2023年中国衬底材料行业发展现状分析：应用市场持续扩张，强劲需求带动产业快速发展[图]

衬底材料李冰 2023-04-14 09:36

内容概要：碳化硅作为衬底的主要材料之一，其产品主要分为半绝缘型和导电型两类。半绝缘型碳化硅衬底主要应用于信息通讯、无线电探测等领域；导电型碳化硅衬底应用在新能源汽车、轨道交通，以及大功率输电变电等领域。近年来，随着国家和政府加大对衬底材料相关技术的扶持，各大厂商加快产品技术的研发，持续推进大尺寸碳化硅衬底的研发进程，目前国内主流碳化硅厂商逐步实现了6英寸碳化硅的量产，未来在量产的持续推进下，大尺寸的碳化硅衬底将会得到广泛应用。

关键词：LED蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底、LED照明、8英寸衬底

一、行业现状：市场规模持续扩容，推动产品性能稳步提升

衬底是指用于外延生长晶体薄膜的单晶晶片，也叫基片，既可以在半导体领域中直接进入晶圆制造环节生产半导体期间，也可以在经过切、磨、抛等仔细加工后，在一定条件下作为外延生长的基础，让同种或另一种单晶体在其表面上定向生长。以往作为薄膜衬底的材料有玻璃、陶瓷、金属板材等，现今主流的衬底材料主要有蓝宝石、硅、碳化硅等，其中蓝宝石的用量较大。

蓝宝石是一种氧化物晶体，目前，包括半导体在内的许多材料生产商都会采用蓝宝石作为基片/衬底，生产蓝宝石晶体主要消耗的原料为高纯氧化铝，高纯度的氧化铝粉可以大大提升蓝宝石材料的使用性能，因而蓝宝石材料作为衬底应用十分广泛，主要应用于LED、消费电子、军事等领域。目前也有部分LED芯片采用硅衬底，因为硅具有良好的导热性，合理使用可以较好的延长器件的使用寿命。碳化硅作为衬底材料之一，应用的广泛程度仅次于蓝宝石，其具有良好的化学稳定性，导电性能和导热性能也较为突出，但生产难度较大，价格高，因而主要应用与半导体照明技术领域。此外，作为第三代半导体的核心材料，在5G通信、航空航天、新能源汽车、智能电网等领域也发挥着重要作用。

相关报告：智研咨询发布的《中国衬底材料行业发展动态及市场需求潜力报告》

碳化硅作为衬底的主要材料之一，其产品主要分为半绝缘型和导电型两类。半绝缘型碳化硅衬底主要应用于信息通讯、无线电探测等领域，目前市场主流的衬底产品规格为4英寸；导电型碳化硅衬底应用在新能源汽车、轨道交通，以及大功率输电变电等领域，在导电型碳化硅市场中，目前主流的衬底产品规格为6英寸。近年来，随着国家和政府加大对衬底材料相关技术的扶持，各大厂商加快产品技术的研发，持续推进大尺寸碳化硅衬底的研发进程，目前国内主流碳化硅厂商逐步实现了6英寸碳化硅的量产，未来在量产的持续推进下，大尺寸的碳化硅衬底将会得到广泛应用。

2020年，我国导电型碳化硅衬底中，4英寸的产品销量为10万片左右，6英寸的产品销量在8万片左右。预计到2025年，6英寸的导电型碳化硅衬底销量将会得到迅速扩容，到2030年4英寸的导电型碳化硅衬底将不再使用，6英寸的导电型碳化硅衬底产品销量将突破40万片。在半绝缘型碳化硅衬底中，2020年4英寸的产品销量为4万片左右，6英寸的产品销量为5万片左右，半绝缘型碳化硅衬底因其生产工艺较为领先，因而6英寸的半绝缘碳化硅衬底得到快速发展，产品销量持续提升，预计2025年，4英寸半绝缘型碳化硅衬底产品销量将下降到2万片左右，6英寸的衬底产品销量将达到10万片左右，到2030年，6英寸半绝缘型碳化硅衬底产品销量有望突破到20万片左右。

蓝宝石是一种氧化铝的单晶，具有良好的透光性、传导性，自90年代以来，LED照明逐渐渗透进人们的日常生活，蓝宝石开始广泛应用于LED衬底材料。LED作为一种节能环保、使用寿命长、用途广泛的光源，其能源转换效率大大高于白炽灯和节能等，是继白炽灯、荧光灯之后的第三次照明技术革命，逐步替代白炽灯和荧光灯，成为目前照明行业的主流趋势。随着发光效率的持续提升，以及产品价格的不断降低，LED照明产品步入持续爆发增长的阶段。

蓝宝石作为LED衬底中的重要材料，在LED照明行业快速发展下，LED蓝宝石衬底的是市场规模和需求量也在快速提升。2019-2021年期间，我国LED蓝宝石衬底的市场规模和需求量均呈现出稳步上涨的态势。2021年，我国LED蓝宝石衬底的市场规模达到21亿元，较2020年增长了17%；需求量为3500万片左右，同比增长了16.5%。未来随着LED照明的渗透率持续提升，应用范围不断扩张，我国LED蓝宝石衬底的市场规模和需求量也将得到进一步提升，预计到2023年我国LED蓝宝石衬底的市场规模将达到26.5亿元左右，市场需求量将达到4600亿元左右。

二、专利技术：专利量保持增长趋势，8英寸衬底逐步实现量产

近年来，随着半导体等行业的快速发展，衬底材料作为其产业链中的重要组成部分，各大厂商加快技术攻关，持续推进衬底材料的研发，衬底材料的专利申请量也在快速增长。2012年以来，我国衬底材料的专利申请量总体保持增长的态势，从2012年的256件，增长到2020年的440件，2021年以来专利申请量有所下滑，2022年我国衬底材料的专利申请量为299件。在各省市的衬底材料专业量分布中，我国衬底材料的专利量主要分布在北京市、江苏省、上海市、广东省等地，其中北京市以专利量710件占据全国首位，占比达到17.5%，其次是江苏省和上海市，专利量分别为659件、561件，占比分别达到16.24%、13.83%。

在碳化硅衬底中，扩大碳化硅衬底尺寸既能增加产能供给，又能进一步降低碳化硅器件的平均成本，因而全球各大厂商持续加大碳化硅衬底的研发，推动碳化硅衬底尺寸的持续扩大。我国碳化硅衬底企业起步较晚，在碳化硅衬底尺寸上也落后于国外主流厂商，目前国外主流厂商已实现8英寸衬底的规模化量产，国内产商以6英寸衬底量产为主。随着生产工艺的不断改善，国内主流厂商加快8英寸的产品研发，逐步成功研制和量产了8英寸碳化硅衬底，推动我国衬底材料行业进一步发展。

三、应用领域：下游应用领域快速发展，拉动衬底材料产业持续优化

LED照明市场是我国LED蓝宝石衬底材料的重要应用领域之一，近年来，随着LED照明设备的大力普及，对于衬底材料的需求量也在持续提升，助力我国蓝宝石衬底材料行业快速发展。2017-2021年期间，我国LED照明行业的市场规模保持增长的态势，2021年我国LED照明市场规模达到9423亿元，较2020年增长了9.28%。LED照明行业市场规模的持续提升，推动产业持续发展，蓝宝石衬底材料作为其重要的生产原材料之一，在行业的拉动下，发展提速。

碳化硅功率器件具有高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势，将极大地提高现有使用硅基功率期间的能源转换销量，主要应用领域有电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网等。随着全球对于气候变暖、二氧化碳减排的认识不断提升，国家开始着重发展新能源汽车等生态友好型产业，新能源汽车的产销量也得到快速增长。

2021年以来，我国新能源汽车的产销量保持快速增长的态势，2022年我国新能源汽车产销量共计705.8万辆、688.7万辆，同比增长了99.1%、95.6%。2023年我国新能源汽车产销量保持增长的态势，产销量得到进一步提升，前两个月我国新能源汽车的产销量分别为97.7万辆、93.3万辆，较2022年同期分别增长了18.1%、20.8%，市场占有率达到25.7%。随着电动汽车的快速发展，对功率半导体期间的需求量也在持续增加，而碳化硅功率器件因其高可靠性、高效率的特性，成为电动汽车的核心部件，因此，在电动汽车的快速发展下，碳化硅功率器件发展提速，也带动碳化硅衬底的不断优化和升级。

光伏和储能系统是全球新能源发展的主要方向，也是碳化硅器件的重要应用领域之一。逆变器作为光伏发电的重要部件，光伏逆变器曾普遍采用硅器件，基于硅基器件的传统逆变器成本约占光伏发电系统的10%左右，却也是系统能量损耗的主要来源之一。使用碳化硅有关功率模块的光伏逆变器，可以将转换效率从96%提升到99%以上，能量损耗降低50%以上，设备循环寿命提升50倍，从而能够缩小系统体积、增加功率密度、延长期间使用寿命、降低生产成本等。

近年来，在国家的大力推动下，光伏行业得到快速发展，新增装机量也在持续增加。2017-2022年期间，我国光伏的新增装机量呈现出“先降后升”的态势，2019年过来，光伏新增装机量保持高速增长，2022年我国光伏新增装机量达到87.41GW，其中集中式光伏电站、分布式光伏新增并网容量分别为36.29GW、51.11GW。随着碳化硅功率器件性能的持续优化，在光伏逆变器中的占比也在持续提升，预计到2025年碳化硅功率器件的占比将达到50%，到2030年占比突破70%。受益于光伏行业的飞速发展，碳化硅衬底作为功率器件中的重要原材料，也将得到进一步发展和提升。

在轨道交通领域中，会大量应用功率半导体器件，其中包括牵引变流器、辅助变流器、主辅一体化变流器、电力电子变压器等产品都有使用碳化硅期间的需求。牵引变流器作为机车大功率交流传动系统的核心装备，能够极大地发挥碳化硅器件高温、高频和低损耗的特性，提高装置的应用效率，进一步提升整体效能。近年来，随着碳化硅衬底技术的持续发展，碳化硅器件在轨道交通中的应用占比也在持续提升，2018年我国轨道交通中，碳化硅有关器件的占比仅为2%左右，预计到2030年，碳化硅有关器件的占比将达到30%左右，到2040年占进一步提升，达到70%左右。随着碳化硅功率器件在轨道交通中的应用占比持续提升，所发挥的功效也越来越大，未来在轨道交通不断革新下，碳化硅功率器件适应市场需求，也将不断完善和升级。