第三代半导体SIC：爆发式增长的明日之星.pdf

敬请参阅末页重要声明 及评级说明 证券研究报告 电子 行业研究 /深度 报告 主要观点： SIC 功率器件：性能优异， 10 年 20 倍增长 功率半导体的技术和材料创新都致力于提高能量转化效率（理想转化率100%），基于 SIC 材料的功率器件相比传统的 Si 基功率器件效率高 、 损耗小，在新能源车、光伏风电、不间断电源、家电工控 等有广阔的应用前景 。目前 SIC 行业发展的瓶颈 主要 在于 SIC 衬底成本高 （是 Si 的 4-5 倍，预计未来 3-4 年价格会逐渐降为 Si 的 2 倍）， 同时 SIC MOS 为代表 的 SIC 器件产品稳定性需要时间验证 。 我们认为 国内外 SIC 产业链日趋成熟，成本 也在 持续下降，产业链爆发的拐点 临近 ， Yole 预计 SIC 器件空间将从 2019 年4.8 亿美金到 2025 年 30 亿美金 2030 年 100 亿美金，即 10 年 20 倍增长 。 SIC 晶片 ： 国内外差距缩小 ，行业高增 +国产替代同时进行 SIC 晶片主要用于 SIC 功率器件和 5G GaN 射频器件，未来 10 年市场空间随着下游 SIC 功率器件 +GaN 高频射频器件的增长而增长，我们预计SIC 晶片 市场将从 2019 年 30 亿 RMB 到 2027 年 超过 150 亿 RMB； 行业高增长 +国产替代，天科合达 /山东天岳有望成为 SIC 晶片领域的沪硅产业 ： 相比于普通硅片分布在日韩美五个巨头手中， SIC 晶片龙头 70%以上的份额都在美国 CREE 和 II-VI 等公司，国产化也更迫切；目前国内的 SIC 晶片龙头山东天岳 、 天科合达等已经初具规模，第三代半导体 SIC国内外差距较之前传统半导体领域有所减小 ， 这一次 SIC 晶片 产业 爆发和国产 替代会 同时进行，相关公司 将 充分受益这一波第三代半导体产业红利。 投资建议 SIC 产业链会有一些新的 公司 进入，但是 原来的 IGBT 龙头以及其他传统功率器件 公司也 都 会 是 SIC 功率器件的重要玩家，并充分受益于这一波十年以上的产业趋势。 建议关注： 1） 国内 IGBT 龙头顺势切入 SIC 领域，关注 斯达半导和 未上市的 比亚迪半导体 /中车时代半导体 ； 2） 传统功率器件往 SIC 器件升级切入，包括 闻泰科技，华润微、捷 捷微电、扬杰科技、新洁能 ； 以及较纯正 SIC 器件厂商 泰科天润 等； 3） 布局 SIC 设备和 材料 的 露笑科技 ，第三代半导体 SIC/GaN 全布局 的 三安光电 ； 4） SIC 晶片领域的 天科合达 、 山东天岳 。 第三代半导体 SIC： 爆发式增长的明日之星 行业 评级： 买 入 报告 日期 ： 2020-09-17 行业指数与沪深 300 走势比较 分析师： 尹沿技 执业证书号： S0010520020001 联系人： 刘体劲 执业证书号： S0010120070037 邮箱 ： liutjhazq 相关报告 1.华安证券 _行业研究 _行业 深度 _大国雄芯 .半导体系列报告 (一 )：科技创“芯”，时代最强音 2020-05-13 2.华安证券 _行业深度 _功率半导体系列报告 (一 )： IGBT：高壁垒和高景气的黄金赛道 2020-07-08 3.华安证券 _功率半导体系列报告（二）：斯达半导深度报告：乘风破浪的国产 IGBT 龙头 2020-07-30 电子 |半导体 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 2 / 31 证券研究报告 风险提示 SIC 成本降低不达预期； SIC 器件稳定性可靠性指标不及预期； 国内 SIC 产业链 跟国外差距进一步拉大 的风险 ； 宏观经济导致行业景气下降的风险。 推荐关注公司盈利预测与评级 ： 公 司 EPS（元） PE 2020E 2021E 2022E 2020E 2021E 2022E 斯达半导 1.14 1.58 2.16 175.77 126.82 92.76 三安光电 0.40 0.55 0.72 64.95 47.23 36.08 露笑科技 0.22 0.26 0.29 38.86 31.61 28.90 华润微 0.59 0.71 087 87.78 73.28 59.68 捷捷微电 0.50 0.63 0.79 65.63 52.16 41.63 扬杰科技 0.64 0.81 1.05 66.52 52.10 40.51 天科合达 - - - - - - 山东天岳 - - - - - - 资料来源： wind 一致性预期 ， 华安证券研究所 电子 |半导体 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 3 / 31 证券研究报告 正文 目录 1 第三代半导体 SIC：性能优异，爆发前夜 . 5 1.1 第三代半导体 SIC 材料的性能优势 . 5 1.2 第三代半导体 SIC 器件的性能优势 . 6 1.3 政策支持 VS 产业成熟度提升 . 7 1.4 SIC 产业链总结 . 9 2 SIC 器件： 10 年 20 倍成长，国内全面布局 . 10 2.1 应用：新能源车充电桩和光伏等将率先采用 . 10 2.2 门槛： SIC 器件的壁垒和难点 . 13 2.3 空间 &增速： SIC 器件未来 5-10 年复合 40%增长 . 13 2.4 格局： SIC 器件的竞争格局 . 14 3 SIC 晶片：高成长高壁垒，国产奋起直追 . 15 3.1 成长分析 . 15 3.2 壁垒分析 . 18 3.3 竞争分析 . 19 3.4 价值分析 . 20 4 投资建议 . 20 4.1 天科合达 . 20 4.2 山东天岳 . 25 4.3 斯达半导 . 26 4.4 三安光电 . 27 4.5 华润微 . 28 4.6 捷捷微电 . 28 4.7 扬杰科技 . 29 4.8 露笑科技 . 29 风险提示： . 30 电子 |半导体 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 4 / 31 证券研究报告 图表目录 图表 1 半导体产业链一览 . 5 图表 2 SI 与 SIC 材料优缺点对比 . 6 图表 3 SIC MOS 相比 SI 功率器件的对比 . 6 图表 4 2019 年国际企业推出的部分经典 SIC 器件产品 . 7 图表 5 2017-2019 年国家第三代半导体相关政策 . 8 图表 6 SIC VS GAN VS SI 在电力电子器件中的渗透率 . 9 图表 7 SIC 产业链以及国内外的主要玩家 . 10 图表 8 SIC 器 件的主要应用领域 . 11 图表 9 SIC MOS 多种优势带动电动车续航力提升 . 11 图表 10 2019 年各个领域的 SIC 模块产品推出情况 . 12 图表 11 2018-2019 年不同制造商 SIC SBD 产品价格对比 单位（元 /A） . 12 图表 12 SIC 功率器件市场规模预测 . 13 图表 13 SIC 功率器件在电动车里的渗透时间预测 . 14 图表 14 2017 年 SIC 器件和模块市场份额 . 15 图表 15 SIC 晶片产业链 . 16 图表 16 SIC 和 GAN 功率器件市场规模预测 . 16 图表 17 射频器件整体市场规模增长预测 . 17 图表 18 导电型碳化硅衬底市场规模（万片） . 17 图表 19 半绝缘碳化硅衬底市场规模（万片） . 18 图表 20 2018 年导电型碳化硅晶片厂商市场占有率 . 19 图表 21 行业内各公司不同尺寸 SIC 晶片的推出对比 . 20 图表 22 天科合达维持高增长 . 21 图表 23 天科合达营收构成 . 21 图表 24 天科合达主要产品间的关系 . 22 图表 25 天科合达主要产品毛利率 . 23 图表 26 天科合达产能与产量 . 23 图表 27 天科合达 SIC 晶片的单价 . 23 图表 28 天科合达在导电型碳化硅晶片市场占有率（ 2018 年） . 24 图表 29 天科合达前五大客户 . 24 图表 30 斯达半导积极进行 SIC 布局 . 26 图表 31 斯达官网中的 SIC 模块 . 27 电子 |半导体 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 5 / 31 证券研究报告 1 第三代半导体 SIC： 性能优异 ，爆发前夜 1.1 第三代半导体 SIC 材料的性能优势 第一代半导体材料主要是指硅（ Si）、锗元素（ Ge）半导体材料 ， 应用极为普遍 ，包括 集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用 ； 第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料，如砷化镓（ GaAs）、锑化铟（ InSb） ，主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件（ LED），是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。 Si 基器件在 600V 以上高电压以及高功率场合达到其性能的极限； 为了提升在高压 /高功率下器件的性能，第三代半导体材料 SiC （宽禁带）应运而生； 第三代半导体主要是 SIC 和 GaN，第二代和第三代也称作 化合物半导体 ， 即两种元素组成的半导体材料，区别于硅 /锗等单质半导体 ： 图表 1 半导体 产业链一览 数据来源：天科合达招股说明书，华安证券研究所 SIC 材料具有明显的性能优势。 SiC 和 GaN 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、更高的击穿电场、更高的热导率等性能优势，所以又叫宽禁带半导体材料，特别适用于 5G 射频器件和高电压功率器件。 制造材料封装材料衬底材料其他材料SiG aA sS iC 、 G aN电子特气光刻胶半导体材料 半导体元件集成电路传感器分立器件光电子器件下游领域消费电子网络通信工业控制新能源电力系统轨道交通光电显示第三代半导体材料电子 |半导体 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 6 / 31 证券研究报告 图表 2 Si 与 SiC 材料优 缺 点对比 材料 Si 材料 SiC 材料 优点 制程稳定， 技术成熟， 成本低， 可靠度高 1)高禁带宽度 禁带宽度越宽，临界击穿电压越大， 高压下可以减少所需器件数目 2)高饱和电子漂移速度 高元件开关速度（大约是 Si 的 3-10 倍） , 高压条件下能高频操作，所需要驱动功率就小 , 驱动电路能量损耗低 3)高热导率 可减少所需冷却系统 ，也更适用于高功率场景下的使用 4)单位面积的导通阻抗更小 有效减少功耗 5)混合 SiC 器件体积更小 得益于工作损耗的降低以及工作温度的上升使得 集成度提高 ，体积减小 数据来源：华安证券研究所 整理 1.2 第三代半导体 SIC 器件 的性能优势 SIC 的功率器件如 SIC MOS，相比于 Si 基的 IGBT，其导通电阻可以做的更低，体现在产品上面，就是尺寸降低，从而缩小体积 ，并且开关速度快，功耗相比于传统功率器件要大大降低。 在电动车领域，电池重量大且价值量高，如果在 SIC 器件的使用中可以降低功耗，减小体积，那么在电池的安排上就更游刃有余；同时在高压直流充电桩中应用 SIC 会使得充电时间大大缩短，带来的巨大社会效益。 图表 3 SiC MOS 相比 Si 功率器件的对比 数据来源： 罗姆 半导体，华安证券研究所 电子 |半导体 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 7 / 31 证券研究报告 根据 Cree 提供的测算 : 将纯电动车 BEV 逆变器中的功率组件改成 SIC 时 , 大概可以减少整 车 功耗 5%-10%；这样可以提升续航能力，或者减少动力电池成本。 总结来说， SiC 器件具备的多种优势将带动电动车续航能力的提升 ： 1). 高电能转换效率 ： SiC 属于宽能隙材料 , 击穿场强度大比 Si 基半导体材料更适用在高功率的应用场景 ； 2). 高电能利用效率 ： SiC 属于宽能隙材料 , 击穿场强度大比 Si 基半导体材料更适用在高功率的应用场景 ； 3). 低无效热耗 ： 开关频率高 , 速度快 , 所产生无效的热耗减少 , 使的电路、散热系统得以简化 。 2019 年 国际上的功率半导体巨头不断推出新的基于 SIC 材料的功率器件，且推出的 几款 SiC SBD 及 MOSFET 均符合车规级（ AEC-Q101）标准， 这些产品应用于新能源车或者光伏领域等功率器件需求场景，将显著减少功耗，提高转化效率。 图表 4 2019 年国际企业推出的部分经典 SiC 器件产品 时间 厂商 产品 参数 特点 2019.2 Littelfuse SiC SBD 650V/6A，8A， 10A，16A， 20A 符合汽车行业 AEC-Q101 标准， 可为电力电子系统设计提供各种性能优势，包括可忽略不计的反向恢复电流，高浪涌保护能力以及175最高运行结温。 2019.3 罗姆 SiC MOSFET 650V 及1200V “ SCT3xxxxxHR 系列”共 10 个型号，该系列产品 支持汽车电子产品可靠性标准 AEC-Q101， 而且产品阵容丰富，拥有 13 个机型。 2019.3 安森美 SiC MOSFET 1200V/80m 符合工业级和 AEC-Q101 的汽车级标准， 终端应用领域如汽车 DC-DC、电动汽车车载充电机、太阳能、不间断电源及服务器电源。 2019.4 三菱 SiC SBD 1200V 该产品有利于降低太阳能发电系统、 EV 充电器等系统的损耗和体积。 2019 年 6 月提供样品， 2020 年 1 月开始发售。 数据来源： CASA，华安证券研究所 1.3 政策支持 VS 产业成熟度提升 1.3.1 全球 对第三代半导体均 展开全面战略部署 2014 年初， 美国 宣布成立 “ 下一代功率电子技术国家制造业创新中心 ” ，期望通过加强第三代半导体技术的研发和产业化，使美国占领下一代功率电子产业这个正出现的规模最大、发展最快的新兴市场，并为美国创造出一大批高收入就业岗位。 电子 |半导体 /行业深度 敬请参阅末页重要声明 及评级说明 8 / 31 证券研究报告 日本 建立了“下一代功率半导体封装技术开发联盟 ” 由大阪大学牵头，协同罗姆、三菱电机、松下电器等 18 家从事 SiC 和 GaN 材料、器件以及应用技术开发及产业化的知名企业、大学和研究中心 ； 欧洲 启动了产学研项目“ LAST POWER” ，由意法半导体公司牵头，协同来自意大利、德国等六个欧洲国家的私营企业、大学 和公共研究中心，联合攻关 SiC 和 GaN 的关键技术。 1.3.2 国内政策支持持续 加强 我国的“中国制造 2025” 计划中明确提出要大力发展第三代半导体产业。2015 年 5 月 ， 中国建立第三代半导体材料及应用联合创新基地，抢占第 三代半导体战略新高地；国家科技部、工信部、北京市科委牵头成立第三代半导体产业技术创新战略联盟（ CASA），对推动我国第三代半导体材料及器件研发和相关产业发展具有重要意义。 图表 5 2017-2019 年国家第三代半导体相关政策 颁布时间 颁布机构 名称 内容 2017/4/14 科学技术部 “十三五”材料领域科技创新专项规划 在总体目标、指标体系、发展重