VestLab 深度投研报告：先进陶瓷与 800V 革命——重塑功率电子的物理基石

1. 执行摘要：功率电子的“陶瓷时代”与范式转移

在能源转型的宏大叙事中，资本市场的目光往往过度聚焦于锂电池的化学体系迭代或光伏组件的转换效率。然而，VestLab 的深度产业链调研发现，随着电动汽车（EV）向 800V 高压快充平台 迈进，以及 碳化硅（SiC） 第三代半导体的大规模应用，功率电子行业正面临一场物理层面的“范式转移”。

这场变革的核心矛盾，不再是电能的存储，而是电能的高效管理与热耗散。这一矛盾将一种长期被视为“利基材料”的先进陶瓷——特别是氮化硅（$Si_3N_4$）和氮化铝（$AlN$）——推向了舞台中央。传统的氧化铝（$Al_2O_3$）DBC（直接覆铜）基板已无法承受 SiC 器件的高功率密度和极端热循环，活性金属钎焊（AMB）氮化硅基板正成为支撑高性能电驱动系统不可或缺的“外骨骼”。

本报告基于详尽的产业链数据与技术分析，提出以下核心投资逻辑：

• 材料学的“死亡之谷”与“阿波罗时刻”：先进陶瓷并非普通大宗商品，其上游高纯粉体（特别是 $Si_3N_4$）长期被日本企业（如 UBE、Denka）垄断，形成了极高的技术壁垒。中国企业的国产化突围（如中材高新）不仅是供应链安全的需要，更是打破成本僵局的关键，这标志着行业进入了高壁垒、高毛利的国产替代加速期。
• AMB 工艺的护城河：从传统的 DBC 工艺向 AMB 工艺的转型，意味着制造难度呈指数级上升。这涉及复杂的活性金属化学配方、真空钎焊工艺及极其苛刻的良率控制。能够掌握这一核心工艺的企业（如江苏富乐华、潮州三环）将构建起深厚的护城河。
• 甚至超越 SiC 本身的增速：随着 800V 车型从高端向中端下沉（如小米 SU7、极氪、智界等），SiC 功率模块的需求爆发。由于每个 SiC 模块必须配备高性能陶瓷基板，且基板价值量在模块中占比高达 15%-20%，我们预测 $Si_3N_4$ AMB 基板市场的复合年增长率（CAGR）将显著高于下游整车增速，具备极强的“阿尔法”属性。

建议关注标的：

• 中材科技 (002080.SZ)：旗下中材高新氮化物陶瓷掌握上游核心粉体技术及全产业链能力，是国产替代的领军者。
• 潮州三环 (300408.SZ)：凭借电子陶瓷领域的深厚积淀与大规模制造能力，在陶瓷基板领域具备极强的成本控制与扩产潜力。
• 安徽富乐德 (301370.SZ) / 江苏富乐华：作为 Ferrotec 集团在中国布局的核心资产，江苏富乐华是目前国内 AMB 基板产能与技术的绝对龙头，资产重组预期强烈。
• 圣达电子 (Shengda Tech)：在氮化铝及 AMB 领域深耕多年的实力玩家。

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2. 宏观背景：电气化浪潮下的硬科技焦虑

2.1 全球能源转型的深水区

全球碳中和目标的推进已进入深水区，单纯依靠政策驱动的“量变”正转向由技术效率驱动的“质变”。在这一阶段，能源转换效率每提升 1%，都意味着数十亿度的电力节约。

• 电动汽车的“里程焦虑”终结者：为了实现与燃油车相当的补能体验，EV 行业已达成共识——必须普及 4C 甚至 6C 超充技术，实现“充电 10 分钟，续航 400 公里”。这直接导致整车电压平台从 400V 跃升至 800V 甚至更高。
• 数据中心的算力热潮：随着 AI 大模型的爆发，服务器功率密度激增，对散热材料提出了前所未有的要求。
• 5G/6G 的毫米波挑战：通信频率的提升导致基站射频前端（RF）热通量密度剧增，传统 PCB 材料难以为继。

2.2 第三代半导体的物理挑战

以 碳化硅（SiC） 和 氮化镓（GaN） 为代表的宽禁带（WBG）半导体是这一轮变革的引擎。然而，好马需配好鞍。SiC 芯片虽然具备耐高压、耐高温（>175°C）和高频开关的特性，但其芯片面积仅为同功率硅基 IGBT 的 1/5 到 1/10，这意味着**热流密度（Heat Flux Density）**呈数倍增长。

传统的封装材料成为了制约 SiC 性能释放的短板。如果基板不能及时将热量导出，昂贵的 SiC 芯片将因热失控而烧毁。因此，先进陶瓷基板不再是简单的结构件，而是成为了决定功率模块性能上限的功能件。

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3. 行业结构与材料科学：陶瓷基板的“三国杀”

在电子陶瓷领域，并非所有材料都能胜任高压环境。目前市场主要围绕三种核心材料展开竞争：氧化铝（$Al_2O_3$）、氮化铝（$AlN$）和氮化硅（$Si_3N_4$）。理解它们的物理差异，是理解投资逻辑的基础。

3.1 氧化铝 ($Al_2O_3$)：没落的旧贵族

• 地位：它是最成熟、成本最低的陶瓷基板材料，占据了传统功率模块（如家电、工业电机、早期 400V 汽车）的绝大部分市场份额。
• 性能短板：热导率低（约 20-24 W/m·K），机械强度中等（抗弯强度 ~300-400 MPa）。
• 投资视角：在 800V SiC 时代，氧化铝基板属于被淘汰的技术路线。它无法满足高功率密度的散热需求，其市场份额将随着 IGBT 向 SiC 的转型而逐步萎缩。

3.2 氮化铝 ($AlN$)：极致的散热专家

• 地位：热导率之王。其理论热导率可达 320 W/m·K，商业化产品通常在 170-230 W/m·K，是氧化铝的 7-9 倍。此外，其热膨胀系数（CTE ~4.5 ppm/K）与硅（Si）芯片高度匹配。
• 致命弱点：脆。氮化铝的断裂韧性（$K_{IC}$）非常低，仅为 3-4 MPa·$m^{1/2}$。在剧烈的机械震动或大幅度的热冲击下（如汽车急加速急减速导致的温度剧变），氮化铝基板容易发生断裂。
• 应用场景：它更适合环境相对稳定、对散热要求极高的场景，如 5G 基站射频功放、大功率 LED 封装、光通信模块以及部分工业级变频器。虽然也有用于汽车，但多限于非牵引逆变器部件。
• 市场格局：日本德山（Tokuyama）、丸和（Maruwa）掌握核心技术。国内圣达电子、潮州三环在这一领域有较强布局。

3.3 氮化硅 ($Si_3N_4$)：六边形战士，EV 的版本答案

• 地位：当前 800V 电动汽车主驱逆变器的绝对首选。
• 物理魔法：氮化硅陶瓷在微观结构上呈现长柱状晶粒交织的“自增韧”结构（类似混凝土中的钢筋），这赋予了它极高的机械强度（抗弯强度 >800 MPa）和断裂韧性（6.5-7.0 MPa·$m^{1/2}$），是氮化铝的 2 倍以上。
• 热学性能：虽然其热导率（80-90 W/m·K）不及氮化铝，但已是氧化铝的 3-4 倍。
• 核心逻辑：

  • 可靠性：由于强度极高，氮化硅基板可以承受数千次甚至上万次的热循环（-40°C 到 +150°C）而不开裂，这是车规级验证（AEC-Q100 等）的核心门槛。
  • 厚铜键合能力：因为陶瓷本身够强，所以可以在其表面覆接更厚的铜层（0.5mm 甚至 0.8mm+）。厚铜层本身具有极高的热导率（390 W/m·K）和热容，这在很大程度上弥补了氮化硅本身热导率不如氮化铝的遗憾，综合散热效果极佳。

特性指标	氧化铝 ($Al_2O_3$)	氮化铝 ($AlN$)	氮化硅 ($Si_3N_4$)	投资启示
热导率 (W/m·K)	24	170 - 230	90 (高导热型)	$AlN$ 适合 5G/光通信；$Si_3N_4$ 适合 EV。
抗弯强度 (MPa)	350	350	> 800	$Si_3N_4$ 机械性能断层领先。
断裂韧性 (MPa·$m^{1/2}$)	4.0	3.0	6.5 - 7.0	$Si_3N_4$ 是唯一能承受恶劣车况的材料。
热膨胀系数 (ppm/K)	7.1	4.5 (匹配 Si)	3.0 (匹配 SiC)	$Si_3N_4$ 与第三代半导体 SiC 完美适配。
热冲击寿命 (次)	< 500	~ 1,000	> 5,000	车规级可靠性的决定性因素。
成本 (相对值)	1	3-5	5-8	高价值量意味着高毛利空间。

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4. 技术深潜：从 DBC 到 AMB 的工艺革命

如果说材料是基础，那么金属化工艺就是将陶瓷变为电路板的关键。行业正经历从 DBC 向 AMB 的技术迁徙。

4.1 DBC（Direct Bond Copper，直接覆铜）

• 原理：利用铜与氧元素在高温（~1065°C）下形成的共晶液相，使铜箔直接结合在陶瓷上。
• 局限：无法直接用于氮化物：$AlN$ 和 $Si_3N_4$ 表面没有氧，必须先进行预氧化处理，工艺窗口极难控制。结合力弱：DBC 的结合层较脆，在厚铜或大温差下容易剥离，难以满足车规级严苛的冷热冲击要求。

4.2 AMB（Active Metal Brazing，活性金属钎焊）——行业的新宠

• 原理：在焊料中加入少量的活性元素（如钛 Ti、锆 Zr），在真空高温（~800-900°C）下，活性金属主动与陶瓷表面的氮原子反应，生成 TiN 或 ZrN 反应层，从而像“化学铆钉”一样将铜牢牢焊在陶瓷上。
• 优势：

  • 超强结合力：是 DBC 的数倍，完美解决 $Si_3N_4$ 的键合难题。
  • 可靠性：能够承受极端的温度变化和机械应力，是 800V SiC 模块的标配工艺。
• 壁垒：

  • 配方壁垒：活性焊膏（Ag-Cu-Ti）的配比是核心机密。银含量高导致成本高，Ti 含量控制不当会导致反应层过厚或过薄。
  • 工艺壁垒：真空钎焊炉的温度曲线控制、活性金属的印刷均匀性、以及后续极其困难的蚀刻工艺（要蚀刻掉多余的活性金属而不伤及陶瓷和铜线路）提出了极高要求。
• 成本结构：AMB 基板成本中，原材料占比极高（特别是银浆和高性能陶瓷），且良率爬坡极难，初期良率往往不足 60%，导致成本居高不下。

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5. 供应链分析：全球格局与中国突围

先进陶瓷产业链呈现典型的“金字塔”结构：上游粉体高度垄断，中游基板制造寡头竞争，下游应用百花齐放。

5.1 上游：被“卡脖子”的粉体环节

粉体的纯度、粒度分布、晶相含量直接决定了陶瓷基板的性能。

• 氮化硅粉体 ($Si_3N_4$)：

  • 全球霸主：日本 UBE (宇部兴产)。UBE 采用独有的“二亚胺分解法”，生产出的粉体纯度极高、烧结活性好，占据了全球高端高导热氮化硅粉体 70% 以上的份额。其他玩家：日本 Denka（电化）、德国 AlzChem。
  • 中国突围：国内长期受制于粉体质量，但中材高新（Sinoma）已经实现了技术突破，其采用的硅粉氮化法或液相法产品性能已接近国际水平，逐步进入供应链。江苏博迁新材 也在高端纳米粉体领域有所布局。
• 氮化铝粉体 ($AlN$)：

  • 全球霸主：日本 Tokuyama (德山)。其还原氮化法生产的粉体是高导热 AlN 基板的标准原料。
  • 中国进展：厦门菊瓷、福建臻璟等企业已实现规模化量产，国产化率相对较高。

5.2 中游：基板制造的 AMB 之战

• 第一梯队（国际巨头）：

  • Rogers (罗杰斯)：美国公司（收购德国 Curamik），全球 AMB/DBC 市场份额第一，是 Infineon 等顶级半导体厂的首选供应商。
  • Ferrotec (日本/中国)：通过旗下江苏富乐华运营，是目前中国产能最大、技术最先进的 AMB 制造商，正处于高速扩张期。
  • Denka / Kyocera / NGK：日本传统陶瓷三巨头，技术积淀深厚。
• 第二梯队（中国新势力）：

  • 潮州三环 (CCTC)：凭借在电阻、MLCC 领域的陶瓷成型优势，快速切入陶瓷基板市场，具备极强的成本控制和大规模制造能力。
  • 圣达电子 (Shengda Tech)：在 AlN 及 AMB 领域有长期积累，是国内重要的供应商之一。
  • 比亚迪半导体 (BYD)：垂直整合模式，自建产线以保障自家 SiC 模块的供应安全，同时对外采购。
  • 博敏电子 / 华清电子：也在积极布局 AMB 产能。

5.3 下游：SiC 模块的爆发

• 整车厂与 Tier 1：比亚迪、特斯拉、蔚来、小鹏、理想等车企在 800V 车型上全面导入 SiC。
• 模块厂：意法半导体（ST）、英飞凌（Infineon）、安森美（Onsemi）占据主导，但国内的斯达半导、中车时代电气、宏微科技正在加速追赶，这为国产基板提供了绝佳的认证窗口。

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6. 市场规模与增长驱动力

6.1 市场容量测算

根据多家研究机构数据综合推演：

• 全球陶瓷基板市场：2024 年规模约 80-85 亿美元，预计到 2030 年将达到 120-130 亿美元，CAGR 约为 6%-7%。
• AMB 细分市场：这是真正的增长极。2024 年 AMB 市场规模约 2 亿美元（不含内部配套），但预计到 2033 年将超过 19 亿美元，CAGR 高达 25%-30%。这一增速远超传统陶瓷市场，主要由 EV 和储能逆变器驱动。

6.2 驱动力分析

• 单车价值量提升：传统 IGBT 模块使用氧化铝 DBC，价值量低（约 20-50 元/个）。800V SiC 模块必须使用氮化硅 AMB，单车价值量飙升至 300-500 元甚至更高（取决于电机数量和功率）。
• SiC 渗透率加速：2023 年全球 SiC 车型销量超 200 万辆，预计 2025 年将突破 600 万辆。华为 DriveONE、比亚迪汉/唐、极氪等爆款车型均标配 SiC。
• 光伏与储能：1500V 组串式逆变器对体积和效率要求极高，也在大量替代传统基板。

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7. 竞争壁垒与护城河

为什么说这个行业不仅仅是买设备就能干的？

7.1 技术配方壁垒（黑匣子）

陶瓷的烧结助剂（$Y_2O_3$, $MgO$ 等）和 AMB 焊膏的活性金属配比是各家的最高机密。微量的配方差异会导致热导率从 90 降至 60，或者导致车规级热循环测试在 500 次时就发生剥离。这种“Know-How”需要多年的试错积累。

7.2 设备与工艺壁垒

高端氮化硅需要 气压烧结（GPS） 甚至 热等静压（HIP） 炉，设备昂贵且多为进口。AMB 钎焊后的蚀刻工艺极其复杂，需要在不损伤陶瓷和铜线路的前提下，精准去除残留的活性金属反应层，这对化学刻蚀液的配方和制程控制提出了极高要求。

7.3 车规认证壁垒

汽车行业对供应链的认证周期极长（18-24 个月）。一旦进入供应链，由于机会成本极高，整车厂极少更换供应商。这形成了“先进者通吃”的局面。

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8. 重点关注公司深度分析

基于 VestLab 的模型筛选，我们建议重点关注以下具备核心资产和国产替代逻辑的企业：

8.1 中材科技 (002080.SZ) —— 材料端的核心资产

• 投资逻辑：全产业链霸主，打破粉体垄断。
• 核心资产：子公司中材高新氮化物陶瓷有限公司（Sinoma Advanced Nitride Ceramics）。
• 竞争优势：

  • 粉体自供：中材是国内极少数能够自产高性能氮化硅粉体的企业，这在 UBE 产能紧缺的背景下是巨大的战略优势。
  • 技术实力：拥有热等静压（HIP）氮化硅陶瓷球的量产技术，是全球第三家、国内首家进入国际高端轴承（SKF 等）供应链的企业，证明了其材料性能已达世界一流。
  • 基板布局：已开发出热导率 >90 W/m·K 的高导热氮化硅基板，产能正在快速释放，直接对标日本产品。
• 财务状况：虽然陶瓷业务在集团（主营风电叶片、玻纤）营收占比较小，但其作为高毛利、高成长的第二曲线，估值潜力巨大。

8.2 潮州三环 (300408.SZ) —— 制造端的规模之王

• 投资逻辑：电子陶瓷制造龙头，成本控制极致。
• 核心优势：

  • 成型技术：三环在光通信陶瓷插芯领域全球市占率第一，掌握了极强的陶瓷成型与烧结控制技术。
  • 扩产能力：公司在氧化铝、氮化铝基板领域已有深厚积累，正大力投入 AMB 产线。一旦技术完全跑通，三环有望凭借其大规模制造能力将 AMB 基板变成“标准品”，通过价格优势通过抢占市场份额。
  • SOFC 协同：其固体氧化物燃料电池（SOFC）隔膜业务与陶瓷基板在材料技术上有协同效应。
• 财务表现：高毛利、现金流健康，具备持续投入研发和扩产的底气。

8.3 Ferrotec 概念 (安徽富乐德 301370.SZ / 江苏富乐华) —— 市场端的绝对领袖

• 投资逻辑：资产重组预期，最纯正的 AMB 龙头。
• 背景：日本 Ferrotec 集团正在对其中国资产进行资本化运作。安徽富乐德是已上市的半导体洗净业务主体。而江苏富乐华（Jiangsu Fulehua）是 Ferrotec 旗下的功率半导体基板业务主体，也是目前中国最大的 AMB 基板制造商。
• 重组动态：公告显示，安徽富乐德正在筹划收购江苏富乐华。如果收购成功，安徽富乐德将瞬间变身为中国最纯正、规模最大的功率半导体陶瓷基板上市公司，基本面将发生根本性飞跃。
• 市场地位：江苏富乐华拥有月产数十万张基板的能力，客户覆盖全球主流模块厂，技术成熟度领先国内同行 3-5 年。

8.4 圣达电子 (Shengda Tech) & 其他玩家

• 圣达电子：在氮化铝 DBC 和 AMB 领域耕耘多年，是国内重要的第三方独立供应商，市场份额稳居国内前列。
• 胜宏科技 (300476.SZ)：主要为 PCB 厂商，但也开始通过收购或研发切入特种基板领域，值得关注其在车用厚铜板方面的进展。

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9. 机遇、挑战与结论

9.1 关键挑战

• 良率爬坡：AMB 工艺的良率提升是一个痛苦的过程，新进入者可能面临长达数年的亏损。
• 银价波动：AMB 焊膏中含有大量银，贵金属价格波动直接影响成本，这就要求企业具备极强的配方改良能力（如开发低银配方）。
• 地缘政治：上游粉体高度依赖日本，若供应链断裂，将倒逼国产粉体加速替代，这对中材科技是利好，对纯加工型企业是风险。

9.2 结论：拥抱“硬科技”红利

800V 架构的普及已不可逆转，氮化硅 AMB 基板作为这一架构的物理支撑，其需求确定性极高。VestLab 认为，当前正处于陶瓷基板行业从“导入期”向“成长期”跨越的关键节点。随着国产粉体的突破和 AMB 工艺的成熟，中国企业有望复制在锂电隔膜、负极材料领域的成功路径，实现从国产替代到全球供应的转变。

投资建议：首选：安徽富乐德（关注重组进展，确定性最强）、中材科技（材料源头，护城河最深）。配置：潮州三环（稳健的制造龙头）。关注：圣达电子及一级市场相关粉体企业。

在功率电子的微观世界里，陶瓷不仅是绝缘体，更是通向电气化未来的高速公路。

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免责声明：本报告仅代表 VestLab 投研观点，不构成直接投资建议。市场有风险，投资需谨慎。

来源：https://vestlab.beikee.org/

小宇宙播客 VestLab，连接：https://www.xiaoyuzhoufm.com/podcast/694f8d55c759026dcf29944f