公司，积累了经验、规模与客户方面的先发优势。
考虑到碳化硅器件的下游主要为新能源车和光伏领域，因此，我们分别测算了到2027年全球新能源车/光伏碳化硅衬底片需求量为434.2/18.8万片，新能源车占绝对份额。据产业链调研反馈，今年导电型碳化硅衬底均价约5000元/片，假设还有降价空间，我们测算到2027年全球导电型碳化硅衬底市场空间为203.3亿元；半绝缘型碳化硅衬底市场空间为46.5亿元，导电型衬底占比~80%，导电型+半绝缘型碳化硅衬底市场空间250亿元。假设中国市场占比~40%，则到2027年中国导电型+半绝缘型碳化硅衬底市场空间100亿元。
结合上文，到2025年末全球主要衬底厂商规划总产能（也就是2026年产能）约550万片/年（等效6英寸），高于我们测算的全球需求量约50万片；但考虑到良率、实际达产进度等问题（良率太低，厂商面临“多生产、多亏损”的问题，可能会放慢扩产进度），我们判断实际有效产能或与规划产能有较大差距，因此优质产能仍有缺口。聚焦国内，到2025年末国内主要衬底厂商规划总产能约280万片/年（等效6英寸），超过我们测算的中国需求量约80万片；我们认为，中国厂商扩产积极，且随着设备国产化率提升，良率水平提升等，中国生产的衬底将具备成本优势，外销渠道打开，中国产能开始匹配国内+海外的部分需求（今年天岳先进和天科合达都与英飞凌签订了衬底供应协议）。
