>> 金元證券-電子行業(yè)碳化硅賦能AI產(chǎn)業(yè)：從芯片封裝到數(shù)據(jù)中心的核心材料變革-250928
| 上傳日期： |
2025/9/28 |
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| 格式： |
pdf 共44頁 |
來源： |
金元證券 |
| 評(píng)級(jí)： |
強(qiáng)于大市 |
作者： |
唐仁杰 |
| 行業(yè)名稱： |
電子 |
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隨著單機(jī)柜功率從幾十千瓦提升到數(shù)百千瓦乃至更高，AI服務(wù)器供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面臨全新要求，其核心在于四個(gè)方面：提高電能轉(zhuǎn)換效率、減少損耗；高功率密度和體積限制；固態(tài)變壓器（SST）與電力系統(tǒng)集成。SiC在AC-DC和PFC級(jí)的應(yīng)用在服務(wù)器電源（PSU）的前端AC-DC變換中，典型拓?fù)淙鐭o橋圖騰柱功率因數(shù)校正（PFC）和有源三電平整流等，需要高耐壓低損耗的開關(guān)器件。SiCMOSFET因具備1200 V乃至更高耐壓且高頻特性優(yōu)秀，成為首選器件。
2025年數(shù)據(jù)中心PSU市場(chǎng)規(guī)模或達(dá)75億美元，預(yù)計(jì)2030年，數(shù)據(jù)中心PSU市場(chǎng)規(guī)模將攀升至141億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約15.5%?？紤]到AI服務(wù)器的功率遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器，高于3kW的高功率PSU的市場(chǎng)占有率將提升至80%，至2030年達(dá)到115億美元。臺(tái)達(dá)、光寶、華為合計(jì)占據(jù)50%的PSU市場(chǎng)。寬禁帶模塊滲透率方面，基于SiC、GaN的高功率PSU將從2025年10%提升至約24%，市場(chǎng)規(guī)模約33.84億美元。其中臺(tái)達(dá)、光寶、華為以及康舒、村田、TDK、聯(lián)想均已配有SiC、GaN相關(guān)PSU產(chǎn)品。
AI服務(wù)器不僅對(duì)電源提出要求，計(jì)算加速芯片本身的封裝和供電也面臨巨大挑戰(zhàn)。如今一顆高端GPU/AI芯片模塊功耗上千瓦，其封裝需同時(shí)解決高電流供電和高熱流密度散熱的問題。當(dāng)前2.5D/先進(jìn)封裝中常用的中介層或封裝基板材料包括硅、玻璃和有機(jī)材料（如改性樹脂基板），各有優(yōu)缺點(diǎn)。在AI芯片功耗密度不斷攀升的背景下，這些材料在散熱、電氣絕緣和機(jī)械強(qiáng)度方面暴露出一些瓶頸。近年來高端GPU功耗已從百W提高至千W，封裝中集成多個(gè)芯片（GPU+多顆HBM）使熱流密度驟增，使得高端GPU市場(chǎng)考慮將碳化硅用于封裝市場(chǎng)。
2025年全球CoWoS及類CoWoS封裝總體產(chǎn)能預(yù)計(jì)將達(dá)到88.5萬片，相較于2024年的42.6萬片，年增長(zhǎng)率高達(dá)108%。從當(dāng)前2.5D封裝結(jié)構(gòu)及材料上來看，碳化硅材料或主要用于兩個(gè)領(lǐng)域。一是用于chip上方與熱沉之間的熱界面材料（TIM2）；其次是用于硅中介層替換。若實(shí)現(xiàn)完全替代，碳化硅襯底及外延需求將是CoWoS產(chǎn)能的2倍（TIM+中介層，以12英寸計(jì)）
碳化硅功率器件的成本結(jié)構(gòu)中，襯底+外延的成本占比遠(yuǎn)高于硅襯底，其中導(dǎo)電N型襯底使用量最大。2024年，8英寸碳化硅晶圓主要被WolfSpeed用于器件制造，以及IDM廠商用于研發(fā)活動(dòng)。隨著主要IDM廠商開始在8英寸平臺(tái)上推進(jìn)規(guī)?；慨a(chǎn)，預(yù)計(jì)8英寸N型襯底銷量由2024年的4.61萬片提升至2030年的70.4萬片，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)58%。國(guó)內(nèi)公司在8英寸、12英寸碳化硅襯底研發(fā)領(lǐng)先。2023年天岳先進(jìn)成功研制8英寸碳化硅襯底，并于2024年天岳先進(jìn)已成功研制12英寸碳化硅襯底，在半絕緣型、導(dǎo)電N型及導(dǎo)電P型產(chǎn)品上均有布局。
碳化硅制造設(shè)備方面，外延、離子注入、國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)正在加速。PVT設(shè)備呈現(xiàn)一定的內(nèi)部封閉特征，碳化硅襯底及器件龍頭傾向于自建PVT設(shè)備來嚴(yán)格控制品質(zhì)，多數(shù)領(lǐng)先的碳化硅芯片制造商通過收購(gòu)或自主開發(fā)方式布局內(nèi)部設(shè)備研發(fā)。除此之外，PVT設(shè)備市場(chǎng)主要由國(guó)內(nèi)企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)位置,其中北方華創(chuàng)市場(chǎng)占有率高達(dá)61%。襯底制備及外延后碳化硅器件及模組涉及前后道工藝與硅基器件類似，但高溫工藝及硬度決定部分工藝仍需購(gòu)置新設(shè)備。其中外延設(shè)備、離子注入、退火與熱氧化、減薄與拋光（CMP)、背面激光退火以及量檢設(shè)備不同于Si設(shè)備，需重新購(gòu)置。2024年碳化硅器件生產(chǎn)設(shè)備規(guī)模達(dá)35.07億美元，預(yù)計(jì)2026年將達(dá)到峰值為51.29億美元。分類型看，碳化硅生產(chǎn)設(shè)備中，量測(cè)及檢測(cè)、外延設(shè)備、離子注入設(shè)備占比較高。其中，量檢設(shè)備占比最高，2024年市場(chǎng)規(guī)模約7.25億美元，2026年有望達(dá)12.05億美元。主要原因在于碳化硅材料缺陷先天較多、外延與摻雜均勻性難，高能注入、超高溫活化帶來更多變數(shù)以及幾何與表面質(zhì)量要求十分苛刻。
全球碳化硅器件（二極管、晶體管、混合模塊內(nèi)器件及半絕緣型碳化硅基射頻器件）市場(chǎng)規(guī)模約43.6億美元（2024），至2030年有望達(dá)229.45億美元，2025-2030年復(fù)合增長(zhǎng)率約32%?？紤]到當(dāng)前碳化硅器件主要應(yīng)用在新能源領(lǐng)域，中國(guó)作為新能源產(chǎn)業(yè)鏈第一大國(guó)，當(dāng)前相對(duì)于襯底的高市占率，國(guó)內(nèi)碳化硅器件市占率整體偏低，國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊。2024年，意法半導(dǎo)體、安森美、英飛凌、Wolfspeed、羅姆在碳化硅器件市占率合計(jì)市占率高達(dá)83%。2024年，國(guó)內(nèi)碳化硅器件市占率大幅提升，碳化硅器件銷售額同比遠(yuǎn)高于海外企業(yè)，但可替代空間仍然較高。
全球碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈投資規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)碳化硅企業(yè)及在“China For China”背景下尋求在國(guó)內(nèi)建廠，投資額約80億美元，國(guó)內(nèi)碳化硅設(shè)備公司或依托于國(guó)產(chǎn)替代，在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)能擴(kuò)張中受益。
產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合的公司或空間更大：以1200VSiCMOSFET晶圓為例，60%的成本主要來自外延片（襯底+外延工藝），其中，150mm（6英寸）硅襯底占34%，外延工藝中，外延代工廠毛利占14%，良率損失及直接成本占據(jù)12%。若不考慮襯底的垂直整合，隨著外延工藝良率及前端工藝良率的改善，剔除直接成本后，外延+前端+后端的毛利空間為53%。
相關(guān)公司：1）碳化硅器件廠商：
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