CASA第三代半导体产业发展报告.pdf

I 目 录 前前 言言.II 一、国际第三代半导体产业进展、国际第三代半导体产业进展.1（一）各经济体以前所未有的力度扶持半导体产业.1（二）技术和产品商业化加速.3（三）龙头企业不断完善全产业链布局.11（四）市场规模持续增长.14 二、中国第三代半导体产业进展、中国第三代半导体产业进展.21（一）各级政策联动，扶持力度不断增强.21（二）研发实力提升，与先进水平差距缩小.28（三）政策市场双轮驱动，产业规模保持高速增长.38（四）市场加速渗透，新应用逐步开启.52 三、总结与展望、总结与展望.64 II 前前 言言 当前，国际上第三代半导体材料、器件已实现了从研发到规模性量产的成功跨越，并进入产业化快速发展阶段，在新能源汽车、高速轨道交通、5G 通信、光伏并网、消费类电子等多个重点领域实现了应用突破。未来 5 年将是第三代半导体产业发展的关键期，全球资本加速进入第三代半导体材料、器件领域，产能大幅度提升，企业并购频发，正处于产业爆发前的“抢跑”阶段。第三代半导体是我国“十三五”时期重点布局的方向，产业化核心技术取得突破、产业布局较为全面、市场应用逐步开启，自主可控能力逐渐增强，整体竞争力不断提升。2020 年，我国第三代半导体产业面临复杂的外部环境。全球新冠疫情持续蔓延，世界经济严重衰退，国际贸易投资萎缩，中国经济面临的不稳定、不确定因素显著增多；逆全球化思潮泛滥、贸易战频发，中美、日韩等贸易战给全球半导体和电子制造商带来了供应链安全风险；国际第三代半导体龙头企业显现领先优势，逐步建立行业壁垒，或对国内产业造成一定冲击。与此同时，多因素促成我国第三代半导体产业逆势上涨。提振信心的 5G、AI、物联网、大数据等市场提速，新能源汽车、PD 快充、5G 和新型显示时代的来临，应用市场对第三代半导体的需求已经开始呈现出前所未有的增长趋势。下游企业从供应链安全角度考虑，导入国产器件，国内产品获得了试用、改进的机会；政策支持力度更大、资本市场更活跃，推动第三代半导体产业链布局加快；新基建、“碳达峰、碳中和”的政策与规划密集推出，第 III 三代半导体材料和器件应用于清洁能源领域如光伏、风电等，以及提升能源使用效率领域如直流特高压输电、新能源汽车、轨道交通等，将对实现“碳达峰、碳中和”起到至关重要的作用。在此背景下，我国第三代半导体产业持续稳定发展。技术方面技术方面，研发能力逐步提升，量产技术逐渐成熟。国际 SiC 商业化衬底以 6 英寸为主，逐步向 8 英寸过渡；国内 SiC 商业化衬底以 4 英寸为主，逐步向 6 英寸过渡；国内外 SiC 基 GaN 外延片主流尺寸为 4 英寸，并逐步向 6 英寸发展；Si 基 GaN 外延片主流尺寸为 6 英寸，并逐步向8 英寸发展。SiC MOSFET 产品相继推出，车规级成为关注焦点，多家企业推出符合 AEC-Q101 标准的 SiC、GaN 量产产品。GaN 电力电子器件实现 650V 产品量产能力，主要应用于 PD 快充。商业化 GaN射频器件供应上量，下游应用市场快速开启。黄光 LED 芯片发光效率达到 27.9%，世界领先；UVA 波段紫外 LED 已有成熟的商业化产品并能满足应用的需求，外量子效率已超过 40%；UVC 波段深紫外LED 产品的外量子效率约 5%。Mini/Micro-LED 技术取得了较快速的进展，Mini-LED背光产品密集发布，规模商业化应用已经开启；Micro-LED 巨量转移效率不断提升，多家厂商展出样机。产业方面产业方面，国际主要企业大力完善产业布局，通过调整业务领域、整合并购等方式，树立市场优势地位；国内企业强化布局，第三代半导体产业进入扩张期；产线陆续开通，大尺寸晶圆渐成主流；产能进一步增长，供给仍然不足。市场方面市场方面，SiC 功率器件价格持续下降，与 Si 器件价差进一步缩小；新能源汽车成为市场的主要拉动力，上下游合作趋势日益明显，IV 第三代半导体产品加速进入汽车供应链；5G 基站开始大规模建设，整体市场超千亿；快充市场爆发，对第三代半导体的需求呈现了前所未有的增长趋势；Mini/Micro-LED 以及紫外 LED 市场市场前景较为明确，产业化应用逐步开启。资本方面资本方面，整合并购频发，资本加速进入，国内投资金额超过 700 亿元。我国第三代半导体产业已经开始由“导入期”向“成长期”过渡，自主可控能力不断增强，整体竞争实力不断提升。随着技术的逐步提升，产品体系日益完善，第三代半导体在能源互联网、5G 基站建设、新能源汽车及充电桩、大数据中心、消费类电子、特高压人工智能、城际高速铁路和城市轨道交通、特高压等新应用市场不断“开疆拓土”。1 一、国际第三代半导体产业进展一、国际第三代半导体产业进展（一）各经济体以前所未有的力度扶持半导体产业（一）各经济体以前所未有的力度扶持半导体产业随着全球贸易摩擦持续和以美国为主导的逆全球化浪潮加剧，半导体作为信息产业的基石，近两年来一直是各国贸易战的焦点。进入2020 年，随着全球新冠疫情的爆发，美国技术封锁和贸易禁令的升级、日韩半导体产业之争的持续，欧洲、韩国半导体产业受到了直接的冲击，而与此同时，美国、日本也未能独善其身，从而意识到没有国家能在半导体技术和产业领域保持完全的自主可控。由此，2020 年发达国家均不约而同将半导体技术和产业上升到国家安全战略层面，考虑以国家级力量进行技术研发、产业链发展、原材料、生产制造等多维度、全方位的部署抢占制高点。据不完全统计，2002 年-2019 年，美国共计出台了 23 项第三代半导体相关的规划政策，总投入经费超过 22 亿美元。2020 年全年，虽然美国并未正式出台相关政策，但对外持续阻断华为、中兴等企业的供应链，通过贸易禁令逼迫欧洲第三代半导体企业停止向中国供货，对内不断提升半导体和微电子领域的优先级，并提案以空前力度进行技术研发和产业化扶持，本年度相关提案涉及的经费超过 480 亿美元。美国参议院议员提出的为芯片生产创造有益的激励措施法案旨在资助美国政府机构运行的芯片制造项目，涉及经费超 230 亿美元，具体措施包含对产业化项目的资助、对研发的资金支持等。2020美国晶圆代工法案（AFA，The American Foundries Act Of 2020）提出了五项振兴美国本土芯片产业的措施，涉及经费 250 亿美元。美国2 半导体行业协会（SIA）和半导体研究公司（SRC）联合发布半导体十年计划 报告，呼吁美国政府在未来十年内增加两倍的联邦拨款（即每年增加 34 亿美元）用于半导体研究。图表图表 1 美国美国 2020 年设立的部分第三代半导体相关研发项目年设立的部分第三代半导体相关研发项目 出资方出资方 承担单位承担单位 项目金额项目金额 研发内容研发内容 美国能源部 纽约州立大学 62.5 万美元 研究降低用于高性能应用（例如汽车，工业，航空）的 SiC 功率器件功率器件的制造成本。美国能源部 DELTA 公司 700 万美元 研发极速 EV 充电器充电器的固态变压器 美国国防部 Qorvo 公司 7500 万美元 建造先进异质集成封装（SHIP）射频制造和原型设计中心，以满足下一代相控阵雷达系统、无人车、电子战平台和卫星通信的尺寸、重量、功率和成本要求。数据来源：数据来源：CASA Research整理整理 2020 年，欧盟 24 个国家中有 17 个国家联合发布了欧洲处理器和半导体科技计划联合声明，宣布了未来 2-3 年内对半导体领域的投入将达到 1450 亿欧元。英国“脱欧”后也积极布局半导体技术和产业发展。英国国防部发布了2020 年科技战略报告，提出为了避免落后于竞争对手，英国必须通过发展科学技术，抓住机遇，先发制人，从根本上提高对当前和未来技术的认识，集中精力应对国防领域面临的重大且持久的挑战。随后英国学术界和工业界共同发布了低损耗电子材料路线图，为英国 SiC、GaN 等宽禁带半导体材料以及Ga2O3、金刚石、AlN 等超宽禁带半导体材料的发展路径指明了方向。图表图表 2 欧盟和英国欧盟和英国 2020 年设立的部分第三代半导体相关研发项目年设立的部分第三代半导体相关研发项目 出资方出资方 承担单位承担单位 项目金额项目金额 研发内容研发内容 欧盟 GaNext项目 英国 Cambridge GaN Devices（CGD）公司牵头，13 个欧洲相关企业和研究机构参与 1030 万欧元 研发带有集成传感器和控制器的全球最紧凑、最具能效的 650V GaN 功率模块。3 英国南威尔士州 2544 万英镑 CSconnected 项目启动了化合物半导体产业集群建设重大项目，使英国能够在 5G 通信、电动汽车、医疗设备等关键领域保持全球影响力。德国研究部 4500 万欧元 补充经济部现有的芯片生产供资计划，并扩大微电子研究计划。数据来源：数据来源：CASA Research整理整理 日韩半导体产业之争刺激了韩国政府大力培育本土产业链。韩国于 2020 年 6 月，抛出万亿韩元半导体振兴计划，从 2020 年到 2029年在系统级芯片（SoC）领域投资总计 1 万亿韩元（约 59 亿元人民币）。日本大力巩固第三代半导体领域技术优势，日本经产省准备资助日企和大学围绕 GaN 材料部署研发项目，预计 2021 年将拨款 2030万美元，未来 5 年斥资 8560 万美元。（二）技术和产品商业化加速（二）技术和产品商业化加速 1.SiC 技术和产品进展技术和产品进展（1）衬底及外延 SiC 衬底方面，衬底方面，国际上 6 英寸 SiC 衬底产品实现商用化，主流几大厂家均推出 8 英寸衬底样品，微管密度达到 0.6cm-2，预计 5 年内 8英寸将全面商用。目前国外从事 SiC 单晶生长研究的企业主要包括美国的 Cree|Wolfspeed，Dowcorning、II-VI；德国的 SiCrystal（被日本ROHM收购）；瑞典的Okmetic；日本的Showa Denko。Cree|Wolfspeed、II-VI 等国际龙头企业已开始投资建设 8 英寸 SiC 晶片生产线，Cree|Wolfspeed 预计将在 2022 年上半年开始量化生产。SiC 外延方面，外延方面，6英寸产品实现商用化，已经研制出 8 英寸产品，可满足中低压、高压、超高压功率器件制备要求。4 图表图表 3 国外国外 SiC 衬底技术进展衬底技术进展 199020302000201020200501001502004英寸厚度英寸厚度:350m电阻率电阻率:0.025cm微管密度微管密度:0.5/cm26英寸厚度英寸厚度:350m/500m电阻率电阻率:0.02/1.1E11cm微管密度微管密度:0.1/cm28英寸厚度英寸厚度:350m/500m电阻率电阻率:0.02/1.1E11cm微管密度微管密度:0.1/cm2晶圆尺寸（mm）晶圆尺寸（mm）国际国际数据来源：数据来源：CASA Research整理整理（2）电力电子器件及模块）电力电子器件及模块SiC 电力电子器件方面，电力电子器件方面，6 英寸产线工艺成熟，Cree|Wolfspeed、II-VI 正在投资建设 8 英寸生产线。SiC 二极管量产产品的击穿电压主要分布在 600V-3300V，电流覆盖 2A-100A；SiC 晶体管量产产品的击穿电压主要分布在 650V-1700V，导通电流超过 100A。SiC 二极管方面，二极管方面，2020 年，国际上有超过 20 家公司量产 SiC 二极管系列产品，击穿电压主要分布在 600V-3300V，单芯片导通电流最高达 109A（Littelfuse，1200V/109A）。Mouser 数据显示，2020 年共有约 800 款 SiC SBD 产品在售，较 2019 年新增 122 款，中高压商业化产品逐年增多。其中，80%以上的产品耐压范围集中在 650V 和1200V；1700V 的 SiC SBD 产品达到 21 款，与 2019 年相比新增 6 款，3300V SiC SBD 产品约 3 款（GeneSiC，3300V/5A）。5 图表图表 4 国际上已经商业化的国际上已经商业化的 SiC SBD 的器件性能的器件性能 数据来源：数据来源：Mouser，CASA Research SiC 晶体管方面晶体管方面，2020 年，国际上共有 10 余家公司推出 211 款SiC MOSFET 系列产品，较 2019 年新增 70 款，击穿电压基本集中在650V 和 1200V。商 业 化 产 品 单 芯 片 导 通 电 流 最 高 达 140A（Microchip/Microsemi，700V/19m），较 2019 年（120A）有所提升；最高击穿电压达到 6500V（GeneSiC）。图表图表 5 2020 年国际企业新推出的年国际企业新推出的 SiC MOSFET 产品产品 序号序号 厂商厂商 参数参数 特点特点 1 ROHM 1200V 第四代产品；双沟槽结构；与上一代产品相比，开关损耗降低了约 50%，单位面积的导通电阻降低了约 40%。2 Cree|Wolfspeed 650V/15m 650V/15m 第三代产品；与同类 SiC MOSFET 相比，其开关损耗降低了 20，并提供了最低的导通态电阻。3 Infineon 1700V SMD 封装；最高输入电压为 1000V DC。4 UnitedSiC 750V/18m 750V/60m 第四代产品；市面上首款 750V SiC MOSFET 产品。5 GeneSiC 6.5kV 量产 6.5kV SiC MOSFET；最高电压等级产品；采用 SiC双注入 MOSFET 器件结构。数据来源：数据来源：CASA Research整理整理 国际企业纷纷密集推出新一代的 SiC MOSFET。Cree|Wolfspeed推出第三代 SiC MOSFET 新产品，击穿电压 650V，导通电阻降低到 6 15m，开关损耗降低了20；ROHM推出1200V第4代SiC MOSFET产品，与上一代产品相比导通电阻由 25m 降低到 15m；UnitedSiC推出市面上首款750V SiC MOSFET产品。而Cree|Wolfspeed、ROHM、Infineon 等均已推出车规级 SiC MOSFET 产品，与国内产品相比，其元胞尺寸更小、比导通电阻更低、阈值电压更高。图表图表 6 国际已经商业国际已经商业化的化的 SiC 晶体管器件性能晶体管器件性能 数据来源：数据来源：Mouser，CASA Research SiC 功率模块方面，功率模块方面，当前产品最高电压等级为 3300V，最大电流700A，最高工作温度为 175，功率范围为 10kW-350kW，代表企业有 Cree|Wolfspeed、Infineon、ROHM、安森美、三菱电机、富士电机、日立、Semikron 等。在研发领域，SiC 功率模块最大电流容量达到 1200A，最高工作温度达到 250，通过采用芯片双面焊接、新型互联和紧凑型封装等技术来提高模块性能。7 图表图表 7 2020 年国际企业年国际企业新推出的新推出的 SiC 功率模块产品功率模块产品 序号序号 企业企业 参数参数 特点特点 1 安森美 1200V 该模块集成了一个 1200V，40m 的碳化硅 MOSFET和 1200V，40A 的碳化硅双升压二极管。用于太阳能逆变器应用，解决了太阳能逆变器在高功率水平下对更高系统效率的需求。2 Infineon 1200V 6m/250A 3m/357A 2m/500A 采用成熟的 62mm 器件半桥拓扑设计，以及沟槽栅芯片技术，达到 250kW 中等功率以上应用，超过硅 IGBT技术在 62mm 封装的功率密度极限。3 CISSOID 1200V/450A 提供了一种一体化解决方案，即整合了内置栅极驱动器的三相水冷式碳化硅 MOSFET 模块。相比最先进的 IGBT 功率模块，其将损耗降低了至少三倍。4 三菱电机 第二代产品；JFET 掺杂技术；与第一代相比导通电阻降低了约 15%5 日本电装 量产搭载了高品质 SiC(碳化硅)功率半导体的新一代升压用功率模块。数据来源：数据来源：CASA Research整理整理 2.GaN 技术和产品进展技术和产品进展（1）衬底及外延）衬底及外延GaN 单晶衬底方面，单晶衬底方面，美、日、欧均已量产 2 英寸 GaN 单晶的制备，位错密度到 106cm-2，日本成功研制了 4 英寸 GaN 衬底，并突破了 6 英寸关键技术，代表企业有住友电工、三菱化学、古河机械等。GaN 异质外延方面，各技术路线均有较大进展，关键驱动因素异质外延方面，各技术路线均有较大进展，关键驱动因素是技术稳定性和成本是技术稳定性和成本。GaN 电力电子应用方面，电力电子应用方面，Si 基 GaN 外延片主流尺寸为 6 英寸，代表企业有 IQE、EpiGaN 等；蓝宝石基 GaN 外延片尺寸为 4 英寸，代表企业有 Power Intergrations；GaN 基 GaN 外延片主流尺寸 2 英寸，NexGen Power Systems 和 Odyssey Semiconductor已经推出了商业化外延产品以及沟槽型电力电子器件。GaN 射频应射频应用方面，用方面，SiC 基 GaN 外延片 4 英寸和 6 英寸并存，6 英寸代表企业有8 Cree|Wolfspeed、Qorvo、NXP，4 英寸代表企业有住友电工；Si 基GaN 射频应用属于非主流路线，但其成本优势在未来有较大竞争力，外延尺寸 4 英寸和 6 英寸并存，代表企业有 OMMIC（被四川益丰收购）和 MACOM。GaN 光电子应用方面光电子应用方面，LED 照明以及 UVA 紫外LED用蓝宝石基GaN外延片主流尺寸为4 英寸，UVB/UVC紫外LED用蓝宝石基 GaN 外延片主流尺寸为 2 英寸；Mini/Micro-LED 市场主推 Si 基 GaN 技术，实现 8 英寸外延产品的产业化；蓝/绿光激光器GaN 基 GaN 外延片主流尺寸 2 英寸，代表企业有日本 Nichia、德国Osram 等。（2）电力电子器件及模块）电力电子器件及模块GaN 电力电子器件方面，已经形成批量的 GaN 电力电子产品供货能力。国际上 6 英寸工艺产线成熟，Infineon 正在投资建设 8 英寸生产线。面向消费类应用的低压器件（300V 以下）、中压器件（600-900V）均具有量产能力，但高压器件仍然较少。2020 年，国际上有超过年，国际上有超过 10 家公司量产家公司量产 GaN 电力电子产品电力电子产品。击穿电压主要集中在 300V 以下和 650V，导通电流最高 90A（EPC，40V/80V；GaN System，100V）。Mouser 数据显示，2020 年共有约150 款 GaN HEMT 系列产品在售，较 2019 年新增 30 款左右。EPC推出的产品最多（61 款），Transphorm 的产品最高耐压值达到900V，GaN Systems 的产品耐压集中在 100V 和 650V。安世在推出了 650V 工业级的 GaN 产品后，也将 GaN 芯片引入散热更好、寄生电感更低的新型封装，打造完全符合车规要求的产品。9 图表图表 8 国际上已经商业化的国际上已经商业化的 GaN 电力电子器件性能电力电子器件性能 数据来源：数据来源：Mouser，CASA Research（3）射频器件）射频器件/模块模块 GaN 射频器件射频器件/模块方面，产品线持续扩充完善，各类技术并行模块方面，产品线持续扩充完善，各类技术并行发展。发展。据 Mouser 和 Dikey 数据显示，截至 2020 年底，在售 GaN 射频器件和功率放大器共计 519 款，较 2019 年增加 70 款。GaN 射频器件最高工作频率 18GHz（Cree|Wolfspeed），输出功率最高达到 1862W（Qorvo，1.0-1.1GHz）；GaN 功率放大器最大功率达到 800W，最大工作频率为 38GHz。SiC 基基 GaN 器件是射频市场主流产品和技术解决方案。器件是射频市场主流产品和技术解决方案。国际主流尺寸 4-6 英寸，4 英寸产线代表企业为日本住友（Sumitomo）和台湾稳懋，在 6GHz 以内各频段都有标准产品，输出功率 40W-400W。10 6 英寸产线主要集中在美国，代表企业 Cree|Wolfspeed、Qorvo 和NXP，在 0.5GHz-6GHz 工作频段内输出功率为 10W-1400W。Si 基基GaN 射频器件射频器件并非主流方案，但考虑其成本优势，也有不少企业在布局，产线主要为 4 英寸/6 英寸。国际代表企业为美国 Macom 公司，有 4、6、8 英寸 Si 基射频 GaN 器件工艺，其 0.5m 工艺提供 6GHz及以下频率分立器件与放大器模块，5W 6GHz 的分立器件效率50%（5.8GHz）。图表图表 9 国际上商业化的国际上商业化的 GaN 射频产品性能射频产品性能 数据来源：数据来源：Mouser，CASA Research 图表图表 10 2020 年国际企业推出的年国际企业推出的 GaN 射频产品射频产品 序号序号 厂商厂商 产品产品 参数参数 特点特点 1 三菱电机 PA 工作频率 3.4-3.8GHz，功率效率超过 43%5G应用。实现了紧凑型（6mm x 10mm）的组合。2 Qorvo PA 工作频率 2.9-3.5 GHz；功率国防和商用雷达应用。表面贴装封装 11 150W；功率附加效率（PAE）58%工 艺，进 一 步 减 小 芯 片 尺 寸7x7x0.85mm。该产品已向客户提供。3 MACOM PA MAPC-A1000：工 作 频 率30MHz-2.7GHz；MAPC-A1100：工作频率 3.5GHz 这两种新通用放大器产品适用于航空电子，大功率移动无线电，无线系统和测试仪器。4 Empower PA 最高功率 10kW，占空比 6%主要用于国防雷达和干扰系统。数据来源：数据来源：CASA Research整理整理（4）光电器件）光电器件 国际国际 Mini/Micro-LED 技术取得了较快速的进展。技术取得了较快速的进展。巨量转移效率不断提升，产品持续创新，市场发展迅速，使2020年成为了Mini/Micro LED 元年。ALLOS 开发出 200mm 及 300mm 的 GaN-on-Si Micro-LED晶圆、X-Display 与 Daktronics 合作，加速巨量转移及显示应用技术开发、Plessey 与 Facebook 合作打造 Micro-LED AR/VR 显示应用，联手 Compound Photonics 开发 0.26 英寸 Micro-LED 显示器、索尼推出219吋4K Micro-LED显示器、首尔半导体推出40m RGB LED封装、三星推出多款 Micro-LED 显示器、我国台湾地区錼创携手友达开发9.4 吋 30m 的 Micro LED 柔性显示器。但当前 Micro-LED 距离实现产业化，仍需解决高度一致性的外延技术、微米级的芯片制造工艺、超高效的巨量转移技术、全彩实现技术、TFT、驱动及背板设计、高效的坏点检测修复技术等难点。（三）龙头企业不断完善全产业链布局（三）龙头企业不断完善全产业链布局 全球第三代半导体仍然由美日欧企业主导。全球第三代半导体仍然由美日欧企业主导。据 Yole 数据显示，Cree|Wolfspeed、ROHM、Infineon、Mitsubishi 和 ST 五家企业合计占有SiC 功率半导体80%的市场份额，EPC、Transphorm、GaN system、Infineon 四家企业合计占有 GaN 功率半导体 90%的市场份额，住友 12 电工、Cree|Wolfspeed 和 Qorvo 三家企业合计占有 GaN 射频 85%的市场份额。国际龙头企业大力完善产业布局，强化竞争优势。国际龙头企业大力完善产业布局，强化竞争优势。第一，国际企业上下游延伸趋势日益明显，全产业链布局进一步提升竞争优势。Cree|Wolfspeed 收购 Infineon 射频（RF）功率业务，强化了其在 RF GaN on-SiC 技术领域的领导地位，出售 LED 照明业务，专注第三代半导体；ROHM 收购 SiCrystal，上游延伸至 SiC 衬底；II-VI 收购Ascatron AB 和 INNOViON Corporation 建立 SiC 垂直集成平台，同时计划建立射频 GaN-on-SiC 技术平台；ST 收购 Norstel，上游延伸至SiC 衬底。第二，国际企业已经完成大规模扩产，2020 年-2022 年产能将逐步释放。Cree|Wolfspeed 在 2024 年前产能扩充 30 倍；ROHM在 2024 年前产能扩充 16 倍；II-VI 计划产能扩充 5-10 倍；住友电工2020 年产能较 2017 年扩大 10 倍。Cree|Wolfspeed、Infineon、ROHM、ST、X-Fab 等大厂均已实现 6 英寸产线量产，预计 2022 年升级到 8英寸产线。图表图表 11 国际主要企业布局情况国际主要企业布局情况 企业企业 布局情况布局情况 Cree|Wolfspeed 1.出售 LED 照明业务，专注 SiC 电力电子和 GaN 射频；2.收购了 Infineon 射频（RF）功率业务，巩固射频市场优势地位；3.北卡罗来纳州总部建设超级材料工厂（8 英寸 SiC 衬底），在纽约州建设 8 英寸SiC 电力电子和 GaN 射频产线；4.2024 年前，共投资 10 亿美元，产能扩充 30 倍。ROHM 1.2009 年收购 SiCrystal，上游延伸至 SiC 衬底；2.2018 年筑后工厂新建 6 英寸 SiC 晶圆产线，2020 年投产，产能约 15 万片/年；3.2024 财年前进行约 600 亿日元投资，产能扩充 16 倍。2025 年在 SiC 功率半导体市场能获得 30%左右的市场份额。II-VI 1.2018 年，SiC 外延产能扩充为原来 4 倍；2.2020 年，计划将 6 英寸 SiC 衬底产能扩大 5-10 倍；3.2020 年，计划建立 6 英寸 SiC 垂直集成平台：与通用电气合作，获得 SiC 器件13 和模块制造技术；收购 Ascatron AB 和 INNOViON Corporation；4.建立射频 GaN-on-SiC 技术平台。ST 1.2019 年收购 Norstel，上游延伸至 SiC 衬底；2.意大利卡塔尼亚工厂布局 6 英寸 SiC 晶圆产线，同时新建 8 英寸 SiC 晶圆产线；3.新加坡工厂进行设备升级改造，建设 8 英寸 SiC 晶圆产线；4.收购法国 SOMOS，推进 GaN-on-Si 射频产线。Infineon 1.在建 8 英寸 GaN-on-Si 生产线；2.拥有 15 年 SiC 生产和研发经验；6 英寸 SiC 晶圆量产线，积累 8 英寸晶圆量产技术；3.投资 3500 万欧元做碳化硅的技术研发；三菱电机 1.SiC 晶圆产线从 4 英寸过渡到 6 英寸，并完成了第二代生产线部署；2.日本广岛的功率半导体晶圆厂将于 2021 年正式启用；3.在变频家电和轨道牵引领域市场占有率较高。X-Fab1.拉伯克工厂 SiC 芯片制造产能翻了一番，达到 26000 片/月；2.上游延伸，增加外延服务能力。住友 1.在山梨事业所扩大 4 英寸 GaN-on-Sic 产线，2020 年产能较 2017 年扩大 10 倍；2.华为 GaN 射频器件/模块主要供应商。NXP 美国亚利桑那州钱德勒（Chandler）的 6 英寸射频氮化镓（GaN）晶圆厂投产。SK Siltron 收购杜邦(DuPont)碳化硅晶圆(SiC)事业部。数据来源：数据来源：CASA Research整理整理 国际企业上下游深化战略合作扩大自身优势，抢占市场份额。国际企业上下游深化战略合作扩大自身优势，抢占市场份额。主要表现为：Cree|Wolfspeed、ROHM、II-VI 等上游材料厂商产能呈大幅增长；中游 Cree|Wolfspeed、ROHM、Infineon、ST 等不断推出新的产品，并与上游企业合作，锁定货源，确保供应链稳定，提高市场竞争力；而下游方面，终端应用企业与中游器件企业合作趋势明显，以汽车集团牵头的车用半导体推进迅猛，第三代半导体正式进入汽车供应链。例如，Cree|Wolfspeed 分别与 Infineon、ST、Onsemi 等中游企业签订长期供货协议，保证 SiC 衬底供给；特斯拉在其 model3 电机控制器的逆变器中采用了 ST 的 SiC 功率器件；德国大陆集团子公司 Vitesco Technologies 将为现代汽车提供 800V 碳化硅逆变器；Cree Wolfspeed 和 Infineon 分别与大众汽车合作，成为其 FAST 项目 SiC合作伙伴。14 图表图表 12 国外企业产业链合作情况国外企业产业链合作情况 企业企业 产业合作情况产业合作情况 Cree|Wolfspeed 1.与大众汽车合作，成为 FAST 项目 SiC 独家合作伙伴；2.与德尔福合作，开展汽车 SiC 器件研究；3.与 ABB 合作，推动 SiC 器件进入电力、机车牵引、新能源汽车领域；4.与宇通合作，推动 SiC 在大巴车的应用。ROHM 1.与联合汽车电子合作，进入中国新能源汽车供应链；并与联合汽车电子共同成立“SiC 技术联合实验室”；2.与大陆集团旗下 Vitesco 合作，共同开发 SiC 在电动汽车中的应用技术；3.与臻驱科技合作建立“SiC 技术联合实验室”，开发 SiC 车载应用。II-VI 1.2020 年，计划建立 6 英寸 SiC 垂直集成平台：与通用电气合作，获得 SiC 器件和模块制造技术；2.收购 Ascatron AB 和 INNOViON Corporation。ST 1.与 Cree|Wolfspeed 签订 5 亿美元合同，与 SiCrystal 签订 1.2 亿美元合同；2.与德国 Innolectric 公司合作，推出 22kW SiC 车载充电器；3.与汇川技术合作，推动 SiC 在 DC-DC 转换器和中高压系统的应用；4.为雷诺（Renault）、日产汽车、三菱汽车联盟（Alliance）旗下的电动汽车搭载的 OBC 提供 SiC 器件，2021 年批量生产。Infineon 1.与 Cree|Wolfspeed 签订 1 亿美元合同，锁定 6 英寸 SiC 晶圆；与 GTAT 签订5 年期 SiC 晶棒供应协议；2.收购赛普拉斯，成为全球第一大车用半导体供应商；3.与大众汽车集团合作，成为 FAST 项目合作伙伴。数据来源：数据来源：CASA Research整理整理（四）市场规模持续增长（四）市场规模持续增长 1.电力电子市场近电力电子市场近 9 亿美元，价差进一步缩小亿美元，价差进一步缩小 2020 年，尽管新冠疫情对全球产业造成冲击，但半导体市场实现了强劲的增长。据美国半导体行业协会数据显示，全球半导体 2020年市场规模达到 4400 亿美元，同比增长 6.8%。新冠疫情居家办公推动了对手机、计算机、云基础设施的需求，拉动半导体市场增长。但同时，新冠疫情给汽车半导体带来消极影响，汽车半导体产能不足叠加汽车电动化对半导体需求增加的双重影响，造成全球汽车半导体芯片短缺。以 SiC 和 GaN 为代表的第三代半导体在新能源汽车、5G、15 光伏发电、PD 快充等领域不断取得突破，2020 年全球第三代半导体市场总体保持增长态势。（1）第三代半导体电力电子市场规模近）第三代半导体电力电子市场规模近 9 亿美元亿美元 根据 Yole 和 Omdia 数据显示，到 2020 年底，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率半导体的全球市场将增长到 8.54 亿美元，SiC 电力电子市场规模约为 7.03 亿美元，GaN 电力电子市场规模约为 1.51亿美元。到 2025 年 SiC 电力电子市场规模将超过 30 亿美元，GaN 电力电子器件市场规模将超过 6.8 亿美元。综合 Yole、IHS、Gartner 等多家分析机构数据及调研反馈，2020 年全球功率半导体器件市场规模约为 180200 亿美元，SiC、GaN 电力电子器件渗透率约为4.2%4.5%，较 2019 年提升一个百分点。新能源汽车是最大的应用领域。新能源汽车是最大的应用领域。由于新冠疫情的大流行，2020 年上半年电动汽车/混合电动汽车（EV/HEV）领域的 SiC 器件和材料市场增长放缓。尽管如此，SiC 的市场前景仍然乐观。丰田、大众、宝马等汽车制造商继续为其下一代车型的逆变器、车载充电器（OBC）和 DC/DC 转换器中的 SiC 分立器件或模块进行合格鉴定。在这种背景下，新能源汽车中 SiC 功率半导体市场预计将以 38的年复合增长率增长，到 2025 年将超过 15 亿美元。随着新能源汽车的应用，SiC 引起了充电基础设施市场极大的兴趣。受益于 SiC 的更高效率和更高频率，大功率充电器可以通过提供比 Si 基绝缘栅双极晶体管（IGBT）更紧凑的解决方案来。Yole 16 估计，这个市场的复合年增长率为 90，从 2019 年的 500 万美元增长到 2025 年的 2.25 亿美元。除汽车领域外，光伏技术（PVs）、铁路和电机驱动器等应用在 2019-2025 年期间还将以两位数的年复合增长率增长。（2）与传统产品价差持续缩小，应用渗透加速与传统产品价差持续缩小，应用渗透加速 2020 年，受疫情影响，产品供货周期延长，但从全年情况来看，SiC 器件价格有所下降，GaN 器件价格基本维持平稳，与传统产品的价差持续缩小1。Mouser 和 Digi-Key 公开报价普遍高于实际成交价，但两者的变化趋势较为一致。图表图表 13 2017 年年-2020 年年 650V 的的 SiC SBD 价格（元价格（元/A）数据来源：数据来源：Mouser，Digi-Key，CASA Research SiC 电力电子器件价格进一步下降，与同类型电力电子器件价格进一步下降，与同类型 Si 器件价差缩小。器件价差缩小。从全年来看，上半年价格基本持平，而下半年价格下降，但随着经济逐步恢复，年底产品供货周期延长，价格稍有上涨。SiC SBD 产品价产品价 1 CASA Research 持续跟踪了近几年 Mouser 和 Digi-Key 公开报价，同时对企业的实际成交价进行调研，供业内参考。4.12.841.821.581.51.020.750.422017年2018年2019年2020年650V SiC SBD650V Si FRD17 格略有下降，降幅较前两年有所收窄。格略有下降，降幅较前两年有所收窄。据 Mouser 数据显示，公开报价方面，650V 的 SiC SBD 2020 年底的平均价格是 1.58 元/A，较 2019年底下降了 13.2%，与 Si 器件的价差在 3.8 倍左右。1200V 的 SiC SBD 的平均价是 3.83 元/A，较 2019 年下降了 8.6%，与 Si 器件的差距在 4.5 倍左右。据据 CASA Research 调研，实际成交价调研，实际成交价低于低于公开报公开报价。价。650V 的 SiC SBD 的实际成交价格约 0.7 元/A，1200V 的 SiC SBD价格约 1.2 元/A，基本约为公开报价的 60%-70%，较上年下降了 20%-30%，实际成交价与 Si 器件价差已经缩小至 2-2.5 倍之间。图表图表 14 2017 年年-2020 年年 1200V 的的 SiC SBD 价格（元价