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。

1.1. 发展历史及主营产品

Wolfspeed 原为 Cree 主营第三代化合物半导体业务的部门。公司技术最初商业化应用于 LED 市场，致力于推动 LED 照明变革。

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。

1.2. 股权结构及管理层

公司股权向机构投资者集中，个人持股比例低，股权较分散。

公司股份的持有者主要为机构投资者，主要包括：资本集团公司、贝莱德有限公司、领航投资集团、ClearBridge Investments、摩根大通、道富集团等。

个人持股数合计不足 1%，其中公司总裁兼首席执行官格雷格·洛持股 0.42%，首席财务官尼尔·雷诺兹持股 0.13%，其余个人持有者主要为公司董事会成员。

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。

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。

1.3. 财务梳理

营收实现六季度连续增长，业务需求旺盛。受益于功率设备解决方案的强劲需求，FY22Q2 公司实现营收 1.73 亿美元，环比增长 11%，同比增长 36%；公司净亏损 1860 万美元，每股摊薄亏损 0.16 美元。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。

公司毛利率波动向好，有望持续改善。

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（Mohawk Valley）投产爬坡、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。

公司资本支出规模较大，现金流相对充裕。

公司正处于产品转型、加速研发和固定设备大量投入的阵痛期，资本开支、运营费用较高。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。体现在产品上，导通损耗低，从而提高效率；简化散热，从而减小体积；简化外围组件，从而降低其他成本。

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。

碳化硅产业链主要由衬底、外延、器件、应用等环节组成。

碳化硅晶片作为半导体衬底材料，根据电阻率不同可分为导电型、半绝缘型。

导电型衬底可用于生长碳化硅外延片，制成耐高温、耐高压的碳化硅二极管、碳化硅 MOSFET 等功率器件，应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域；半绝缘型衬底可用于生长氮化镓外延片，制成耐高温、耐高频的 HEMT 等微波射频器件，主要应用于 5G 通讯、卫星、雷达等领域。

下游需求增长曲线陡峭，全球碳化硅市场规模持续扩大。

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。

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。能源安全、“双碳”、工业自主三大诉求叠加，新能源汽车迎来市场驱动拐点，进入非线性增长新阶段。

据中汽协和乘联会数据，2021 全年新能源汽车累计销售 352.1 万辆，同比增长 158%，渗透率达 14.8%，较 2020 年提升 9 pct。

展望 2022 年，据中科院院士欧阳明高预测，新能源汽车全年销量有望达到 500 万辆，市场渗透率超过 20%。

新能源汽车作为碳化硅的重要应用终端，拉动市场规模快速增长。

碳化硅优越特性加持，伴随价格进一步下降，有望加速渗透新能源车产业链。碳化硅材料耐高频、易散热、高电流密度、低功率损耗，能够解决新能源汽车轻量化、续航里程、高电平要求等需求痛点，目前主要用于主逆变器，搭载碳化硅功率模块，部分用于 OBC 和 DC/DC，搭载单管器件。

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。

自特斯拉 Model 3 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 Model 3 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。随着碳化硅器件持续降本，更多车型有望使用碳化硅。

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%。

2.2. 光伏

全球光伏新增装机容量持续上升，碳化硅应用市场空间广阔。

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%。

根据国际能源署（IEA）数据显示，2020 年全球光伏累计装机容量达到 760.4GW，占全球新增发电装机的三分之一。

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。

碳化硅主要应用于光伏逆变器，可提升转换效率、降低系统成本，有望高速渗透光 伏市场。

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。

数据显示，在光伏逆变器中使用碳化硅功率器件可使转换效率从 96%提升至 99%以上，能量损耗降低 50%以上，大幅提高设备循环寿命，降低生产成本。

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%。

经我们测算，碳化硅在光伏领域应用潜在成长空间较大。

碳化硅在光伏领域中主要应用于组串式光伏逆变器和集中式光伏逆变器。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。

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。

碳化硅在轨道交通已有大量应用案例。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 E131 Series 500 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。

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%。

2.4. 充电桩

我国充电基础设施产业持续高速增长，碳化硅应用前景广阔。

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%。

根据中国充电联盟统计数据，截至 2021 年 12 月，全国充电基础设施保有量达 261.7 万台，联盟内成员单位总计上报公共类充电桩 114.7 万台，同比增长 56.4%，其中直流充电桩 47.0 万台，同比增长 52.1%。

碳化硅主要应用于直流充电桩中，其高功率能够提升充电效率、缩短充电时间，有望实现加速渗透。

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。

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。

根据我们测算，2025 年我国应用于直流充电桩的碳化硅功率器件市场规模将达到 27.1 亿元，2020-2025 年 CAGR 为 72.7%。

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，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。

5G 基站端氮化镓射频器件应用前景广阔，带动碳化硅衬底市场空间突破。

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。

伴随 5G 基础设施建设，中国氮化镓射频器件市场将实现快速发展。根据工信部统计，截至 2021 年上半年，我国移动通信基站总数达 948 万站，其中 5G 基站总数达 96.1 万站，我国已开通 5G 基站数量全球排名第一。

GaN HEMT 是 5G 基站射频功放主流技术，碳化硅衬底作为主流解决方案，市场空间将持续突破。

综合工信部数据，根据我们测算，到 2023 年，中国 5G 射频领域碳化硅衬底市场规模将达到 20.9 亿元，2020-2023 年 CAGR 达 17.4%。

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。

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。

对于碳化硅功率器件 IDM 厂商而言，从工业设计、应用等环节转化为收入增长的周期非常之长，汽车行业一般需要 4-5 年。

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。

碳化硅单晶生长周期长、控制难度大，易产生晶体缺陷。

碳化硅常见缺陷包括微管、晶型夹杂、包裹物、位错、层错等，且缺陷之间存在相互影响和演变。因此，控制晶体生长的环境参数从而有效控制晶体缺陷是核心技术难点。

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。

碳化硅国产供应链不断优化，向国际靠拢。

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、士兰微等厂商则专注于器件制造。

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。

3.2. 供应链产能梳理

3.2.1. 衬底环节

海外龙头寡头垄断，国内企业奋起追赶。

碳化硅衬底龙头 Wolfspeed 在 1991 年便 打造了第一片碳化硅衬底，1993 年实现 30mm 衬底商用化，2015 年推出 8 英寸碳化硅 衬底。

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。

截至 2021 年，国外已实现 6 英寸碳化硅衬底产品商用化，主流厂商陆续研发出 8 英寸衬底样品。

国内碳化硅商业化衬底仍以 4 英寸为主，并向 6 英寸过渡。技术难度升级，技术壁垒加固，国内厂商迎难而上。天科合达 2020 年实现 6 英寸衬底规模化量产，同时着力研发 8 英寸衬底。

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。

国内企业有望突破壁垒、实现同步发展。

海外衬底厂商布局大规模扩产，力求 2025 年前释放产能。

Wolfspeed、罗姆、II-VI 等巨头都有 5 倍以上的产能扩建规划。

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。II-VI 则在 2020 年提出计 划，5 年内产能将扩大 5-10 倍，2024 年将量产 8 英寸衬底。

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。

未来两年 Wolfspeed 将逐步扩张产能至约合 10 万片/月（等效 6 英寸）。

国内厂商规划投资规模较大，而投资落地情况不足预期，有效产能不足。

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。其主要原因归纳如下：

1）部分项目建设周期长、进度慢；

2）项目资金需求量大、协调要求高，最终并未实质落地；

3）部分项目的规划脱离实际，导致后续执行难以落实。

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。

面对广阔的发展前景，国内各大器件产商积极扩产。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。

总投资 160 亿元的湖南三安半导体基地一期项目正式于 2021 年 6 月份投产，将打造国内首条、全球第三条碳化硅垂直整合产业链，计划月产三万片 6 寸碳化硅晶圆。

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。

比亚迪半导体、南京百识电子等企业也在建设产线。

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 Wolfspeed 2019 财年营收同比增速为 65.8%，2020 财年营收则同比下降 18%。

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 Wolfspeed 2021 财年的 31.3%，但应该正视公司毛利率背后产品的差异。

Wolfspeed 正处于晶圆厂成本过渡时期，伴随 200mm 产能爬坡，据公司远期指引，毛利率将攀升至 50%。

目前国产厂商仍以 4 英寸为主，逐步向 6 英寸过渡，若要保持长期竞争优势，国产厂商仍需不懈追赶。

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。

海内外龙头产能差距较大，仍需较长时间追赶。

根据天岳先进招股书，公司在 2021 年 1-6 月碳化硅衬底产能 2.8 万片；天岳先进目前在上海临港新建工厂，预计 2022 年试 生产，2026 年达产 30 万片。

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）。

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。

2021 年双方签订了全年上万片的采购框架协议。

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。

天科合达客户集中度相对分散。

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%。

类似地，天科合达 2020 年 1-3 月主要客户为客户 B、客户 D（合计占营业收入的 21%），三安集成、客户 A 以及广西梧州星亿系公司，此外没有单一客户占营业收入超过 10%。

海内外龙头研发经费相差数十倍，国内产业拓展任重而道远。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。

2020 年 6 月与宇通集团签订战略合作协议，2021 年 10 月与通用汽车签订战略合作协议。

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。

碳化硅供需趋紧，2021 年，仅特斯拉一家需求便可消化近 50 万片 6 寸衬底产能，国产缺货带来导入机会。

国产碳化硅厂商积极扩产、投研发，随着技术发展不断成熟，验证进展推进，未来有望实现放量。

竞争要素：优先导入供应链，上车验证。

碳化硅器件十分重视工艺，需要不断循环迭代验证，优先导入供应链对于获取份额具有重要意义。

4.2. 关键问题探讨

4.2.1. 降成本路径

市场关注降本速度，衬底降本先行。

碳化硅的成本直接决定了渗透率，影响市场规模，因此需要密切关注产业降本节奏。

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%。衬底降本快于器件，衬底发展类似于 LED 行业。

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。

长晶效率提升为最重要降本因子。

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。

4.2.2. 远期盈利能力

良率提升较慢，国产厂商短期盈利能力有待提升。碳化硅全产业链生产环节较长，衬底制作环节就包括晶体生长和切磨抛等，整体来看技术难度较大，工艺进展缓慢，目前国产厂商大多处于实验室阶段，尚不具备大批量供货能力。

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。

单炉出片量与整体良率为盈利核心影响因素。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。

通过山东天岳和天科合达公开数据进行测算，我们认为良率达 30%、单炉年产量 1000 片 4 寸片时，可以达到盈亏平衡。

如果维持单炉年产量 1000 片 4 寸片，良率提升到 50%以上，有望实现 30%以上的利润率。

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。

砷化镓产业链主要环节有衬底外延生产、IC 设计、晶圆制造/代工、IC 封装测试，下游应用包括手机射频、LED、激光、光伏等。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%。晶圆制造环节，稳懋独占全球 71%的市场份额，一家独大。

器件市场中，美国 Skyworks 占据 32%的市场份额，其他厂商竞争较为充分。

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。

就硅片而言，2015-2020年全球前五大硅片制造商合计市占率分别为 98%，91%、94%、93%、92%、87%，CR5 在 6 年时间整体下降 11pct。

碳化硅产业中国产份额较低，2020年国内龙头天科合达全球份额仅 4%，未来国产份额提升空间或大于硅片。

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。

国产有望长出大公司。

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。

行业发展后期有望发生并购潮。

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 Silicon United Manufacturing Corp.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。

中国台湾环球晶圆 2012 年收购 CoorsTek，2016 年收购 Topsil 和 SunEdison，2020 年收购德国世创后市场份额跃居全球第二。

韩国 SK Siltron 于 2017 年、2019 年先后收购 LG Siltron 和杜邦碳化硅晶圆事业部。

4.2.4. 国产市值空间

国产厂商暂时营收体量较小，市值反映乐观预期。

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。碳化硅领域，国产公司相对业务占全公司营收比例不高，因此估值倍数有一定失真。

复盘 Wolfspeed 股价：行业需求持续向好叠加业绩超预期，驱动股价创新高。

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。

Wolfspeed 于 2021 年 10 月底发布 22Q1 财报，超出市场预期，叠加市场对于电动车下游需求的乐观态度，股价出现大幅上涨。

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。

5. 风险提示

1）碳化硅降成本速度不及预期，导致渗透率提升缓慢；

2）国产厂商车规级验证进展缓慢，导致营收增长不及预期；

3）国产厂商良品率提升缓慢，导致毛利率处于低位。

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