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CICC:新能源汽车的全球普及加速了碳化硅产业的落地,迎来了机遇 jinrongjie

时间:2021-03-04 09:23:42作者:佚名

目前,用于电力电子应用的硅器件的优化已经接近极限,而由宽带隙碳化硅制成的器件具有优异的开关性能、耐压和温度稳定性。我们相信,在增加续航里程、实现轻量化和改善用户体验方面,具有优异材料特性的SiC器件有望满足新能源汽车的迭代需求。我们认为,SiC产业发展的痛点在于产业发展还处于初期阶段,基板材料的制备成本高、成品率低带来的销售价格高。我们相信,随着技术的成熟和供应商产能的扩大,碳化硅的成本预计将实现快速下降,未来五年,碳化硅将从电子控制、车载充电器、DC/DC、快速堆填等多种应用场景形成对硅场效应晶体管/硅IGBT的规模替代。据我们测算,到2025年,仅中国新能源汽车和充电桩就需要100多万块6寸晶圆,器件市场将突破60亿元,为本土企业的发展提供广阔的增长空间。我们看好与SiC产业链相关的上市公司的投资机会。

新能源汽车全球普及加速,功率密度标准的不断提高为SiC产业落地提供了契机。

在欧盟,受人们需求的驱动,欧盟的碳排放标准越来越严格。目前的碳排放标准要求2021年生产的乘用车碳排放量达到95g/km。我们相信,在这一严格要求下,新能源汽车将取代燃油汽车。

在美国,拜登的上台带来了美国新能源政策的改变,计划在2050年实现碳中和。我们相信,政府也希望借助特斯拉等龙头企业,帮助美国汽车制造业在新趋势下保持领先地位。

在中国,2019年中石油对外依存度将超过70%。我们认为电动汽车对确保能源安全非常重要。凭借市场空间优势和工程师红利,中国有望借助汽车电气化实现角落赶超汽车行业的目标。我们可以看到,在各国制定的电动汽车发展路线图中,功率密度标准接近主流硅基器件的性能极限,SiC器件成为理想的替代品。我们认为,碳化硅有望满足电动汽车行业加速发展和普及率提高带动的需求快速增长。

图表:中国对外国石油和天然气的依赖程度远远高于煤炭

来源:国家统计局、海关总署、中国石油经济技术研究院、CICC研究部

图表:美国能源部下属的美国。Drive对未来电机电子控制效率和功率密度提出了严格的指导方针

来源:官方网站,美国能源部,CICC研究部

图表:硅基器件不再能满足未来的功率密度要求

来源:重庆大学官方网站,CICC研究部

SiC解决了电动汽车需求的三大痛点,其规模化普及即将到来。

我们认为,碳化硅有望从以下三个方面解决硅基器件的痛点:

1)续航里程是电动车的一大痛点。英飞凌数据显示,SiC器件整体损耗比硅基器件降低80%以上,导通和开关损耗降低,有利于增加电动车续航里程;

图表:碳化硅的材料特性有助于降低器件的导通和开关损耗

来源:CICC研究部

图表:碳化硅器件的损耗比硅基器件降低了80%以上

来源:英飞凌官网,CICC研究部

2)轻量级实现。SiC器件具有高饱和率、高电流密度和高热导率的特点,有利于实现电子控制模块、外围系统和冷却系统的小型化,从而减轻整车重量;

图表:碳化硅的器件特性有助于电动汽车的轻量化

来源:罗门官网、克里官网、英飞凌官网、CICC研究部

3)满足800伏高电平要求。为了与快速充电应用相匹配,将内部电平提高到800伏的更高水平是大势所趋。在1200伏IGBT产品难以推广的背景下,使用碳化硅场效应晶体管是一种很好的解决方案。我们认为目前SiC不能大规模商业化的主要矛盾在于成本高。但根据我们的计算,在新能源汽车可承受的目标成本假设下(三个电厂的成本相当于传统动力总成的价格),如果SiC器件的成本降低到硅基器件的两倍,其经济效益有望推动SiC在所有系列汽车上的全面普及。

图表:快充电源需要400V转换成800V充电电压

资料来源:CICC研究部电子技术

图表:电车重量从400伏到800伏(100千瓦小时电池)

资料来源:CICC研究部电子技术

图表:碳化硅晶体比硅单晶更难获得

来源:CICC研究部Cree官方网站

图表:新能源汽车平价目标下的电池成本计算

资料来源:CICC研究部

图表:主流型号硅IGBT和碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的比较(截至2019年底)

来源:Semikron官网,Rohm官网,Wolfspeed官网,CICC研究部

图表:碳化硅的成本经济计算

来源:CICC研究部Cree官方网站

小器件大市场,中国汽车SiC市场将快速增长。

我们预计,到2025年,中国的电动汽车和快速充电桩将为碳化硅器件/模块带来62亿元/78亿元的市场空间(包括模块中的器件成本),CAGR将在2021-25年达到58%/35%。从产业链的各个方面来看,我们估计SiC衬底和外延片的总价值占器件总价值的60%。2025年我国导电基板需求超过100万块,在行业上游具有重要意义,需求空间广阔。目前,中国企业可以实现6英寸胶片的批量生产,8英寸胶片与海外胶片的技术差距正在缩小。

图表:碳化硅成本下降预测

资料来源:CREE官方网站,CICC研究部

图表:中国新能源汽车碳化硅模块及器件市场计算表

来源:CREE、英飞凌、比亚迪、斯达、中国汽车工业协会、CICC研究部

图表:硅片值分割(以65/55纳米12英寸硅片为例)

资料来源:CICC研究部公司公告

图表:SiC晶圆价值分割(以6寸晶圆为例)

资料来源:CICC研究部各公司公告

图表:碳化硅衬底比硅抛光晶片具有更好的投入产出比(2019)

资料来源:CICC研究部公司公告

图表:中国新能源汽车碳化硅衬底及外延市场

资料来源:CICC研究部

图表:半绝缘和导电碳化硅衬底的比较

来源:CICC研究部碳化硅半导体材料与器件

图表:碳化硅衬底市场份额(1H20)

资料来源:CICC研究部Yole

图表:中国碳化硅衬底企业努力赶超海外

资料来源:CREE官方网站,田可何达招股说明书,CICC研究部

图表:我们预计到2025年,新能源汽车及周边应用对SiC衬底产能的需求将达到113万片(相当于6英寸)

资料来源:CICC研究部

图表:中国本土企业碳化硅衬底产能规划

来源:CICC研究部各公司的官方网站和招股说明书

风险

新能源汽车普及率低于预期;SiC技术的发展和成品率的提高都不如预期。


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