【金元证券】碳化硅赋能AI产业：从芯片封装到数据中心的核心材料变革-250928（44页）.pdf

1、碳化硅赋能碳化硅赋能AIAI产业产业-从芯片封装到数据中心的核心材料变革从芯片封装到数据中心的核心材料变革证券分析师：唐仁杰 S0370524080002证券研究报告电子/行业深度报告2025年9月28日行业评级：增持摘要随着单机柜功率从几十千瓦提升到数百千瓦乃至更高随着单机柜功率从几十千瓦提升到数百千瓦乃至更高，AIAI服务器供电系统的设计面临全新要求服务器供电系统的设计面临全新要求，其核心在于四个方面：提高电能转换效率其核心在于四个方面：提高电能转换效率、减少损耗；高功率密度和体积限制；固态变压器减少损耗；高功率密度和体积限制；固态变压器（SSTSST）与电力系统集成与电力系统集成。SiC

2、在AC-DC和PFC级的应用在服务器电源（PSU）的前端AC-DC变换中，典型拓扑如无桥图腾柱功率因数校正（PFC）和有源三电平整流等，需要高耐压低损耗的开关器件。SiC MOSFET因具备1200 V乃至更高耐压且高频特性优秀，成为首选器件。20252025年数据中心年数据中心PSUPSU市场规模或达市场规模或达7575亿美元亿美元，预计预计20302030年年，数据中心数据中心PSUPSU市场规模将攀升至市场规模将攀升至141141亿美元亿美元，年复合增长率约年复合增长率约1515.5 5%。考虑到AI服务器的功率远高于标准服务器，高于3kW的高功率PSU的市场占有率将提升至80%，至20

3、30年达到115亿美元。台达、光宝、华为合计占据50%的PSU市场。宽禁带模块渗透率方面，基于SiC、GaN的高功率PSU将从2025年10%提升至约24%，市场规模约33.84亿美元。其中台达、光宝、华为以及康舒、村田、TDK、联想均已配有SiC、GaN相关PSU产品。AIAI服务器不仅对电源提出要求服务器不仅对电源提出要求，计算加速芯片本身的封装和供电也面临巨大挑战计算加速芯片本身的封装和供电也面临巨大挑战。如今一颗高端GPU/AI芯片模块功耗上千瓦，其封装需同时解决高电流供电和高热流密度散热的问题。当前2.5D/先进封装中常用的中介层或封装基板材料包括硅、玻璃和有机材料（如改性树脂基板）

4、，各有优缺点。在AI芯片功耗密度不断攀升的背景下，这些材料在散热、电气绝缘和机械强度方面暴露出一些瓶颈。近年来高端GPU功耗已从百W提高至千W，封装中集成多个芯片（GPU+多颗HBM）使热流密度骤增，使得高端GPU市场考虑将碳化硅用于封装市场。20252025年全球年全球CoWoSCoWoS及类及类CoWoSCoWoS封装总体产能预计将达到封装总体产能预计将达到8888.5 5万片万片，相较于相较于20242024年的年的4242.6 6万片万片，年增长率高达年增长率高达108108%。从当前2.5D封装结构及材料上来看，碳化硅材料或主要用于两个领域。一是用于chip上方与热沉之间的热界面材料

5、（TIM2）；其次是用于硅中介层替换。若实现完全替代，碳化硅衬底及外延需求将是CoWoS产能的2倍（TIM+中介层，以12英寸计）碳化硅功率器件的成本结构中碳化硅功率器件的成本结构中，衬底衬底+外延的成本占比远高于硅衬底外延的成本占比远高于硅衬底，其中导电其中导电N N型衬底使用量最大型衬底使用量最大。2024年，8英寸碳化硅晶圆主要被WolfSpeed用于器件制造，以及IDM厂商用于研发活动。随着主要IDM厂商开始在8英寸平台上推进规模化量产，预计8英寸N型衬底销量由2024年的4.61万片提升至2030年的70.4万片，年复合增长率达58%。国内公司在国内公司在8 8英寸英寸、1212英寸

6、碳化硅衬底研发领先英寸碳化硅衬底研发领先。2023年天岳先进成功研制8英寸碳化硅衬底，并于2024年天岳先进已成功研制12英寸碳化硅衬底，在半绝缘型、导电N型及导电P型产品上均有布局。碳化硅制造设备方面碳化硅制造设备方面，外延外延、离子注入离子注入、国产替代趋势正在加速国产替代趋势正在加速。PVT设备呈现一定的内部封闭特征，碳化硅衬底及器件龙头倾向于自建PVT设备来严格控制品质，多数领先的碳化硅芯片制造商通过收购或自主开发方式布局内部设备研发。除此之外，PVT设备市场主要由国内企业占据主导位置,其中北方华创市场占有率高达61%。衬底制备及外延后碳化硅器件及模组涉及前后道工艺与硅基器件类似，但高