5月3日在天岳先进上海工厂产品交付仪式举办当天，英飞凌也宣布与天岳先进签订一项新的晶圆和晶锭供应协议。根据该协议，天岳先进将为德国半导体制造商英飞凌供应用于制造碳化硅半导体的高质量并且有竞争力的150毫米（6英寸）碳化硅晶圆和晶锭，其供应量预计将占到英飞凌长期需求量的两位数份额。英飞凌还表示未来天岳先进也会助力公司往200mm直径碳化硅晶圆的过渡，即未来天岳先进将向英飞凌供应8英寸碳化硅晶圆。
同时，英飞凌还宣布与另一家中国碳化硅供应商天科合达签订了一份长期协议，天科合达将为英飞凌供应用于制造碳化硅半导体产品的高质量并且有竞争力的150毫米碳化硅晶圆和晶锭，其供应量预计同样将占到英飞凌长期需求量的两位数份额。根据该协议，第一阶段将侧重于6英寸碳化硅材料的供应，未来天科合达也将提供8英寸直径碳化硅材料。
对于国产碳化硅衬底产业而言，能够接连得到多家海外芯片巨头的订单，意义非凡。
汽车产业链企业加紧绑定碳化硅产能
作为在碳化硅产业链中成本占比最高的部分，碳化硅衬底在近年受到了足够的重视，毕竟在一定程度上碳化硅衬底的产能限制了下游碳化硅功率器件的应用规模增长速度，而上游衬底扩产也是近几年碳化硅产业中最重要的话题之一。
在上游加紧扩产的同时，下游器件厂商也开始陆续往上游“抢”产能，以满足汽车、充电桩、光伏以及储能系统等领域对碳化硅半导体产品不断增长的需求。
英飞凌在与天科合达以及天岳先进签订供应协议之前，在今年1月还与Resonac（前身昭和电工）签署一份新采购合作长单，补充并扩大了双方2021年签订的合同。与上文的类似，Resonac现阶段向英飞凌供应6英寸衬底，并计划未来转向8英寸。
汽车零部件巨头采埃孚在今年2月宣布与全球最大的碳化硅供应商Wolfspeed建立战略合作伙伴关系，该战略合作伙伴关系还包括采埃孚一项重大投资，支持在德国恩斯多夫建设世界上最大和最先进的200毫米碳化硅晶圆工厂。5月4日，Wolfspeed宣布与采埃孚将在德国纽伦堡建立碳化硅电力电子欧洲联合研发中心，加深与碳化硅供应商的合作。
而博世作为全球最大的汽车零部件供应商，同时也是全球第六大车用半导体制造商，他们也在近年加大在碳化硅领域的投资布局。除了近期与天岳先进签订长期供应协议之外，博世还在近日同意收购TSI半导体。总部位于美国加利福尼亚州的TSI半导体拥有一座8英寸晶圆厂，可以生产碳化硅芯片，在收购完成后将成为博世的第三座晶圆厂。
而更早前，安森美、ST等汽车产业中的重要芯片厂商在几年前已经通过收购来掌握碳化硅衬底的产能。
目前市场对于碳化硅需求的预测普遍较为乐观，mordor intelligence 预计碳化硅功率器件在2021-2026年之间的年复合增长率为42.41%；Yole则预计到2027年碳化硅器件市场将从2021年的约10亿美元增长至接近63亿美元，复合年均增长率也达到34%。
安森美在今年初表示，未来五到十年，碳化硅市场还会是较为紧缺的状况，不会出现产能过剩的情况。英飞凌则正在通过产能提升来实现在2030年之前占据全球30%市场份额的目标，英飞凌预计到2027年，公司碳化硅产能将增长10倍。
大尺寸&切割抛光技术升级，衬底成本有望得到优化
1、大尺寸化。与硅基晶圆发展路径相同，未来碳化硅衬底也将持续提升晶片尺寸， 降低单位面积芯片成本，推进碳化硅器件的成本下降。海内外衬底厂商以6寸为主流， 目前正在向8寸过渡。
衬底尺寸的提升，芯片成本有望显著下降。根据Wolfspeed数据，在相同尺寸的芯 片下，8英寸衬底片可切出的芯片数量相比6英寸衬底片提高约90%，同时降低约7% 的边缘浪费，带来生产力和效率的大幅提升。伴随着尺寸扩张带来的规模效应以及自动化产线带来的相关成本的降低，Wolfspeed预计至2024年，8英寸衬底带来的单位芯片成本相较于2022年6英寸衬底的单位芯片成本降低超过60%，这将持续推进 碳化硅产品的降价，加速对硅基器件的替代。
2、切割技术优化：以英飞凌冷裂技术为例，英飞凌在2018年斥资1.39亿美元收购 Siltectra获得其Cold Split冷裂技术， 作为激光切割的一种形式，Cold Split冷裂技术 是一种高效的晶体材料加工工艺，能够将材料损失降到最低。根据英飞凌的披露， 传统的线切割造成SiC晶锭损失比例超过75% ，2021年对晶锭采用冷裂技术会降低损失比例50%，未来还可以对晶圆进行冷裂，一片晶圆经过冷裂可以变成两片晶圆， 这将显著提升公司材料的利用效率与总体产量，目前该技术仍在进一步发展中。
3、抛光技术提升：SiC的外延层生长过程中的晶体缺陷和污染可能会延伸到外延层和 晶圆表面，形成各种表面缺陷，从而影响其性能参数。上述表面缺陷出现的部分原 因与抛光划痕息息相关，因此正确的抛光技术对碳化硅后续顺利加工至关重要。目 前，已开发出如下图所示的三种CMP方式以实现更高的材料去除率、更低的表面粗 糙度、更少的划痕和更均匀的表面形貌，以满足更稳定的外延生长的需求。Wolfspeed 碳化硅晶片经过CMP加工后，晶片表面缺陷较低， 可获得的质量较高的碳化硅 衬底， 为后续的外延与晶圆制造打下坚实基础。
技术升级带动衬底成本优化。受益于衬底制备技术持续进步，碳化硅衬底成本将有 望得到优化，根据英飞凌数据，2023年至2027年衬底价格将得到显著下降。根据东 尼电子公告披露数据，2023年向客户交付6英寸碳化硅衬底单价为5,000元/片，2024 年MOS衬底价格为4750RMB/片， 2025年MOS衬底价格为4510RMB/片；2024年 SBD衬底价格为4275RMB/片， 2025年SBD衬底价格为4060RMB/片。我们认为 ， 未来随着衬底尺寸从6寸向8寸提升，持续优化良率以及相关生产切割、抛光工艺的 的升级，碳化硅材料成本有望显著下降，将有效降低整体器件价格，提升下游客户 的替代意愿，拉升碳化硅功率器件的市场渗透率。
厂商积极扩产，但仍存在巨大供需缺口
预计 2025年全球 6英寸碳化硅衬底需求将达到 677万片。根据Wolfspeed 数据, 碳化硅在新能源车和光伏领域应用占比将由 2021 年的 77.1%提升 至 2027 年的 86.5%，新能源车和光伏领域将是碳化硅的两大主要应用场 景。我们将重点对这两个领域进行测算，并以新能源车和光伏领域的应 用占比测算全球 6 英寸碳化硅衬底总需求量。 1）新能源车领域：根据中国汽车工业协会数据，我们测算 2022 年 1-9 月 全球搭载碳化硅主驱的车型销量合计超 130 万台，在全球总销量 681 万台中渗透率接近 20%，随着碳化硅器件在 800V 高压平台的渗透率逐 渐提升，我们预计碳化硅在新能源车的渗透率 2025 年将达到 40%。目 前单车 6 寸碳化硅衬底需求量为 0.16 片，随着碳化硅应用范围拓展至 OBC、DC/DC 等领域，未来 6 寸碳化硅衬底需求量将升为 0.5 片，预计 2025 年新能源车领域对碳化硅衬底的需求将达到 802 万片。
2）光伏领域：根据 CASA 数据，2021 年碳化硅在光伏逆变器领域的渗 透率为 10%，预期 2022-2025 年分别为 15%/20%/30%/50%。目前 1GW 光 伏逆变器的 IGBT 模块采购额约 2000-2500 万元，碳化硅器件的价格 约为硅基 IGBT 的 3-4 倍，并呈下降趋势，我们预计 2022-2025 年碳 化硅器件的价格分别为硅基器件的 3.5/3//2/1.5 倍，对应价格分别为 7875/6750/4500/3375 万元，碳化硅器件市场规模将分别为 29/38/42/60 亿元。衬底成本的下降将降低衬底价值量占比，我们预计该占比在 2025 年降至 40%。根据以上假设，我们测算 2025 年光伏领域对碳化硅衬底 的需求将达到 42 万片。
海外头部厂商在提高现有 6 英寸产能的同时积极提升 8 英寸产产能。 Wolfspeed 目前碳化硅 6 英寸衬底产能约为 50 万片，Coherent 现有 6 英 寸碳化硅衬底年产能约为 20 万片，同时 Wolfspeed 和 Coherent 均计划 5 年内将产能扩张 5-10 倍。Rohm 现有 6 英寸产能约为 20 万片，预计 2025 年将产能扩展至 30-40 万片。海外厂商在提出大幅提高 6 英寸衬底产能 的同时积极拓展 8 英寸衬底产能，Wolfspeed 于 2023 年 4 月启用了全球 首家 8 英寸碳化硅晶圆厂。
国内厂商仍着力于提升 6 英寸衬底产能，8 英寸产能落地仍需一定时间。 国内厂商现有 6 英寸衬底产能约为 15 万片，天岳先进、东尼电子、露 笑科技等厂商积极开展拓产项目，根据不完全统计，现有国内厂商规划产能投产后总产能将超过 200 万片/年。但目前国内厂商在 8 英寸碳化硅 衬底方面较海外厂商仍存在较大差距，现有产能尚处于实验室阶段。
2025 年全球碳化硅衬底仍有 218 万片的缺口。Wolfspeed、Coherent 和 Rohm 的衬底综合良率分别为 70%/60%/60%左右，并预计在 2023-2025 年内维持该良率水平。目前国内碳化硅厂商的平均综合良率约为 40%， 随着衬底制备技术的逐渐成熟，市场预计 2025 年综合良率可以提升至 50%。根据上述现有产能数据以及未来产能规划，我们预计全球碳化硅 衬底有效产能将从 2022 年的 65 万片提升至 2025 年 405 万片，因此 2025 年将存在 272 万片的产能缺口。
