碳化硅行业分析

碳化硅行业分析1.碳化硅具有耐高温、高压等优势，渗透率提升空间大近年来，第三代半导体发展迅速。由于第一代及第二代半导体材料自身的物理性能局限，越来越无法满足新型领域如新能源汽车、智能电网、5G通信等。根据《全球碳化硅市场2022年度报告》数据，2022年全球第三代半导体材料碳化硅(SiC)渗透率为3%。1)第一代半低功率的晶体管和探测器中，90%以上的半导体产品是用硅基材料制表，相对硅基器件具有高频、高速的光电性能，广泛应用于光电子和禁带宽度、高电导率、高热导率、高抗辐射能力等优点，更适合在高压、高频、高功率、高温以及高可靠性领域中应用，例如射频通信、雷达、电源管理、汽车电子、电力电子等。与第一代半导体材料Si相比，碳化硅具备更高的击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导性和热稳定性。根据数据：1)宽禁带：高稳定性+高击穿电场强度。碳化硅的禁带宽度是硅的3倍，使得其具有更好的稳定性，宽禁带同时也有助于提高击穿电场强度，使其具有更好的耐热性和耐高压性、高频性。2)热导率：散热性能好。SiC热导率是Si的2-3倍，热阻更低，更耐高温(工作结温更高可达200℃以上，极限工作结可达600℃,而Si的工作极限温度为150℃),更低，能够大幅度降低导通损耗，同时有更高的切换频率。在1kV高功率高频率相同规格下SiC器件体积约为硅基器件的1/10。2.纵观产业链，衬底与外延占据70%的成本构成中，衬底、外延、前段、研发费用和其他分别占比为47%,23%,19%,6%,5%,衬底+外延合计约70%,是碳化硅产业链制造的重外延层，可制成HEMT等微波射频器件，主要应用于5G通讯、卫理气相传输法(PVT法),在单晶炉中生长成为晶体，随后经过切长度约2cm的SiC晶棒大约需要7-10天的生长时间(天科合达招股说明书数据),生长速度仅为Si晶棒的几十分之一；2)晶体生长对立沈阳分公司生产拥有自主知识产权的碳化硅单晶生长炉，2019年公司自研/自产沈阳分公司主要是北方华创，晶升股份司已完成对天岳先进首台套产品销售及验证，目前正持续推进批量销售同光晶体自研/自产烁科晶体自研/自产东尼电子外购晶升股份50%以上，晶升股份市占率约为27.47%-29.01%,二者占国内长晶炉超77%。占52%,昭和电工占43%,CR2共占95%。产业化项目，预计2025年竣工并投产，实现营收8.7亿元，2028年全面达产产能100万片/年；瀚天天成二期22年3月竣工验收，23年达产产能为20万/年；三期于22年启动建设，预计达产产能大利LPE:单片机，生长速率最高，缺点是需要经常降温清理腔体。机台，高速旋转可达到一分钟1000转，保证均匀性控制较好的同时可以避免一些颗粒物的产生，缺陷较低。根据公司年报及官网，北方华创SiC外延炉已实现量产，截至2022年9月累计订单数超100台；中微公司目前已启动外延生产设备的开发，预计2023年将交付样机至客户端开展生产验证。3.竞争格局集中，国内衬底厂商奋起直追衬底市场竞争格局集中，海内外厂商发展模式差异大。国外企业多以IDM模式布局全产业链，如Wolfspeed、罗姆及意法半导体等，而国外延领域的瀚天天成、东莞天域半导体。碳化硅衬底的市场规模有望快速增长。根据研究数据，2022年全球导电型碳化硅衬底和半绝缘型碳化硅衬底市场规模分别为5.12和2.42亿美元，预计到2023年市场规模将分别达到6.84和2.81亿美元。2022-2025年，导电型碳化硅衬底CAGR达34%。根据研究数据，海外厂商垄断碳化硅衬底市场。2020年碳化硅衬底中海外厂商市占率达86%,其中Wolfspeed市占率达45%,Rohm(收购SiCrystal)排名第二，占20%的市场份额。国内企业天科合达、天岳先进分别占据了5%、3%。图11:2020年全球碳化硅衬底市占率(%)天科合达·天岳先进·其他分导电型和半绝缘型市场看：1)2020年全球导电型碳化硅衬底市场中，Wolfspeed市占率达62%,CR3约89%,国内份额最大的天科合达仅占4%;2)2020年全球半绝缘型碳化硅衬底市场中，Wolfspeed、II-VI分别占33%、35%的市场份额，CR2约68%,国内天岳先进占30%。国外垄断厂商运用先发优势继续扩产。Wolfspeed位于纽约的莫霍克谷工厂现已投产(8英寸),预计2023-2024年产能达72万片/年(相当于150万片6英寸)。此外，Wolfspeed一期建设投资13亿美元在北卡罗来纳州查塔姆县建造的8英寸碳化硅生产工厂，预计2024年完工后带来超10倍产能扩充；II-VI建设美国宾夕法尼亚州伊斯顿的工厂，预计2027年产能达100万片/年6英寸；日本罗姆预计2025年衬底产能扩展至30-40万/年。3.2国内衬底厂商加速布局国内厂商奋起直追。预计天科合达2025年底，6英寸有效产能达55万片/年；预计天岳先进的上海临港工厂，2026年达产产能为30万片/年。我们认为国产衬底厂商进展超预期。2023年4月，天岳先进2022年年报披露与博世集团签署长期协议；5月，英飞凌宣布与天科合达和天岳先进2家SiC衬底厂商签订长期协议，并预计2家供应量均将占到英飞凌长期需求量的两位数份额。这是国产SiC的里程碑事件，体现国产SiC衬底龙头获国际器件大厂认可，衬底良率和性能提升超预期。23年6月，意法半导体宣布将与三安光电在中国成立200mm碳化硅器件制造合资企业公司，三安光电将建造并单独运营一座新的200毫米碳化硅衬底制造厂，使用自己的碳化硅衬底工艺来满足合资企业的需求。4.重点公司分析4.1天岳先进：半绝缘型碳化硅衬底龙头，产能逐步向导电型切换天岳先进是半绝缘型碳化硅衬底龙头，全球市占率保持前三。公司主营业务是半绝缘型和导电型碳化硅衬底以及晶棒、不合格衬底等其他业务。截至2020年，公司半绝缘型衬底占销售收入的82%(招股说0.90和-1.75亿元，2021年净利润为正，主要系行业景气度较高、公司经营规模扩大、盈利能力增强。2022年净利润为负，主要系产线、设备调整等导致临时性产能下滑，以及公司为新建产能投产所招聘的人员数量较大，导致薪酬支出大幅上升，对净利润影响较大。根据年报，公司济南工厂导电型产品产能产量正快速爬坡。截至2022图15:天岳先进归母净利润(百万元)15.66pct,主要系公司大尺寸及N型产品研发投入、前沿技术研发面，2021年，公司净利率由负转正，从-151%上升至18%,主要系2021年公司经营规模扩大、盈利能力增强。毛利率方面，2019-2021年近三年内毛利率基本稳定；2022年毛利率为-6%,主要系由疫情4.2天科合达：2020年导电型衬底全球市占率达4%公司主营业务为碳化硅晶片、其他碳化硅产品(籽晶、晶体)和碳化硅晶体生长和晶片加工技术，掌握“设备研制—原料合成一晶体生长—晶体切割—晶片加工—清洗检测"碳化硅晶片生产全流程关键技术和工艺。公司营业收入快速增长，净利润由负转正。2017-2019年，公司营业收入CAGR达153.92%。净利润方面，公司自2018年开始转正，净利润达194.4万元，主要系产品良率大幅提高、新增设备产能释放、市场需求增长迅猛。公司研发费用率总体稳定，毛利率、净利率提升。公司毛利自2018年以来转正，主要系技术工艺的提升和规模效应带动生产成本下降；净利率方面，2018-2019年，公司净利率分别为2.49%、19.36%,盈利能力持续提升。图23:天科合达毛利率与净利率情况(%)4.3东尼电子：1Q23碳化硅业务收入达2563万元东尼电子子公司东尼半导体于2023年1月与下游客户T签订《采购合同》,约定东尼半导体2023年向该客户交付6英寸碳化硅衬底13.5万片，含税销售金额合计人民币6.75亿元。根据公告，公司5月份开始交付。根据公司公告，1Q23碳化硅业务收入达2563万元，毛利率2.87%,净利率为-43.61%。4.4三安光电：具备SiC全产业链一体化布局公司6月7日公告，湖南三安与意法半导体将共同设立一家专门从事碳化硅外延、芯片生产的合资代工公司-三安意法半导体重庆有限公司，合资公司预计投入总金额为32亿美元。本次合作体现了公司碳化硅业务在国际市场的实力。根据公告，新的SiC制造厂计划于2025年完成阶段性建设并逐步投产，2028年达产，规划达产后生产8寸碳化硅晶圆4万片/月。同时，三安光电将利用自有SiC衬底工艺，单独建造和运营一个新的8英寸SiC衬底制造厂，以满足