碳化硅功率模块：从技术突破到普惠性核心硬件的产业跃迁

 

当特斯拉Model 3全面采用碳化硅电驱，当比亚迪最新平台宣布碳化硅模块成本下降30%，我们正清晰见证：碳化硅功率模块已不再只是实验室里的“高性能选项”，而是正在成为驱动能源革命的核心硬件。

它凭借耐高压、高频、高效的物理特性，悄然走进千家万户——从电动汽车的快速充电，到光伏储能的高效转换，再到工业电机的精密控制。过去，它因成本高、工艺难，多停留在高端领域；如今，随着技术不断成熟与规模化生产加速，碳化硅正从“特定应用”走向“普惠性”底层技术，推动整个电子电力系统向更高效、更小型、更可靠迈进。

当前，行业已跨过“从0到1”的技术突破期，正处在“从1到N”爆发的前夜。核心问题已从“能否好用”转变为“如何用得更便宜、更稳定”。在这一进程中，中国凭借全球最大的新能源应用市场和强有力的政策引导，已牢牢掌握需求侧主动权。

但能否将市场优势转化为产业优势，仍取决于我们能否完成从“材料大国”到“模块强国”的跨越——不仅要在衬底、外延等上游环节突破品质与成本瓶颈，更需在模块设计、制造工艺与系统应用层面实现全链条协同。这场跨越，关乎技术，更关乎战略；关乎产业，更关乎能源未来。基于此，本篇内容将深入解析：

效率革命：碳化硅如何重新定义功率电子

飞轮模型：技术与应用的双重核心动力

动态趋势：中国厂商的突围路径及市场价值研判

范式转移：碳化硅重新定义功率电子

（一）从硅基到宽禁带：一场必然的能源效率革命

碳化硅（SiC）作为第三代宽禁带半导体材料的代表，正在引发功率电子领域的一场深刻革命。与传统硅基器件相比，碳化硅材料具有宽禁带、高临界电场、高热导率和高电子饱和漂移速率等卓越物理特性。这些特性直接转化为系统级的性能提升，比如碳化硅器件能在200°C甚至更高的温度下稳定工作，其击穿电场强度是硅的10倍等。

在实际应用中，碳化硅器件能使光伏逆变器的峰值效率达到99%以上，远高于传统硅基逆变器98%左右的水平。同时，其高开关频率特性允许使用更小尺寸的电感和电容，显著提升功率密度。此外，优异的热管理特性使得散热设计得以简化，甚至可实现无风扇设计，在降低体积和重量的同时提升了系统可靠性。

（二）多场景赋能：超越汽车的应用生态

虽然碳化硅在电动汽车领域应用显著，但其影响力已扩展到多个关键领域，形成了一幅多场景赋能图谱。

在新能源汽车领域，相比传统硅基IGBT方案，碳化硅MOSFET因低导通电阻和低开关损耗，大幅降低了电机控制系统损耗，带来约5%的行驶里程提升。同时，碳化硅有助于提升充电功率，预期到2025年能实现15分钟充电至80%的能力，显著缓解充电焦虑。

在光伏与储能领域，碳化硅逆变器可将转换效率提升至98%，每GW装机容量年减碳超过1万吨。充电基础设施领域也随着大功率快充桩的普及而快速增长，2024年市场规模预计达到25亿元。

此外，在AI数据中心和5G通信领域，碳化硅器件同样展现出显著优势。数据中心采用碳化硅器件后，功率密度可达硅基器件的2倍以上，5G基站使用碳化硅基氮化镓功率放大器可扩大信号覆盖30%同时降低能耗40%。

这些应用场景虽然各有特点，但都共同追求更高能效、更高功率密度、更小体积和更高可靠性，碳化硅凭借其卓越性能能够同时满足这些多样化需求。

（三）“技术迭代-成本下降-应用渗透-规模反哺”飞轮模型

碳化硅产业的发展呈现出明显的飞轮效应：技术迭代推动成本下降，成本下降促进应用渗透，应用渗透创造规模需求，规模需求又反哺技术再迭代。

技术迭代是飞轮启动的初始动力。近年来，碳化硅技术不仅在晶圆尺寸上实现突破——从6英寸向8英寸甚至12英寸过渡，使单颗芯片制造成本降低30-40%，更在器件结构、材料工艺和集成水平上持续优化。沟槽栅结构、双面散热、智能集成模块等创新，不断提升器件的功率密度、开关频率与可靠性，实现了体积更小、性能更强、温度适应性更广的综合提升。

成本下降是飞轮转动的关键环节。随着晶圆尺寸增大、结构创新以及良率提升，碳化硅器件的制造成本持续走低。2024年，市场主流产品6英寸导电型碳化硅衬底价格同比2023年下降超过20%-30%，主要源于产能释放和市场竞争。预计到2030年，其价格将接近硅基IGBT的水平，为多领域规模化应用奠定基础。

应用渗透是飞轮加速的核心体现。随着成本下降和性能提升，碳化硅器件从最初的新能源汽车主驱，逐步拓展至光伏逆变、工业电机、充电桩、储能系统及消费电子等多个领域。其渗透率不断提高，尤其在新能源汽车领域，碳化硅渗透率预计2025年将达到20%以上。而在储能和消费电子领域，碳化硅凭借高频高效特性，正在快速切入高端电源、快充设备及数据中心服务器等新场景。

规模反哺是飞轮持续转动的保证。随着多个应用领域渗透率提高，市场规模持续扩大，进一步推动技术迭代与产能扩张。预计2026年中国的碳化硅器件产能规划将显著增长（如晶盛机电年产30万片项目），以满足多元化需求。全球碳化硅衬底市场预计到2030年将增长至人民币664亿元，复合年增长率为39.0%。多元且规模化的需求为材料、设计与制造环节带来持续研发投入，助推碳化硅技术迈向更高电压等级、更优可靠性与更智能的系统集成。

中国在这个发展过程中正从"跟跑"向"领跑"转变。虽然国内产业起步较晚，但凭借庞大的市场需求和完善的产业生态，预计到2029年市场规模将占全球40%以上，成为最大的应用市场。

万创投行认为，这一飞轮模型不仅解释了碳化硅产业的发展逻辑，也为政策制定者和企业战略规划提供了参考框架：通过支持技术研发加速迭代，通过规模生产降低成本，通过市场应用促进渗透，最终形成产业发展的良性循环。随着飞轮不断旋转，碳化硅技术将继续重新定义功率电子领域，为全球能源转型和可持续发展提供关键支撑。

飞轮之始：技术创新为规模化铺平道路

（一）降本核心：解析产业链成本结构与关键瓶颈

碳化硅主驱模块的成本主要集中在四个环节：衬底（约50%）、外延（约25%）、芯片制造（约15%）和封装测试（约10%）。其中衬底是成本控制的绝对核心，其高成本主要源于高纯度碳化硅晶锭生长的技术难度。

当前国产长晶设备的工艺稳定性与国际领先水平仍有差距，导致良率普遍偏低。外延环节的核心挑战在于缺陷密度控制，特别是车规级产品所需的厚度均匀性要求。芯片制造环节的瓶颈体现在离子注入和高温退火工艺的复杂性，而封装测试则需要满足高温、高功率密度下的散热需求。

（二）技术破局：从“造出来”到“便宜地造出来”

1、晶圆大型化：从6英寸到12英寸的产业跃迁

晶圆尺寸从6英寸向8英寸乃至12英寸的过渡是降本的核心路径之一。8英寸衬底的去边后可用面积是6英寸的1.83倍，这意味着同一片晶圆可产出的芯片数量大幅增加。具体而言，以5mm×5mm尺寸的芯片为例，一张8英寸晶圆可切出1080颗芯片，而6英寸仅能产出576颗，芯片数量提升近一倍。

在12英寸晶圆方面，近期中国科学院半导体研究所科技成果转化企业在碳化硅晶圆加工技术领域取得重大突破，成功利用自主研发的激光剥离设备实现了12英寸碳化硅晶圆的剥离。12英寸碳化硅晶圆相比目前主流的6英寸晶圆，可用面积提升约4倍，单位芯片成本降低30%~40%，有效提升产业供给能力，解决了大尺寸碳化硅晶圆加工的技术瓶颈。

2、结构创新：从平面型到沟槽型的性能跃升

沟槽型碳化硅MOSFET技术相较于平面型结构，在导通电阻和开关性能上实现了显著优化：沟槽器件的比导通电阻可降低40%-50%，元胞密度提升近2倍，不仅减少了导通损耗，还显著降低了开关损耗。

2017年英飞凌推出首款沟槽型SiC MOSFET（CoolSiC G1），通过沟槽栅设计解决了平面型器件的栅极氧化层可靠性问题，使短路耐受时间从1微秒提升至2微秒，推动车规级应用落地。2025年英飞凌进一步推出“沟槽——超结（TSJ）技术”，将导通电阻降低40%，电流承载能力提升25%，成为800V高压平台的核心技术支撑。

然而，沟槽结构也面临可靠性挑战，尤其是栅氧退化风险。但国际大厂通过技术迭代缓解了这些问题，例如罗姆半导体开发的双沟槽技术，通过在栅极沟槽旁添加电场缓和沟槽，将底部电场降低了30%。

3、集成与封装创新：双面散热与系统级封装

集成与封装技术的进步对提升系统可靠性和降低总成本至关重要。双面散热技术使散热效率提升30%以上，模块体积减小40%。系统级封装技术通过高度集成驱动电路、传感器和保护元件，减少了外部元件数量和封装体积。

封装技术的创新还体现在材料层面。采用新型键合材料和衬底材料，如活性金属钎焊（AMB）陶瓷衬底，大幅提高了模块的导热性能和抗热疲劳能力，使其在严苛的温度循环下仍保持高可靠性。

（三）技术飞轮的下一站：智能模块与系统级优化

下一代碳化硅技术正向智能化和系统级优化方向发展。智能功率模块通过集成传感、保护和驱动功能，成为各应用领域的重要解决方案。同时，碳化硅与超宽禁带材料的融合开辟了新的可能性，预计到2028年，碳化硅超级结器件将进军轨道交通和高压直流输电领域。

系统级成本优化也在持续进行。当碳化硅模块成本降至硅基IGBT的2-2.5倍时，将在主流车型中实现大规模替代。晶圆尺寸扩大、良率提升和结构创新将继续推动这一进程。8英寸及以上碳化硅晶圆的量产和沟槽结构的普及将成为未来三年的关键推动力。而更远期的技术布局则聚焦于碳化硅量子点器件和光电子集成，探索碳化硅在量子计算和传感领域的应用潜力，这可能为碳化硅技术打开全新的市场空间。

飞轮加速：多极应用需求引爆市场

中国碳化硅行业正迎来前所未有的市场机遇，其增长动力并非依赖单一领域，而是由新能源汽车、光伏储能、充电基础设施及工业能源等多极化应用场景共同驱动。这些领域相互交织，形成强大的协同效应，加速技术迭代和成本下降，推动行业进入爆发式增长周期。

（一）多极化应用场景

1、主驱动力：新能源汽车市场的全面拥抱

新能源汽车是碳化硅器件应用最主要的驱动力。2024年，碳化硅在新能源汽车主驱系统中的渗透率已接近15%，几乎所有车企在新开发车型中都采用了碳化硅电机控制器。

800V高压平台的快速普及与碳化硅器件形成了完美配合。800V平台将充电效率提升至"充电5分钟，续航200公里"的水平，而碳化硅器件因其优异的物理特性，成为支持高压、高频率、高温度操作的理想选择。

渗透率提升的底层逻辑正从"性能溢价"转向"成本平价"。早期碳化硅器件因成本较高主要限于高端车型，但随着技术成熟和规模效应显现，其综合成本优势逐渐凸显。

2、第二曲线：光伏与储能的刚性需求

在"双碳"目标推动下，光伏和储能系统成为碳化硅市场的第二增长曲线。"光储充一体化"趋势对能量转换效率和系统成本提出更高要求，碳化硅逆变器在其中扮演关键角色。

相较于传统硅基器件，碳化硅逆变器在光伏发电中可将系统效率提升0.5%以上。对于1GW容量的太阳能发电场，这意味着每年节省近2MW的能源损失。在储能系统中，碳化硅器件能支持更高频率的充放电循环，减少热量产生，延长电池寿命。

3、基础支撑：充电基础设施与工业能源的升级浪潮

大功率快充桩的普及直接拉动了对碳化硅器件的需求。720kW大功率充电桩需要碳化硅功率器件来应对高电压、大电流操作，同时减少散热需求和设备体积。

工业能源领域对效率和体积的极致追求，进一步拓展了碳化硅的应用空间。在工业变频和数据中心电源场景，碳化硅器件展现出显著优势，可使转换效率提升至96%以上，空调系统节能35%以上。

4、新兴领域：消费电子能效升级与快充普及

在消费电子领域，碳化硅器件正凭借其高频、高效和小型化优势，迅速渗透至快充电源、游戏主机、服务器电源及高端电视等产品中。例如Navitas 2023年推出的SiCPAK™模块支持650V-6500V宽电压范围，已用于苹果140WGaN充电器的二次侧同步整流。

特别是在氮化镓（GaN）+碳化硅混合技术推动下，快充设备可实现更小体积、更高功率和更优温控，满足消费者对便携性与快速充电日益增长的需求。预计2025年后，碳化硅在消费电子电源市场的渗透率将显著提升，成为继汽车、工业之后的新增长点。

（二）需求侧的协同效应：多场景共同拉动产能与技术迭代

多元化的应用场景并非孤立存在，而是形成强大的协同效应，共同拉动碳化硅产能扩张、技术迭代和成本下降。

新能源汽车作为最大需求端，2024年带动碳化硅功率市场规模达120亿元，其规模效应使衬底和器件成本持续降低。这反过来利好光伏、储能和工业领域：更低的成本加速碳化硅在这些领域的渗透，而这些领域的需求又进一步巩固产能利用率和供应链稳定性。下游需求的集中爆发，激励企业加大研发投入，攻关更高电压等级器件技术，以应对800V高压平台普及带来的市场需求。

技术迭代方面，各应用场景对碳化硅的性能要求存在共性，推动材料创新和制造工艺进步。例如，6英寸碳化硅衬底已实现国产化，成本较传统晶体降低70%；8英寸衬底和离子注入工艺的成熟，有望进一步压缩器件成本；12英寸碳化硅晶圆相比目前主流的6英寸晶圆，能提供约其4倍的可用面积，显著提升芯片产出数量，并有望降低单位芯片成本30%-40%。

产能布局上，国内已形成覆盖衬底材料、芯片制造、封装测试的完整生态。例如，武汉某生产基地年产36万片6英寸碳化硅晶圆的产能，可满足144万辆新能源汽车的主驱芯片需求。这种规模化的产能不仅服务汽车产业，也支撑充电桩、光伏逆变器和工业电源的碳化硅需求，实现多领域共赢。

万创投行认为，中国碳化硅主驱模块行业正处于“飞轮效应”的加速阶段：多极应用场景相互赋能，共同推动产业链从材料、器件到系统的全面突破，驱动行业从“技术导入期”迈向“规模爆发期”。未来，随着碳化硅成本进一步下降和应用场景持续拓宽，中国有望在全球第三代半导体竞争中占据主导地位。

格局与竞合：全球视角下的中国产业突围战

（一）全球格局：欧美日企业的主导与策略

全球碳化硅产业呈现美日欧三足鼎立之势。美国企业在全球市场中占据主导地位，拥有70%以上的市场份额；欧洲企业构建了完整的全产业链；日本企业则在终端设备和功率模块开发方面保持领先。

国际巨头通过技术专利壁垒、IDM模式和降价竞争构建护城河。面对中国企业的崛起，国际厂商采取降价策略，2023年以来碳化硅器件价格年均降幅达15-20%，试图通过价格战挤压后期玩家的盈利空间。

同时，国际巨头大幅扩产以抢占市场份额，意法半导体、安森美和罗姆等企业都提出了积极的产能扩张计划，通过规模效应进一步降低成本。

（二）中国产业优势、短板与突围路径

中国碳化硅产业虽起步较晚，但发展迅猛，已形成较为完整的产业链布局。在衬底材料领域，国内企业已进入全球第一梯队，实现了12英寸N型4H-SiC单晶衬底的研发和量产。

在模块封装与集成领域，中国企业已实现量产交付。2025年1-5月，我国新能源乘用车主驱模块中SiC MOSFET占比已提升至18.6%，国产碳化硅模块已在120万辆新能源车上实现应用。

然而，中国碳化硅产业仍存在明显短板，尤其是在车规级芯片设计与制造环节最为薄弱。国产碳化硅芯片在国内市场的占有率仍低于10%，在高端主驱电控模块中仍高度依赖进口。在芯片可靠性、一致性以及量产良率方面与国际先进水平仍有差距。

（三）突围路径：从“叠加国产化率”到“构建生态竞争力”

当前，全球碳化硅产业竞争格局正在发生深刻变化。欧美日企业凭借先发优势和技术积累，自2023年以来持续采取降价策略，挤压后期进入市场的玩家。在这种背景下，我国碳化硅产业若仅停留在追求国产化率和低成本的阶段，将难以应对日益激烈的国际竞争。必须从根本上转变发展思路，从简单的国产化替代，转向构建具有全球竞争力的产业生态系统，实现从“他无我有”到“他有我优”的战略跨越。

首先要利用材料优势向模块优势传导。通过技术协同和垂直整合，将材料优势转化为模块优势，形成"衬底自供—器件制造—模块配套"的闭环体系。

其次要构建上下游协同创新机制。建立车企-模块厂-芯片厂-材料厂的协同创新机制，通过合资合作、联合研发和标准共建等多种形式，共同开发产品、共享技术成果。

政策与资本支持也发挥着关键作用。政策应聚焦于支持关键技术攻关、推动示范应用和优化产业布局。资本投入需要从广泛投资转向聚焦核心技术和高端人才的精准投资。

中国碳化硅产业的突围路径是一条从技术追随到应用引领的渐进之路。基于庞大的市场需求、完整的工业体系和逐渐完善的创新生态，中国碳化硅产业有望在全球竞争中占据重要地位。

未来展望与投资策略

（一）趋势研判：飞轮旋转的加速度与潜在阻力

碳化硅主驱模块作为新能源汽车电驱动系统的核心部件，其发展态势与新能源汽车行业息息相关。当前，碳化硅主驱模块正经历从“技术导入期”向“规模扩张期”的关键过渡，其特有的“性能提升→市场规模扩大→成本降低→应用场景拓展”的飞轮效应已经开始显现，但旋转过程中也伴随着诸多加速度与潜在阻力。

1、技术趋势：性能提升与成本下降的并行推进

碳化硅材料本身的优异特性使其能显著提升电动汽车的续航里程、加速性能，并支持800V高压平台实现更快充电。成本下降路径清晰：晶圆尺寸从6英寸向8英寸过渡，可使成本下降40-50%；衬底价格大幅下降；技术创新为提升性能和降低成本开辟新路径。

尽管技术进步显著，但质量与可靠性的挑战依然存在。部分企业为追求低成本而牺牲长期可靠性，引发了终端应用的失效事故。行业亟需构建“质量优先”的生态，强化标准执行和第三方验证。

2、产业趋势：垂直整合与专业化分工并存

碳化硅产业的飞轮加速旋转，离不开产业链模式的演进与优化。IDM模式成为头部企业强化竞争优势的重要选择，有利于实现各环节的协同优化。同时，专业化分工仍然必要，庞大的市场需求意味着多种模式并存。车企深度介入供应链也推动着功率模块的定制化发展。

3、风险提示：技术迭代、价格战、地缘政治等不确定性

飞轮旋转并非一帆风顺，投资机构需警惕以下潜在阻力：

技术迭代风险：碳化硅技术仍在快速演进，若未能跟进新一代工艺或材料（如GaN、氧化镓），企业可能面临产品优势丧失与替代威胁。

行业竞争加剧：国际大厂产能扩张引发价格战，衬底价格已现暴跌，缺乏规模与客户优势的国内厂商生存压力增大。

地缘政治与供应链风险：半导体产业受贸易摩擦、技术封锁等影响深远，需加快构建自主可控的供应链体系。

市场需求波动：新能源汽车市场增速可能放缓，叠加库存积压，车企新订单减少将冲击相关碳化硅企业业绩。

质量与可靠性风险：价格竞争若导致质量管控松懈，将引发产品可靠性问题，不仅会造成经济损失，更会损害整个国产碳化硅产业的声誉和客户信任。

（二）投资逻辑与价值判断

基于上述趋势研判，万创投行认为投资机构需建立清晰的投资框架，把握碳化硅主驱模块行业的投资节奏和价值分布。

1、投资逻辑

在当前行业分化加剧、淘汰赛开启的背景下，投资应聚焦于已建立起显著竞争优势和较高护城河的头部企业。

关键技术及量产能力是基础，优选掌握车规级芯片/模块核心技术、实现规模化量产和上车的企业，关注其8英寸布局与持续降本能力。

重视与头部客户深度绑定及生态合作，优先选择已与主流车企或Tier 1建立联合开发、长期供应等战略关系的企业。

规模效应与飞轮效应是关键，选择可凭借技术、成本与客户优势持续扩大份额，形成“技术→市场→利润→研发”正循环的企业。

2、价值判断

对碳化硅主驱模块企业的价值评估需分阶段、多维度审视：

短期（1-2年）：关注模块出货、定点项目、营收及毛利情况，优先选择可快速将订单转化为业绩的企业。

中期（2-4年）：看重芯片自主设计与制造能力，IDM模式或具备芯片协同能力的企业更易控本保供、引领国产替代。

长期（4年以上）：考量全产业链整合与全球化能力，包括上游材料、多场景应用及生态建设，能在国际竞争中立足的企业更具估值空间。

结论

碳化硅作为典型的平台型技术，其飞轮效应正持续加速，已成为推动行业跨越式发展的核心动力。当前，中国碳化硅产业已全面驶入快车道，正在全球赛道上展现出令人瞩目的爆发力与韧性。

面向未来十年，产业竞争将不再局限于单一技术或市场的角逐，而是进入以技术突破能力、成本控制能力和生态协同能力为核心的综合较量阶段，这也将深刻影响全球第三代半导体格局的重塑。

与此同时，围绕碳化硅的产业生态正在全球范围内加速形成，跨区域合作与分工协作日益深化，中国企业在融入全球价值链的过程中也逐步积累更多话语权。

而赢得这场高技术、高投入、长周期的产业竞争，不仅将推动我国形成一个规模达千亿级的高端制造业集群，更意味着中国有望在全球能源电子化浪潮中占据战略制高点，引领下一代功率电子技术的创新与应用。

随着材料成本持续优化、器件性能不断提升和应用场景进一步拓宽，碳化硅有望成为中国半导体产业实现换道超车的关键突破口。通过持续构建技术创新–产业应用–市场反馈的闭环体系，中国不仅可以在这场全球第三代半导体竞争中获得主导地位，更将为全球能源转型和可持续发展提供坚实的技术支撑和发展范式。

本文来自微信公众号“万创投行”，作者：万创研究院，36氪经授权发布。