证券研究报告·行业研究·半导体半导体行业报告东吴证券研究所海外观察系列一：从WOLFSPEED发展看碳化硅国产化增持（维持）投资要点WOLFSPEED为全球第三代半导体龙头，技术领先，碳化硅衬底市占率处于领先地位。WOLFSPEED前身为CREE公司，主营业务包括LED、第三代半导体材料/器件、射频、照明产品等，随着功率半导体市场快速增长，逐步剥离其他业务，专注于碳化硅材料及器件领域，碳化硅衬底尺寸从4寸扩大到8寸，2023年计划扩产至约10万片6寸片月产能。2021年，公司衬底全球市占率超过60%，技术工艺领先，是碳化硅领域的标杆企业，其扩产动作、定价策略、盈利情况、估值水平均是碳化硅研究的重要参考。需求端：由于碳化硅具备耐高压、耐高温和高频的性能，在新能源车、新能源发电、充电桩等领域均有可观的应用场景。碳化硅作为宽禁带半导体，具备出色的物理特性，可提高开关频率，近年来随成本下降而打开应用市场。据YOLE数据，2025年全球电力电子领域碳化硅市场有望超过30亿美金，其中新能源车将贡献超过一半增量；据我们测算，碳化硅在新能源车/光伏/轨交/充电桩等领域均具备较大增长空间。衬底材料和器件为碳化硅产业链较关键环节，PVT法为当前主流生产方法。据我们测算，长晶效率提升是最重要的因子。WOLFSPEED2021财年毛利率为31.3%，随着产业链的垂直整合及器件营收占比提升，公司远期毛利率有望达到50%以上。我们结合模拟芯片及半导体设备对标发现，国内公司普遍PE、PS估值倍数为海外龙头4倍以上，更高的估值水平表明对成长的乐观预期。WOLFSPEED作为碳化硅行业龙头，其市值具有标杆意义，国产厂商未来随着整体行业需求的增长、自身营收利润放量，有望打开市值天花板。行业走势相关研究1、《国产IGBT空间广阔，轨交装备龙头再出发》2021-09-132022年02月26日证券分析师张良卫执业证号：S0600516070001021-60199793ZHANGLW@DWZQ.COM.CN研究助理卞学清执业证号：S0600121070043BIANXQ@DWZQ.COM.CN-46%-23%0%23%46%69%2021-022021-062021-10半导体(申万)沪深300东吴证券研究所行业深度报告内容目录1.WOLFSPEED：全球第三代半导体龙头..............................................................................................51.1.发展历史及主营产品.............................................................................................................51.2.股权结构及管理层.................................................................................................................61.3.财务梳理.................................................................................................................................72.需求端：碳化硅市场空间及发展节奏..........................................................................................82.1.电动车.....................................................................................................................................92.2.光伏.......................................................................................................................................112.3.轨交.......................................................................................................................................122.4.充电桩...................................................................................................................................132.5.射频.......................................................................................................................................143.供给端：技术壁垒及中国产业链................................................................................................153.1.生产工艺及壁垒...................................................................................................................153.2.供应链产能梳理...................................................................................................................183.2.1.衬底环节.....................................................................................................................183.2.2.器件环节.....................................................................................................................204.海内外对标：国产厂商的成长路径............................................................................................204.1.国产现状：对标海外差距较大...........................................................................................204.2.关键问题探讨.......................................................................................................................234.2.1.降成本路径.................................................................................................................234.2.2.远期盈利能力.............................................................................................................244.2.3.远期格局推演.............................................................................................................254.2.4.国产市值空间.............................................................................................................265.风险提示........................................................................................................................................28东吴证券研究所行业深度报告图表目录图1：WOLFSPEED公司历史重要事件梳理...........................................................................................5图2：WOLFSPEED主营产品（截至2021年底）.................................................................................5图3：WOLFSPEED股权结构（截至2022年1月）.............................................................................6图4：WOLFSPEED当前高级管理层.......................................................................................................6图5：WOLFSPEED专利布局（截至2021年11月）...........................................................................7图6：WOLFSPEED营收变化（百万美元）...........................................................................................7图7：WOLFSPEED毛利及毛利率变化...................................................................................................7图8：WOLFSPEED净利润及净利率.......................................................................................................8图9：WOLFSPEED资产负债率及投资活动现金流...............................................................................8图10：碳化硅材料优势及发展趋势...................................................................................................8图11：碳化硅产业链...........................................................................................................................9图12：全球碳化硅电力电子市场规模（百万美元）.......................................................................9图13：全球碳化硅下游应用领域（2020年）..................................................................................9图14：中国新能源车销量及增速.....................................................................................................10图15：碳化硅在新能源车中不同环节的应用.................................................................................10图16：碳化硅应用于新能源车的优势.............................................................................................10图17：搭载碳化硅的新能源车型梳理.............................................................................................10图18：中国新能源车碳化硅市场规模测算（百万人民币）.........................................................11图19：全球光伏新增装机量及增速.................................................................................................12图20：碳化硅应用于光伏领域的优势.............................................................................................12图21：全球光伏用碳化硅市场规模测算（2020-2025E）.............................................................12图22：碳化硅在轨交领域的应用.....................................................................................................13图23：轨交牵引变流器领域碳化硅市场规模测算.........................................................................13图24：中国充电桩市场规模及增速.................................................................................................14图25：新能源车、充电桩增量及车桩比.........................................................................................14图26：充电桩碳化硅市场规模测算（2020-2025E）.....................................................................14图27：碳化硅在射频领域的应用.....................................................................................................15图28：中国5G射频领域碳化硅市场规模测算..............................................................................15图29：碳化硅生产全流程.................................................................................................................16图30：碳化硅晶体生产工艺比较.....................................................................................................17图31：碳化硅衬底缺陷类型.............................................................................................................17图32：长晶核心难点.........................................................................................................................17图33：碳化硅国产供应链玩家梳理.................................................................................................18图34：海内外龙头衬底商用化时间轴梳理.....................................................................................18图35：碳化硅衬底全球市占率（2021年）及海外厂商产能梳理................................................19图35：碳化硅衬底国内产能梳理.....................................................................................................19图37：碳化硅器件国内产能梳理.....................................................................................................20图38：海内外龙头收入对比（百万人民币）.................................................................................21图39：海内外龙头毛利率对比.........................................................................................................21图40：海内外龙头产品对比（衬底质量）.....................................................................................21图41：海内外龙头客户对比.............................................................................................................22图42：海内外龙头研发水平对比.....................................................................................................22东吴证券研究所行业深度报告图43：国内外技术水平差距.............................................................................................................22图44：碳化硅供需趋紧带来国产化机遇.........................................................................................23图45：国内龙头大力扩产、投研发.................................................................................................23图46：国内外产品迭代情况.............................................................................................................23图47：山东天岳成本拆解.................................................................................................................24图48：山东天岳材料成本结构.........................................................................................................24图49：衬底降成本因子拆分.............................................................................................................24图50：衬底降本曲线.........................................................................................................................24图51：良率-产量敏感性分析...........................................................................................................25图52：砷化镓产业链及下游应用.....................................................................................................25图53：全球碳化硅衬底市场格局演变.............................................................................................26图54：全球硅片市场格局演变（2015-2020）...............................................................................26图55：全球前五大硅片厂商并购史.................................................................................................26图56：国产厂商市值空间对标.........................................................................................................27图57：WOLFSPEED股价复盘...............................................................................................................27东吴证券研究所行业深度报告1.WOLFSPEED：全球第三代半导体龙头CREE成立于1987年，于1993在纳斯达克上市，原是集LED外延、芯片、封装、LED照明解决方案、化合物半导体材料、功率器件和射频于一体的著名制造商和行业领先者，现更名为WOLFSPEED，专注于碳化硅和氮化镓材料、功率和射频应用的设备，是目前全球最大的碳化硅功率器件供应商。自2017年，公司开始战略性转型，将发展重心转移至WOLFSPEED部门，并于次年宣布将创建一家更加集中的强大半导体公司，为WOLFSPEED、其核心功率和射频业务提供发展基金。2018年3月，公司宣布收购英飞凌的射频功率业务，稳固了WOLFSPEED在射频碳化硅基氮化镓（GAN-ON-SIC）技术方面的领导地位。公司分别于2019年、2021年出售其照明业务与LED业务，2021年10月正式更名为WOLFSPEED，专注于第三代化合物半导体领域的开发与创新。图1：WOLFSPEED公司历史重要事件梳理数据来源：公司官网，东吴证券研究所截至2021年底，公司主营业务产品主要包括：1）功率产品，主要包括碳化硅MOSFET及裸芯片、碳化硅肖特基二极管、功率模块以及栅极驱动板；２）射频产品，主要包括28V、40V、50V宽带应用场景的GANHEMT器件以及适用于不同波段的碳化硅基氮化镓和LDMOS功率晶体管的产品组合；３）材料产品，主要包括碳化硅裸晶圆、外延片以及碳化硅晶圆上的GAN外延层。图3：WOLFSPEED股权结构（截至2022年1月）数据来源：BLOOMBERG，东吴证券研究所公司的管理团队具有丰富管理经验和深厚技术背景，使公司战略更具前瞻性。总裁兼首席执行官格雷格·洛，曾担任飞思卡尔半导体公司的总裁兼首席执行官，领导其成为高性能、混合信号半导体行业的领导者；首席财务官尼尔·雷诺兹是一位经验丰富的财务主管，曾在全球科技公司领导过各种财务职能；首席技术官约翰·帕尔莫尔是WOLFSPEED创始人之一，IEEE院士，专注于为功率和射频商业应用开创突破性的半导体技术，负责碳化硅和氮化镓电子设备的加工和器件设计领域的386篇出版物和75项美国专利。图4：WOLFSPEED当前高级管理层数据来源：公司官网，东吴证券研究所公司加快专利研发，巩固在碳化硅制备领域、功率和射频器件研发领域的领先地位。截至2021年11月，公司合计拥有2939项公开及申请中专利，其中412项与碳化硅制备核心技术相关，1212项与功率器件的开发相关，1315项与射频器件的开发相关。强个人持有者持股比例（%）格雷格·洛（首席执行官兼董事）0.42尼尔·雷诺兹（首席财务官）0.13托马斯·维尔纳（董事）0.05约翰·雷普洛格尔（董事）0.05克莱德·侯赛因（董事）0.04达伦·杰克逊（董事会主席）0.03LEDUY-LOANT（董事）0.02约翰·霍奇（董事）0.01WHITAKERANNEMICHELLECLEM0.01格伦达·多尔恰克（董事）0.01马文·莱利（董事）0.01资本集团公司,22.23%贝莱德有限公司,14.14%领航投资集团,9.35%CLEARBRIDGE,6.04%摩根大通,4.45%道富集团,2.81%其他,40.98%东吴证券研究所行业深度报告大的研发能力给公司带来业内的技术领先优势，有助于加快新技术的商业化。由于公司目前大量在建工厂相关设备仍处于测试阶段，基本无法产生收入，公司收入和亏损面均为指导范围内的乐观情形。分部门来看，1）功率业务：由于碳化硅产品在电动汽车和工业市场的采用率超预期，功率设备业务同比增长超100%，相关直销和分销客户显著增加；2）射频业务：5G和美国国防领域需求坚实，射频设备业务有所增加；3）材料业务：150MM碳化硅衬底需求依然强劲，收入增长与上一季度基本持平，且随着公司产能爬坡，供需关系匹配状况更加良好。不考虑公司的照明和LED业务，仅WOLFSPEED部门而言，其毛利率波动主要有三个阶段：FY2017-2019，部门毛利率持续处于45%-50%的高位；FY2020-2021，受疫情影响，且由于工厂扩建、部分设施的利用率不足，部门毛利率持续下滑至31%水平，其中FY2021Q4毛利率为32.3%；FY2022至今，随着工厂转型、产能爬坡，另受益于折旧费用减少，公司毛利率持续改善，FY2022Q1毛利率达33.5%、Q2毛利率达35.4%，公司毛利率Q3指引为基于Q2水平进一步改善0.5-1.5PCT。公司预期将通过优化杜伦工厂（DURHAM）效率、莫霍克谷工厂（MOHAWKVALLEY）投产020040060080010001200140016001800201320142015201620172018201920202021WOLFSPEED部门产品LED产品照明产品电源和射频产品0%10%20%30%40%50%60%201320142015201620172018201920202021合计WOLFSPEED部门产品LED产品照明产品电源和射频产品东吴证券研究所行业深度报告爬坡、产品线过渡至200MM等降本途径达到毛利率50%以上的远期目标。FY2022Q1为公司投资高峰期，公司运营费用为8600万美元，主要受到公司对莫霍克谷200MM试验线研发投入影响；资本支出为2.09亿美元，莫霍克谷该季度启动成本约为860万美元；而账面现金和其他流动资产约8.5亿美元，足以支撑其开支。FY2022Q2，公司持续对200MM产品线进行研发和营销投入，运营费用为8660万美元；随着莫霍克谷产能释放，资本支出小幅下降，约为1.44亿美元；而现金和其他流动资产共约7亿美元，仍保持在较充裕水平。2.需求端：碳化硅市场空间及发展节奏碳化硅材料具有明显的性能优势，在电动汽车、轨交、电网等领域都具有可观的应用前景。碳化硅是第三代半导体材料，与第一、二代半导体材料相比，具有更宽的禁带宽度、更高的热导率、更高的击穿电场、更高的电子迁移率等性能优势，使得器件有耐高压、耐高温和高频的性能。随着下游行业对半导体功率器件轻量化、高转换效率、低发热特性需求的持续增加，碳化硅材料、器件已实现从研发到规模化量产的跨越，进入产业化快速发展阶段。图10：碳化硅材料优势及发展趋势数据来源：《全球化合物半导体产业竞争格局及未来发展机遇》，东吴证券研究所-120%-100%-80%-60%-40%-20%0%-600-500-400-300-200-10002015201620172018201920202021净利润（百万美元）净利率（%）0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%-600-500-400-300-200-10002015201620172018201920202021投资活动现金流量净额（百万美元）资产负债率(%)物理指标SISIC禁带结构间接带隙直接带隙禁带宽度（EV）1.123.26热导率/[W/(CM.K)]1.54.9击穿场强(V/CM)×1070.33电子迁移率/(CM2/VS）1400900高电子迁移率宽禁带简化散热耐高温耐高压耐高频简化外围组件提高效率减小体积导通损耗低降低其他成本物理性质器件性能系统优势发展趋势应用领域更广泛、潜在市场更大宽禁带高热导率高击穿场强物理性质东吴证券研究所行业深度报告碳化硅产业链主要由衬底、外延、器件、应用等环节组成。据YOLE数据，到2025年，全球电力电子领域碳化硅市场规模将超过30亿美元，较2020年的7亿美元CAGR超过37%。具体到细分领域，随着成本持续下降，碳化硅器件与硅基器件价差逐步缩小，加速进入新能源汽车供应链；碳化硅材料性能优越，能够高效管理热量累积、提升太阳能转换效率，有望加速渗透光伏市场；碳化硅器件具有大功率、高效率的性能优势，应用于铁路和电机驱动器，有望打开轨交市场；受5G基础设施建设推动，射频功放器件市场呈现高速增长态势，碳化硅衬底市场前景广阔。图12：全球碳化硅电力电子市场规模（百万美元）图13：全球碳化硅下游应用领域（2020年）数据来源：YOLE，东吴证券研究所数据来源：YOLE，东吴证券研究所2.1.电动车新能源汽车销量及渗透率快速提升，是碳化硅市场的重要驱动力。此前影响碳化硅器件放量的主要约束为成本经济性问题，现今随着晶圆生产制造成本下行、与硅基器件价差持续缩小，同时若考虑散热系统成本节约、空间节约、电驱系统性能提升和整车价值跃升等附加价值，碳化硅器件已具有一定竞争优势。图14：中国新能源车销量及增速图15：碳化硅在新能源车中不同环节的应用数据来源：中汽协，乘联会，东吴证券研究所数据来源：罗姆公司，各车企年报，东吴证券研究所自特斯拉MODEL3首次使用碳化硅以来，碳化硅越来越受到新能源汽车市场青睐。特斯拉在2018年发布的MODEL3首次采用了意法半导体供应的碳化硅MOSFET器件，被视为碳化硅上车的风向标事件。随后，比亚迪、吉利、现代、广汽、小鹏等车企都发布了搭载800V高电压平台的车型，部分车企已经将量产时点定在2022年。国内2020年发布的比亚迪汉纯电动高性能四驱版成为国内首款采用自研碳化硅模块的车型，功率密度提升了一倍。通用、丰田、一汽等亦提出了采用碳化硅产品的规划。图16：碳化硅应用于新能源车的优势图17：搭载碳化硅的新能源车型梳理数据来源：英飞凌，东吴证券研究所数据来源：各公司公告，东吴证券研究所0%20%40%60%80%100%120%140%160%180%01002003004005006002019202020212022E销量（万辆）增长率OBC2016201720182019202020212022DCDC逆变器大功率DCDC（用于快速充电）SICSBDSICSBD+SICMOSSICMOSSICMOSSICMOSSICMOSIGBT+SIFRDSICMOSFET：高压、高频、高温PCU（动力控制单元）OBC（充电单元）承受更高的充电电压1.应用碳化硅的SICMOSFET相较主流的SIIGBT能够让升压转换器将动力电池的输出电压更高，让新能源车在中高速工况下也变得高效，带来更长的续航里程2.让逆变器将直流电转变为交流电的频率变得更高3.更高的输出电压可以适配性能更加强劲的驱动电机，有效减小尺寸、体积和重量4.同时碳化硅具有更低的关断损耗，从而减少了发热量。使PCU散热需求降低，缩小PCU质量体积，释放更多空间并进一步轻量化，延长续航续航更长，性能更强应用优势影响充电时间进一步缩短电池轻量化电池节省冷却系统节省搭载碳化硅的新能源车型发布时间品牌具体应用特斯拉MODEL32018特斯拉电驱主逆变器上，采用了意法半导体供应的650V碳化硅MOSFET器件特斯拉MODELY2020特斯拉动力模块后轮驱动采用了碳化硅MOSFET比亚迪汉EV高性能四驱版2020比亚迪国内首款采用自研碳化硅模块的车型，功率密度提升了一倍特斯拉MODELSPLAID2021特斯拉该款车搭载的碳化硅逆变器助其成为全球现阶段最快的量产车型小鹏G92021小鹏推出的800V平台采用碳化硅器件，可实现充电5分钟，续航200公里C-POWER220S2021中车时代电气该产品是国内首款基于自主碳化硅大功率电驱产品，系统效率最高可达94%蔚来ET72022蔚来搭载碳化硅电驱系统，并将在2022第一季度开始交付宏光MINIEV2021五菱阳光电源2021年5月底发布了碳化硅电机控制器，并且就是MINIEV的供应商东吴证券研究所行业深度报告碳化硅市场规模测算：随着新能源车销量增长，以及碳化硅在各品牌车中的渗透率提升，碳化硅市场呈现快速增长。仅考虑中国新能源车市场，预计从2020的14.6亿元增长到2024年的164.7亿元，年均复合增长率达83.2%。随着光伏投资成本的下降及发电效率的提升，近年来光伏发电呈高速发展态势，2011至2020年装机容量复合增长率达到28.9%。据IEA预估，2021年全球光伏装机容量新增156.1GW，为达到2050年净零排放，2020年-2030年的全球太阳能光伏年均增量须达到422GW。基于硅基器件的传统逆变器成本虽较低（仅占系统10%左右），却是系统能量损耗的主要来源之一。而碳化硅材料的击穿电压是传统硅的十倍以上，同时具有更高的热导率、更低的导通电阻、栅极电荷，能够承受更高的电压和电流，同时保留了低压硅器件的开关频率优势，确保高转换效率，实现双赢。据CASA预测，到2048年，光伏逆变器中碳化硅功率器件占比可达85%。新能源车出货量（万辆）202020212022E2023E2024E其中：（按品牌）特斯拉154180120140市占率11%12%15%17%18%比亚迪1959100120140市占率14%17%18%17%18%国产新势力（CR6）154480100120市占率11%12%15%14%15%其他88208290360400市占率64%59%53%51%50%新能源车出货量合计137352550700800SIC市场空间测算SIC渗透率假设其中：特斯拉91%92%93%95%98%比亚迪20%24%29%35%40%国产新势力（CR6）5%10%15%25%35%其他0%1%3%5%10%主逆变器（INVERTER）SIC单车价值（人民币元）6,0005,5805,1894,8264,488SIC器件市场规模（百万人民币）1,0923,2756,4409,60412,352车载充电机（OBC）SIC单车价值（人民币元）1,000930865804748SIC器件市场规模（百万人民币）1825461,0731,6012,059直流转换器（DCDC）SIC单车价值（人民币元）1,000930865804748SIC器件市场规模（百万人民币）1825461,0731,6012,059中国新能源车SIC器件市场规模（百万人民币）1,4564,3678,58712,80516,469中国新能源车用SIC器件市场增速200%97%49%29%东吴证券研究所行业深度报告图19：全球光伏新增装机量及增速图20：碳化硅应用于光伏领域的优势数据来源：IEA，东吴证券研究所数据来源：天科合达招股书，阳光电源，东吴证券研究所经我们测算，碳化硅在光伏领域应用潜在成长空间较大。我们参考CIIA光伏逆变器中的组串式和集中式的占比、CASA预测的碳化硅在光伏逆变器的渗透率，测算全球光伏领域碳化硅市场规模，2025年有望达到75.4亿人民币。图21：全球光伏用碳化硅市场规模测算（2020-2025E）数据来源：前瞻产业研究院，东吴证券研究所测算2.3.轨交牵引变流器是机车大功率交流传动系统的核心装备，碳化硅器件由于具有高温、高频和低损耗特性，能够降低牵引变流器综合能耗，提升系统的整体效能，符合轨道交通大容量、轻量化和节能的应用需求。据西门子为期一年的碳化硅技术测试成果，碳化硅电车在操作过程中噪音水平较低，且能源消耗减少约10%；经装车试验测试，中车株洲所与深圳地铁集团联合研发的地铁列车全碳化硅牵引逆变器在节能化方面表现优异，同比硅基IGBT牵引逆变器的综合能耗降低10%以上，中低速段噪声下降5分贝以上，温升降低40℃以上。截至2021年12月，国内已有至少8条列车线路采用了碳化硅技术，日本、欧洲的轨交牵引系统也大面积采用了碳化硅，仅2021年下半年，日本推出了搭载碳化硅车载设备、主电路设备的E131SERIES500系列列车；搭载碳化硅牵引变流器的德国慕尼黑AVENIO有轨电车已通过测试，正式投入使用；欧洲PINTA项目将重点在双系统有轨电车中使用碳化硅，有望在整个欧洲推广。此外，碳化硅逐步进入高铁领域，如日本N700S新干线、西门子VELARO列车已引入碳化硅；2019年底，CREE与ABB宣布达成合作，助力WOLFSPEED进入高铁等市场。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%05010015020025020112012201320142015201620172018201920202021E2022E全球光伏新增装机容量（GW）全球光伏累计装机-YOY20202021E2022E2023E2024E2025E世界光伏新增装机量（GW)129.0156.1200.0240.0266.7293.3组串式逆变器占比60%60%65%65%70%70%组串式逆变器价格（元/W）0.460.430.410.390.380.37集中式逆变器占比40%40%35%35%30%30%集中式逆变器价格（元/W）0.260.240.230.220.210.20渗透率12%15%20%30%36%40%碳化硅在光伏逆变器的价值量占比20%20%20%20%20%20%光伏碳化硅市场规模（亿元）11.716.627.747.963.775.4东吴证券研究所行业深度报告节能、高效助推碳化硅渗透，政策环境积极助力。根据中国城市轨道交通协会的数据，如果全国城轨全面采用碳化硅，仅2019年就可节省15.26亿度电，节省的电量足够整个北京的轨道交通使用。碳化硅渗透轨道交通得到政策支持，2021年8月，交通运输部提出和发布的预期成果包括：形成碳化硅器件应用技术路线及电力电子变压器应用技术路线；通过3-5年时间，在动车和城轨牵引系统中完成碳化硅MOSFET装车应用。据我们测算，仅在轨交牵引变流器领域，2025年全球碳化硅器件市场规模将达到33.8亿元，5年CAGR为29.2%；到2025年，中国轨交牵引系统碳化硅器件市场规模将达到11.3亿元，5年CAGR为29.5%。中国充电桩市场规模在2015年至2020年总体呈增长趋势，由2015年的12.5亿元增长到2020年的65.3亿元，CAGR达到39.2%。2016年至2020年中国新能源车桩比逐步改善，碳化硅在充电桩的市场规模预计随新能源车增长快速放量。根据中国充电联盟和公安部统计数据，初步计算我国车桩比从2016年的4.27下降到了2021年的3.00。根据国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》指引和工信部的规划，预计到2025年我国车桩比应在2:1到3:1之间，到2030年接近1:1的合理值。新能源汽车作为运输工具低碳转型的重要推动力，即将进入快速发展期，与之相匹配的公共基础配套设施充电桩也将随之迎来广阔的市场前景，带动碳化硅市场空间持续扩容。20202021E2022E2023E2024E2025E全球牵引变流器市场规模（亿元）147.5152.2157.1162.1167.2172.5中国牵引变流器市场规模（亿元）49.551.052.754.356.157.8碳化硅渗透率6%8%10%12%16%20%全球牵引系统碳化硅器件市场规模（亿元）9.412.115.620.226.133.8中国牵引系统碳化硅器件市场规模（亿元）3.14.15.26.88.811.3东吴证券研究所行业深度报告图24：中国充电桩市场规模及增速图25：新能源车、充电桩保有量及车桩比数据来源：头豹研究院，东吴证券研究所数据来源：中国电动汽车充电基础设施促进联盟，公安部，东吴证券研究所碳化硅在大功率充电领域具备较强的竞争优势，渗透率有望进一步提升。充电桩行业发展主要围绕着大功率直流快充进行，充电模块是构建高功率充电基础设施的核心部分。相较于硅基功率器件，使用碳化硅功率器件可以实现高功率密度、超小体积，同时能够支持快速充电，因此可以实现充电模块的高效化和高功率化，进而实现充电速度的提升和充电成本的降低。参考泰科天润提供的一款基于碳化硅的直流快速充电桩，输出功率为60KW，其体积比同样输出功率的硅基充电桩小30-35%左右，因而能够通过散热性能和所占空间节省成本。根据CASA的测算，2019年碳化硅在直流充电桩的充电模块渗透率约10%，预期未来随着成本的降低，渗透率将进一步提升。图26：充电桩碳化硅市场规模测算（2020-2025E）数据来源：头豹研究院，北理工能源与环境政策研究中心，充电联盟，公安部，东吴证券研究所测算2.5.射频全球氮化镓射频器件市场快速扩张，碳化硅基氮化镓（GAN-ON-SIC）是主流产品和技术解决方案。据YOLE预测，到2024年，全球氮化镓射频器件市场将达到20亿美元，-40%-30%-20%-10%0%10%20%30%40%50%60%02040608010012014016018020020192020E2021E2022E2023E2024E交流充电桩（亿元）直流充电桩（亿元）充电桩行业市场规模-YOY0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5010020030040050060020162017201820192020充电桩保有量（万台）新能源汽车保有量（万辆）车桩比（右轴）2019202020212022E2023E2024E2025E中国新能源汽车保有量（万辆）3814927841291199728413768中国新能源汽车销量预测（万辆）111292507705844927新能源汽车车桩比2.93.02.62.32.01.8中国新能源汽车充电桩数量（万台）121.9168.1261.7489.8860.71391.62097.6公共充电桩占比42.3%48.0%43.8%45.0%45.0%45.0%45.0%直流充电桩占公共充电桩比41.7%38.3%41.0%42%42%42%42%公共充电桩数量（万台）51.680.7114.7220.4387.3626.2943.9公共充电桩增量（万台）29.134.0105.7166.9238.9317.7直流充电桩数量（万台）21.530.947.092.6162.7263.0396.4直流充电桩增量（万台）9.416.145.670.1100.3133.4碳化硅渗透率15%17%20%25%30%40%碳化硅充电桩增量（万台）1.42.79.117.530.153.4直流充电桩单位造价（万元/台）5.04.84.54.34.13.9直流充电桩成本规模（亿元）7.013.041.175.1122.6206.5充电模块成本占比50%48%45%43%41%39%充电模块成本（亿元）3.56.218.632.249.979.9碳化硅功率器件占充电模块成本比50%46%43%40%37%34%充电桩-碳化硅功率器件市场规模（亿元）1.82.97.912.718.327.1充电桩-碳化硅器件市场规模-YOY62.5%177.8%60.5%43.4%48.0%东吴证券研究所行业深度报告2018-2024年CAGR约21%。氮化镓是极稳定的化合物，具有高热导率、高电离度和化学稳定性，相较硅和砷化镓，抗辐照能力更强；同时氮化镓又是高熔点材料，热传导率高，通常采用热传导率更优的碳化硅衬底，因此氮化镓功率器件具有较高的结温，能够在高温环境下工作。据YOLE预测，到2023年，氮化镓射频器件的市场规模将占3W以上射频功率市场的45%，未来10年内，氮化镓将成为射频应用的主流技术。相比于4G，5G的通信频段往高频波段迁移，而氮化镓射频器件更能有效满足高功率、高通信频段和高效率等要求，在宏基站和回传领域将占据主导位置。图27：碳化硅在射频领域的应用图28：中国5G射频领域碳化硅市场规模测算数据来源：YOLE，东吴证券研究所数据来源：工信部，前瞻经济学人，东吴证券研究所3.供给端：技术壁垒及中国产业链3.1.生产工艺及壁垒碳化硅生产流程主要涉及以下过程：1）单晶生长，以高纯硅粉和高纯碳粉作为原材料形成碳化硅晶体；2）衬底环节，碳化硅晶体经过切割、研磨、抛光、清洗等工序加工形成单晶薄片，也即半导体衬底材料；3）外延片环节，通常使用化学气相沉积（CVD）方法，在晶片上淀积一层单晶形成外延片；4）晶圆加工，通过光刻、沉积、离子注入和金属钝化等前段工艺加工形成的碳化硅晶圆，经后段工艺可制成碳化硅芯片；5）器件制造与封装测试，所制造的电子电力器件及模组可通过验证进入应用环节。半绝缘型碳化硅衬底氮化镓外延层氮化镓射频器件200020052010201520202025E2030E手机防御系统基站LTE/5G电信卫星通信有线宽带碳化硅的高导热性能氮化镓在高频段大功率射频输出低能耗高效率碳化硅基氮化镓市场规模时间20202021E2022E2023E2024E2025E新增5G宏站（千座）600700800900800650GAN功放渗透率58%66%74%82%90%98%GAN功放需求（万片）5888781710017124871218210778SIC基渗透率95%96%96%97%97%98%SIC基GAN功放需求（万片）562275019659121021186610550SIC衬底数量-等效4寸片（万片）14.118.824.130.329.726.4SIC衬底单价-等效4寸片（元）920578377053652460355733SIC衬底市场规模（百万元）1293.71469.51703.21973.81790.11512.1新增5G小基站（千座）100600150020001900GAN功放渗透率50%50%50%50%50%GAN功放需求（万片）30180450600570SIC基渗透率96%96%97%97%98%SIC基GAN功放需求（万片）29174436584558SIC衬底数量-等效4寸片（万片）0.10.41.11.51.4SIC衬底单价-等效4寸片（元）78377053652460355733SIC衬底市场规模（百万元）5.630.671.188.280.05G射频功放-SIC衬底市场规模（亿元）12.914.817.520.919.516.7东吴证券研究所行业深度报告碳化硅产品从生产到应用的全流程历时较长。以碳化硅功率器件为例，从单晶生长到形成衬底需耗时1个月，从外延生长到晶圆前后段加工完成需耗时6-12个月，从器件制造再到上车验证更需1-2年时间。图29：碳化硅生产全流程数据来源：宽禁带半导体技术创新联盟、新材料，东吴证券研究所就技术路线而言，碳化硅的单晶生产方式主要有物理气相传输法（PVT）、高温气相化学沉积法（HT-CVD）、液相法（LPE）等方法，目前商用碳化硅单晶生长主流方法为相对成熟的PVT法。1）PVT法通过感应加热的方式在2300℃以上高温、接近真空的低压下加热碳化硅粉料，使其升华产生包含SI原子、SI2C分子、SIC2分子等气相物质，通过固-气反应产生碳化硅单晶反应源；在温度梯度的驱动下，这些气相物质被输运到温度较低的碳化硅籽晶上形成碳化硅晶体。整个固-气-固反应过程都处于一个完整且密闭的生长腔室内，任意生长条件的波动将导致整个单晶生长系统的变化，且由于200多种碳化硅的同质异构晶型之间能量转化势垒极低，导致PVT法下生长系统稳定性不佳、晶体生长效率低、易产生标晶型杂乱以及各种结晶缺陷等严重质量问题，进一步导致碳化硅材料成本高昂。2）HT-CVD法起步较晚，其原理是在1500-2200℃的高温下，通入硅烷、乙烷、氢气等高纯气体，先在温度较高的裂解反应区形成SIXCY的前驱物，再经由气体的带动下进入较低温的籽晶端前沉积形成单晶。因为特气纯度高、杂质含量低，因此HT-CVD法能够制备高纯度、高质量的半绝缘碳化硅晶体；其原料可持续添加、参数可调整，具有产品多样性等优势。但由于设备昂贵、高纯气体价格不菲，该方法商业化慢于PVT法。3）LPE法则类似硅晶制备的提拉法，使用长晶炉结构，碳化硅籽晶固定在籽晶杆前端，石墨坩埚里装填硅原料以及少量的掺杂物，加热至硅的熔点以上（1500-1700℃）。将硅熔化后，加入如过渡金属元素等助熔剂，在硅的熔体中熔解碳，然后在液相外延通过籽晶向上提拉，借由缓慢降温使溶液过饱和后在籽晶前端生长出碳化硅单晶。LPE法虽目前尚未成熟，但优势显著，可以大幅降低生产温度、提升生产速度，且在此方法下熔体本身更易扩型，晶体质量亦大为提高，因而被认为是碳化硅材料走向低成本的较好路径，有积极的发展空间。在长晶条件极为苛刻的情况下，若要生成低缺陷、高质量的碳化硅单晶，需要精确的温场控制、压力控制等控制技术，更需长期的技术积累和工艺优化，形成系统性的晶体缺陷控制技术。碳化硅衬底环节的质量水平直接影响下游外延和器件的质量，其可靠性至关重要。衬底也即晶片，其良好的表面质量可抑制外延生长中缺陷的产生；如果近表面的残余损伤未被充分去除，则将导致外延生长的宏观缺陷。据研究，衬底中的螺型位错（TSD）约98%转化为外延片的TSD；刃型位错（TED）则100%转化为外延片的TED；基面位错（BPD）约95%转化为TED，少量维持BPD。其中TSD和TED会引发局部载流子寿命降低，但基本不影响最终的碳化硅器件的性能，而BPD则会引发器件性能的退化，导致导通电阻及漏电流的增加。因此，控制衬底缺陷、提升衬底质量，是提高外延片质量、器件制备良率、器件可靠性及寿命的重要途径。就产业链布局而言，国际龙头企业通过调整业务领域、整合并购等方式积极向上下游延伸、建立垂直集成平台，大力完善产业布局，如WOLFSPEED和ROHM提供从衬底到最终器件的整体解决方案；而国内企业则相对规模较小，各环节较为分散：天科合达、天岳先进等厂商专注于碳化硅衬底，东莞天域、瀚天天成等厂商专注于外延片，华润微、泰科天润、扬杰科技、闻泰科技、士兰微难点具体内容加热控制温度条件：（1）真空炉感应加热最高温度：大于等于2600℃；（2）温度控制精度：小于等于１℃（1500℃-2800℃之间）。要求反应室及炉体具有优异的密封性和隔热性。温度场分布由于不同碳化硅多型的形核能很接近，温度场分布控制不精确会导致出现多型共生缺陷。压力控制炉内在长晶的初期和末期需要较大的压力以防止自发成核，在生长过程中又需要保持低压并尽量减少压力扰动以降低晶体产生包裹、微管道等缺陷。常规PID的压力控制系统很难满足压力控制的精确性和快速性。应力效应应力造成的塑形变形是材料内部形成位错的重要原因。碳化硅原料温度较高、籽晶温度较低，因此坩埚内部轴向温场梯度很大，容易产生热应力；而石墨部件（籽晶托、坩埚等）与碳化硅晶锭之间存在材料热膨胀系数的差异，也容易引起机械应力。衬底厂商现亦有晶棒出售业务；三安集成、世纪金光等目前已形成碳化硅垂直产业链布局。随着市场需求的增加、产能扩张伴随优胜劣汰，向上下游延伸或谋求合作将成为国产供应链重要的降本和资源整合的路径。其他海外衬底领军厂商如罗姆、II-VI、意法半导体也在2005年前进军相关领域，截至2021年已具备8英寸衬底的生产能力。相比而言，国内衬底厂商起步晚，国内衬底巨头天科合达和天岳先进分别在2006年与2012年具备2英寸衬底片能力。天岳先进在五年内实现从4英寸量产至6英寸量产的跃升，19年也同样实现6英寸量产。图34：海内外龙头衬底商用化时间轴梳理数据来源：各公司公告，东吴证券研究所整理衬底外延设计制造封测中国大陆中国台湾海外1990-19951995-20002000-20052005-20102010-20152015-20202020-202520096英寸20158英寸衬底2004生产3英寸20198英寸衬底2000-2002器件的基础研究2009收购SICRYSTAL2021已具备8英寸衬底片能力2019收购NORSTEL，具备6英寸衬底生产能力2021交付8英寸晶圆20124英寸研发成功20174英寸规模化生产20186英寸半绝缘研发20206英寸规模化量产目前研发8英寸20122英寸量产20133英寸量产20154英寸半绝缘量产20176英寸导电型量产20196英寸半绝缘量产20062英寸20083英寸20114英寸大规模量产20146英寸大规模量产2012展示6英寸2013生产6英寸199550MM19994英寸1991第一片衬底199330MM衬底商用化东吴证券研究所行业深度报告海外衬底厂商布局大规模扩产，力求2025年前释放产能。罗姆计划从2019到2025年扩产6倍，即从5万片左右年产能扩产到30~40万片。而作为全球的碳化硅衬底龙头，WOLFSPEED更是在2019年推出了5年实现30倍扩产计划，宣布将投资10亿美元分别在北卡罗来纳州和纽约州建造全新的可满足车规级标准的8英寸功率和射频衬底制造工厂，将碳化硅晶圆制造能力提高多达30倍，并使碳化硅材料生产增加30倍，从而满足2024年的预期市场增长。据中国电子材料行业协会半导体材料分会（CEM）统计，截至2021年中，全国碳化硅衬底规划投资超300亿元，预计规划年产能达200万片，而2020年全国碳化硅产能则仅为约11万片。根据CASA对国内的各类碳化硅投资项目情况的跟踪调查，每年所宣称的投资额均超过100亿元，但目前投资到位、建设并投产的项目仍然较少。图36：碳化硅衬底国内产能梳理数据来源：各公司公告，东吴证券研究所整理，产能统计时间截止2021年底公司扩产计划WOLFSPEED2019年宣布，将在北卡罗来纳州和纽约州建造8英寸衬底制造工厂，将晶圆制造能力提高多达30倍；2023年扩产至约合10万片/月（等效6英寸）ROHM2019到2025年扩产6倍，年产能扩产至30-40万片II-VI2020年计划，2021年再度提及，5年内衬底扩产5-10倍，2024年量产8英寸衬底62%14%13%5%4%2%WOLFSPEED贰陆SICRYSTALSKSILTRON天科合达其他产能规划产能产能规划产能绍兴6.95投产2年2020年8月2024年√√√√N.A.N.A.N.A.8.821投产2年2020年11月2021年11月2022年6月√√--2.524395年√--N.A.17.8405年√--N.A.26.7晶盛机电宁夏33.6募股中5年未开始T+2~T+3T+7√√√√--040规划形成40万片/年的6寸及以上尺寸的导电型和半绝缘型碳化硅衬底产能济南投产2015年2022H2√√4.810--上海临港25在建6年2021年2022年2023年2026年√√--N.A.309.6已建成2年2020年8月2022年2025-2026√√√--N.A.12拟建-2024年√√√--0253投产2018年2019年12月√√N.A.N.A.44年产能4万片1.5通过验收2020年2021年√N.A.2.25N.A.0.75深圳21.9拟建4年2023年T+4--030新疆运行-√7N.A.--北京5运行2012年√0.80.8--浏阳5投产2019年底2021年9月√√--N.A.6北京运行2018年√√N.A.N.A.3.6N.A.合肥3.7建设中2021年√--03金华35拟建-√√--0N.A.三安光电长沙160投产2020年7月2021年6月√--N.A.36东尼电子湖州4.7拟建3年√--012备注规划形成10万片/年6-8英寸碳化硅单晶生产能力4寸（万片/年）6寸（万片/年）公司工厂投资金额（亿元）状态建设期建设时间试生产/投产时间量产时间达产时间导电型半绝缘型4寸6寸8寸泰科天润世纪金光天科合达徐州北京露笑科技合肥T+5T+6天岳先进东吴证券研究所行业深度报告3.2.2.器件环节碳化硅器件未来可期，器件厂商增加供给迎需求。据YOLE预测，碳化硅器件应用空间将从2020年的6亿美金快速增至2030年的100亿美金。另据CASA，2020年底，国内至少已有8条6英寸碳化硅晶圆制造产线，另有约10条碳化硅生产线正在建设。三安光电、泰科天润等主要企业已有相应产线，同时仍在积极扩建。泰科天润的湖南项目于2019年年底正式开建，主要建设6英寸碳化硅基电力电子芯片生产线，满产后可实现6万片/年的6英寸碳化硅功率芯片。图37：碳化硅器件国内产能梳理数据来源：各公司公告，芯智讯，全球半导体观察，电子发烧友，极客网等，东吴证券研究所整理4.海内外对标：国产厂商的成长路径4.1.国产现状：对标海外差距较大国内厂商较海外仍然有较大差距。从营收规模看，仅以WOLFSPEED本部门为例，其2020财年营收为470.7百万美元（折合人民币3,071.3百万元），而天岳先进2020财年营收为424.8百万元，体量约为WOLFSPEED的七分之一；2019财年，天岳先进的营收仅为WOLFSPEED营收规模的十四分之一，天科合达的营收则仅达到了WOLFSPEED营收的4%左右，规模差距较大。虽目前体量较小，但国内厂商加速成长，收入同比增速较高。其中天岳先进2019、2020财年营收分别同比增长97.3%、58.2%，而WOLFSPEED2019财年营收同比增速为65.8%，2020财年营收则同比下降18%。公司运营模式工厂投资金额（亿元）状态建设时间投产时间量产时间产品参数/型号产能下游/客户三安光电IDM长沙160量产2020年7月2021年6月2021年11月碳化硅SBD等650V20A碳化硅SBDN.A.导入碳化硅功率器件客户549家，覆盖服务器电源、通信电源、光伏逆变器、家电、新能源汽车充电系统的充电桩电源和车载充电机等各细分应用市场标杆客户北京-量产--2013年11月碳化硅SBD、碳化硅MOSFET和碳化硅模块等600V-3300V6K-7K件碳化硅器件消费/汽车/工业浏阳15预备投产2019年底--6英寸碳化硅功率芯片、碳化硅SBD、碳化硅MOSFET--N.A.时代电气IDM株洲3.5科研试制---碳化硅SBD，碳化硅MOSFET1200V碳化硅SBD功率芯片等N.A.N.A.-量产--2020年7月碳化硅SBD1200V和650V碳化硅SBDN.A.-产品研制与发布---碳化硅MOSFET1200V40MR~280MR-世纪金光IDM北京-量产2015年2018年2月-碳化硅SBD、碳化硅MOSFET、碳化硅功率模块等650-1700V5-100A碳化硅SBD，650-1200V20-100A碳化硅MOSFET，50-60A碳化硅功率模块N.A.N.A.无锡10投产2021年3月2022年3月2022年中碳化硅功率模块N.A.2022年产能为25万只模块，2025年之前将提升至150万只汽车-量产---碳化硅SBD、碳化硅MOSFET650V/1200V碳化硅SBD，1200V碳化硅MOSFETN.A.服务器电源、通信电源、光伏逆变器、充电桩、新能源汽车等-建设中2020年底2023年-N.A.N.A.预计将达200万只碳化硅器件N.A.斯达半导FABLESS嘉兴2.29上量2021年-2022年碳化硅功率模组车规级全碳化硅功率模组计划年产8万颗新能源汽车，充电桩-量产--2020年4月碳化硅SBD650V/1200V4-40A碳化硅SBDN.A.-量产--2020年9月碳化硅MOSFET650V/1200V碳化硅MOSFETN.A.新能源汽车/太阳能逆变器/通讯电源/充电桩、服务器等工业控制领域泰科天润IDM华润微IDM无锡电动汽车和充电桩、通信电源、消费电子、工业应用等基本半导体IDM深圳瞻芯电子FABLESS上海临港东吴证券研究所行业深度报告从毛利率看，国产长期仍需攻坚克难。WOLFSPEED本部门2020财年毛利率为39.2%，天岳先进毛利率则为38.7%，已十分接近；截至2021Q3，天岳先进毛利率达35.3%，超出WOLFSPEED2021财年的31.3%，但应该正视公司毛利率背后产品的差异。图38：海内外龙头收入对比（百万人民币）图39：海内外龙头毛利率对比数据来源：WIND（美元兑人民币采用历史汇率），东吴证券研究所数据来源：WIND，东吴证券研究所国内龙头与海外龙头的同尺寸产品在技术参数上仍有差距。虽然国产厂商已经具备一定的生产能力，但仍存在单晶性能一致性差、成品率低、成本高等问题，产能较低。天科合达在2020年Q1产能约5000片（等效6英寸）；目前于北京大兴在建的新工厂预计2022年初投产，产能可达12万片。2019年，WOLFSPEED宣布未来5年投资10亿美元用于扩大碳化硅产能，将在纽约州建立新工厂及扩建现有工厂；2021年投资者日，公司宣布当前碳化硅衬底的总产能为16.7万平方英尺，约合85万片每年（等效6英寸），未来两年将逐步扩张产能至24.2万平方英尺，约合123万片每年（等效6英寸）。图40：海内外龙头产品对比（衬底质量）数据来源：天岳先进招股说明书，天科合达官网，东吴证券研究所-200%-100%0%100%200%300%010002000300040002018FY2019FY2020FY2021Q1-Q3WOLFSPEED（本部门）天岳先进天科合达WOLFSPEED（本部门）-YOY天岳先进-YOY天科合达-YOY0%10%20%30%40%50%60%2018FY2019FY2020FY2021Q1-Q3WOLFSPEED（本部门）天岳先进天科合达4英寸半绝缘型碳化硅衬底6英寸半绝缘型碳化硅衬底产品性能WOLFSPEED天岳先进天科合达WOLFSPEED天岳先进天科合达直径100.0MM＋0.0/-0.5MM100.0MM＋0.0/-0.5MM100.0MM＋0.0/-0.5MM150.0MM±0.25MM150.0MM±0.2MM150.0MM＋0.0/-0.5MM微管密度--≤1CM^-2≤5CM^-2--≤0.5CM^-2≤5CM^-2多型面积≤5%（面积）不允许不允许≤5%（面积）不允许不允许电阻率范围≥1×10^6Ω·CM≥1×10^8Ω·CM≥1×10^9Ω·CM≥1×10^6Ω·CM≥1×10^8Ω·CM≥1×10^9Ω·CM总厚度变化≤15ΜM≤10ΜM≤5ΜM≤10ΜM≤10ΜM≤6ΜM弯曲度--≤25ΜM≤15ΜM--≤25ΜM≤30ΜM翘曲度≤45ΜM≤35ΜM≤30ΜM≤40ΜM≤40ΜM≤40ΜM表面粗糙度--RA≤0.2NMRA≤0.2NM--RA≤0.2NMRA≤0.2NM4英寸导电型碳化硅衬底6英寸导电型碳化硅衬底产品性能WOLFSPEED天岳先进天科合达WOLFSPEED天岳先进天科合达直径100.0MM＋0.0/-0.5MM100.0MM＋0.0/-0.5MM100.0MM＋0.0/-0.5MM150.0MM±0.25MM150.0MM±0.2MM150.0MM＋0.0/-0.5MM微管密度≤1CM^-2≤1CM^-2≤2CM^-2＜1CM^-2≤0.5CM^-2≤2CM^-2多型面积≤5%（面积）不允许不允许≤5%（面积）不允许不允许电阻率范围0.015-0.028Ω·CM0.015-0.028Ω·CM0.015-0.025Ω·CM0.015-0.028Ω·CM0.015-0.025Ω·CM0.015-0.025Ω·CM总厚度变化≤15ΜM≤10ΜM≤10ΜM≤10ΜM≤10ΜM≤6ΜM弯曲度--≤25ΜM≤5ΜM--≤25ΜM≤30ΜM翘曲度≤45ΜM≤45ΜM≤35ΜM≤40ΜM≤40ΜM≤40ΜM表面粗糙度--RA≤0.2NMRA≤0.2NM--RA≤0.2NMRA≤0.2NM东吴证券研究所行业深度报告国内龙头天岳先进客户集中度较高，与主要客户合作时间较长，合作关系的稳定性及可持续性良好。天岳先进2018-2020年向前五名客户合计销售金额占当期销售总额的比例分别为80.15%、82.94%、89.45%，客户集中度较高。天岳先进与客户B于2014年建立合作关系，双方于2019年签订了销售框架协议，客户B开始向天岳先进批量采购，2020年客户B成为天岳先进的第二大客户。天岳先进的下游领域均具有广阔前景，同时，天岳先进与大客户均达成稳定良好的战略合作关系，与重要客户均有长期合作的意愿，未来的业务合作量有望持续增长。海外龙头WOLFSPEED的2021财报显示，其当年前三大客户分别为意法半导体、艾睿电子和住友电气工业株式会社，此外没有单一客户占营业收入超过10%。海外龙头WOLFSPEED技术团队经过数十年发展已经形成完整的碳化硅产业链，且与下游企业深度合作。图41：海内外龙头客户对比图42：海内外龙头研发水平对比数据来源：天岳先进（2020年）、天科合达（2020年1-3月）招股书，WOLFSPEED公告（2021年），东吴证券研究所数据来源：各公司公告，东吴证券研究所；注：天科合达研发费用数据为2019年、专利数据为2020年1-3月，其余公司全部数据为2020年图43：国内外技术水平差距数据来源：产业链访谈（纵轴代表水平得分），东吴证券研究所WOLFSPEED意法半导体18%艾睿电子13%住友电气工业株式会社10%天岳先进客户A45%客户B33%深圳市喜荟天成珠宝有限公司6%天科合达客户B、客户D21%三安集成18%客户A15%广西梧州星亿系公司11%3491186286341,1782,17045.521.720.4%14.3%10.7%14.0%0%5%10%15%20%25%05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,000WOLFSPEED贰陆公司天岳先进天科合达授权专利数量研发费用（百万元）研发费用率东吴证券研究所行业深度报告整体看，行业需求快速增长及半导体国产化浪潮为国产供应链带来机遇。以山东天岳为例，其2020年整体成本（除股份支付成本）中，营业成本占比66.2%；其主要原材料采购金额中，石墨件、石墨毡为主要原材料，采购金额占比分别为34.74%、48.87%。LED行业早期成本较高，被国外厂商垄断，国内的三安等企业切入市场后开始快速降价，实现了份额的提升，带来行业2021年主要厂商等效6英寸产能126万片/年88万片/年20万片/年18万片/年2021年特斯拉MODEL3+MODELY交付超91万辆仅特斯拉需求就超过46万片6寸晶圆，对应前三家产能近40%1个主逆变器X24个电源模块X2个碳化硅MOSFET裸片=1车48个碳化硅MOSFET裸片；OBC、充电器等采用碳化硅后，2辆电动车将需求1片6英寸晶圆0%5%10%15%20%051015202530352018201920202021E2022E2026E山东天岳-产能（万片/年）天科合达-产能（万片/年）山东天岳-研发费用率天科合达-研发费用率19912001-20052006-20102011-20152016-20202021-2025发行第一个商业化的SIC晶圆2006SICJFET商业化2011推进SICMOSFET商业化2007混合SIC功率模组发布2013CREE量产6英寸SIC器件2014CREE发布27KVSICIGBT发布首款SICSBD2020建成8英寸SIC衬底产线2010ROHM量产SICSBD2010ROHM开始生产SICMOSFET2012量产完整SIC功率模组2012开始为汽车领域提供SIC产品2015ROHM量产沟槽SICMOSFET2017ROHM量产6英寸SICSBD2018ROHM发布1700V耐高温完整SIC功率模组2020比亚迪外购SIC芯片，SICMOS模块2021SICSBD二极管、SICMOS单管2022ESIC电驱、SICMOS模块2016ROHM量产1200V/180A完整SIC功率模组2019与ST签署生产供应协定2018与英飞凌达成长期供应协议1）TESLA的MODEL3以及后续车型使用2）保时捷和德国高端车企使用3）国内自主品牌高端化车型1）智能手表等可穿戴设备2）电子货架标签等小型物联网设备主要供应中国新能源汽车东吴证券研究所行业深度报告格局洗牌。衬底制造难度高于LED，但仍有一定可比性，我们判断未来降成本速度将快于器件。我们以山东天岳披露的公开数据做测算，就衬底降本的详细路径及因子做一个探讨。在6寸片转为8寸片的情况下，降本的贡献因子大小排序为：长晶效率提升一倍>切片损失较少一倍>良率提升10%>晶圆尺寸加大>产能扩张10倍。盈利能力方面，WOLFSPEED公布的2021年毛利率为31.3%，国产厂商由于产品阶段的不成熟，财务数据不具有显著可比性，有待产能和良率的进一步提升，以及产品正式的验证、通过、迭代。我们拆解产业链不同环节，发现单炉出片量和整体良率为盈利关键影响指标，单炉出片量也对应晶体生长速度。-10001002003004005002018201920202021H1单位：百万元营业成本税金及附加销售费用管理费用（不含股份支付）研发费用财务费用0%20%40%60%80%100%2018201920202021H1碳粉硅粉石墨件石墨毡切割钢丝金刚石粉拋光液抛光垫其他0%20%40%60%80%100%初始成本长晶效率提升一倍良率提升10%晶圆尺寸加大产能扩张10倍切片损失减少一倍优化成本降本因子拆分（6寸到8寸）02,0004,0006,0008,00010,00012,00020172018201920202021E（元/片）山东天岳-平均单位成本天科合达-平均单位成本山东天岳-平均单位价格天科合达-平均单位价格东吴证券研究所行业深度报告图51：良率-产量敏感性分析数据来源：天岳先进、天科合达招股书，东吴证券研究所测算注：单炉产出量单位为片/年4.2.3.远期格局推演国产化率有望提升，份额有望提升10%以上。我们复盘了第一代半导体硅和第二代半导体砷化镓的发展历史，探寻碳化硅与其的同与不同。回顾第二代半导体砷化镓的发展，砷化镓在手机射频领域和光电子领域占据了主导地位，而碳化硅主要应用于电力电子领域，下游应用的区别使得它们的发展方向有较大差别。衬底环节，仅IQE和全新光电两家就占比89%，外延环节中IQE和全新光电合计占比达79%。图52：砷化镓产业链及下游应用数据来源：前瞻产业研究院，YOLE，东吴证券研究所碳化硅的市场格局演化可能更加类似第一代半导体硅片，市场集中度仍然较高但龙头合计市占率逐步下降。以天科合达为代表的国产厂商有机会加速扩产，挤压海外厂商市场份额。当前碳化硅衬底市场格局呈现寡头垄断，以导电型碳化硅衬底为例，近三年全球前三大碳化硅衬底制造商WOLFSPEED、贰陆、罗姆合计市占率分别为88%、87%、89%。较高的市场集中度体现了行业的高进入门槛和竞争壁垒。WOLFSPEED作为行业龙头，独占近60%份额，说明技术学习曲线相对陡峭，一旦跑出竞争优势，可以维持较持续的竞争优势。国产厂商目前呈现百花齐放态势，但行业终局更有可能会跑出赢家，长出较大体量的公司。第一代半导体硅片的市场格局演变中，各大制造商均通过并购来扩大市场份额。回顾龙头硅片制造商发展历史，日本信越化学1996年并购了意大利硅企业SIMCOA，扩大了硅原材料生产。日本SILICONUNITEDMANUFACTURINGCORP.于2002年并购SUMITOMO和MITSUBISHI，更名为SUMCO，市场份额成为全球第二，并于2006年又收购了KOMATSU。我们认为碳化硅行业需求明确，持续性好，可与模拟芯片、半导体设备等行业进行类比，国内资本市场给予高溢价。按0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2018年2019年2020年2018-2020年各碳化硅衬底厂商市占率CREE/WOLFSPEED高意SICRYSTAL(罗姆)SKC天科合达昭和电工NORSTEL山东天岳其他0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%201520162017201820192020信越SUMCO环球晶圆SILTRONICSKSILTRONSUNEDISONSOITEC沪硅产业其他龙头合计20112012201620162020SILTRONICSILICONWAFERPTE.2014收购荷兰PVC业务，设立信越PVCB.V.19991996SILICONUNITEDMANUFACTURINGCORP.20022006SICWAFER20202017信越东吴证券研究所行业深度报告照2022年业绩预测进行统计，模拟芯片和半导体设备领域，国内公司普遍PE、PS估值倍数为海外龙头的4倍以上。2008年以前，LED技术及产品应用处于发展初期；2008年开始，随智能手机等电子产品需求快速增长带来公司LED业务的蓬勃，股价2年内涨幅可观；2012年后，LED照明技术逐渐成熟，需求放量，公司照明业务收入不断增长，享受照明行业发展红利；2018年，公司宣布将WOLFSPEED业务作为重要方向，之后逐步剥离LED业务、照明业务，专注于碳化硅领域，与诸多汽车、光伏等领域企业达成战略合作关系，随着全球汽车产业结构、能源结构的变革，公司将享受广阔的发展空间，近两年股价屡创新高。图57：WOLFSPEED股价复盘数据来源：BLOOMBERG，WOLFSPEED公司公告，东吴证券研究所020406080100120140160股价收购COTCO，能够以较低的成本制造和封装高亮度封装LED收购INTRINSIC，加速低缺陷基板的商业化收购LLF，加速通用照明市场采用节能LED照明以5.25亿美元收购了RUUDLIGHTING首款消费类产品两款家用LED灯泡以3.45亿欧元收购了英飞凌科技股份公司RFPOWER业务，扩大了射频产品供应与三安光电成立合资企业，生产高性能、中等功率照明类LED将照明产品业务部门出售给IDEAL以高达3亿美元的价格将其LED业务出售给SMARTGLOBALHOLDINGS公司宣布投资10亿美元，打算在纽约马西建造新的制造工厂拜登政府将加大对美国电动车的支持力度，美国汽车厂商扩大电动车产量。与通用汽车达成战略供应商协议LED时期|照明时期|WOLFSPEED与安森美半导体达成战略供应商协议中美贸易摩擦加剧，亚洲需求受抑制图56：国产厂商市值空间对标数据来源：时代电气、晶盛机电营收利润为东吴预测，其他公司利润取自WIND、彭博注：市值数据截至2022年2月26日收盘，美元兑人民币汇率取6.3，港币兑人民币汇率取0.81（2月26日数据）股票代码2022E营收（亿人民币）2022E净利润（亿人民币）总市值（亿人民币）PE(2022远期）PS(2022远期）WOLFSPEEDWOLF.N45.9-4.6787-17天岳先进688234.SH7.51.229524339三安光电600703.SH165.430.81,276418晶盛机电300316.SZ100.524.9818338时代电气3898.HK153.723.5487213露笑科技002617.SZ44.84.3227535TITXN.O1,255.0538.89,944188圣邦股份300661.SZ30.08.48109727思瑞普688536.SH19.46.05348928艾为电子688798.SH37.24.5300678AMATAMAT.O1,670.1463.77,553165北方华创002371.SZ133.514.21,58611112中微公司688012.SH43.78.97888918模拟芯片设备碳化硅东吴证券研究所行业深度报告截至2022年2月26日，WOLFSPEED收盘市值为125亿美元。我们认为WOLFSPEED作为碳化硅行业龙头，其市值具有标杆意义，未来随着行业需求持续增长，公司自身产能扩张，WOLFSPEED有望实现市值的持续增长，也为国产上市公司打开空间。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议，本公司不对任何人因使用本报告中的内容所导致的损失负任何责任。在法律许可的情况下，东吴证券及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券并进行交易，还可能为这些公司提供投资银行服务或其他服务。本报告是基于本公司分析师认为可靠且已公开的信息，本公司力求但不保证这些信息的准确性和完整性，也不保证文中观点或陈述不会发生任何变更，在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本报告的版权归本公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制和发布。如引用、刊发、转载，需征得东吴证券研究所同意，并注明出处为东吴证券研究所，且不得对本报告进行有悖原意的引用、删节和修改。东吴证券投资评级标准：公司投资评级：买入：预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘在15%以上；增持：预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘介于5%与15%之间；中性：预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘介于-5%与5%之间；减持：预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘介于-15%与-5%之间；卖出：预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘在-15%以下。行业投资评级：增持：预期未来6个月内，行业指数相对强于大盘5%以上；中性：预期未来6个月内，行业指数相对大盘-5%与5%；减持：预期未来6个月内，行业指数相对弱于大盘5%以上。
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