SiC器件“上车”新进展：国产力量崛起推动汽车电子革新

在近日的“第12届中国硬科技产业链创新趋势峰会上”，清纯半导体(宁波)有限公司市场经理詹旭标分享了SiC技术在车载电驱和供电电源领域的最新趋势。同时，他还分享了国内外的SiC产业链企业的产能扩张、投资现状，以及SiC器件技术进展。O0Oesmc

SiC器件“上车”的最新进展

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在过去5-10年里，中国新能源汽车的迅猛发展。2023年中国新能源汽车销量约为950万辆，市场占有率达到该年汽车总销量的31.6%。预计2024年，中国新能源汽车销量将达1200-1300万辆，市占率或超过全球新能源汽车市场的45%。O0Oesmc

在这种背景下，新能源汽车对车载SiC器件的需求将有多少？O0Oesmc

2017年特斯拉发布了全球首款基于SiC驱逆变器的车型Model 3，2020年比亚迪发布了中国首款基于SiC主驱的汽车比亚迪·汉EV。紧接着，接下来几年时间里，各大主驱厂和车厂纷纷投身于SiC平台的研发。据《2023碳化硅 (SiC) 产业调研白皮书》统计，截至2023年，公开的国产SiC车型合计142款，其中乘用车型有76款，仅在2023年新增的款式大概就有45款。O0Oesmc

现如今，新能源汽车主驱采用的主流器件，仍以750V、1200V SiC MOSFET为主。在当前的400V电压平台上，车厂开始采用750V的SiC器件来替代传统的Si器件，以提升系统的性能和效率。这种转变是新能源汽车主驱动系统大规模应用的关键，因为它满足了对于更高性能和可靠性的需求。当前，SiC要在车载主驱中有更大规模的商用，其器件性能、质量、价格、产能需要达到一些必要的条件。O0Oesmc

SiC提升续航里程，缓解汽车充电焦虑

在新能源汽车领域，技术的创新始终是推动行业发展的核心动力。随着电动汽车市场的日益成熟，消费者对于车辆的续航能力和充电便捷性提出了更高的要求。为了满足这些需求，汽车制造商和供应商正不断探索更高效、更可靠的半导体材料和技术。在这样的背景下，SiC技术的应用显得尤为重要，以下便是SiC为新能源汽车带来的几大益处：O0Oesmc

• 第一，提升新能源汽车的续航里程。得益于SiC MOSFETS的低导通电阻、低开关损耗，SiC方案与传统的硅基IGBT方案相比，能让电机控制器系统减少70%的损耗，从而可为汽车增加5%的行驶里程。
• 第二，解决充电焦虑的问题。新能源汽车充满电所花费的时间，比燃油车加满油耗时更久，潜在用户担忧新能源汽车不能快速充电。新能源汽车行业正通过提升充电功率，来缓解汽车充电慢的问题，预计在2025年能实现15分钟补电80%。

除了新能源汽车主驱行业之外，充电桩行业也是非常活跃的市场，SiC器件在充电桩领域的市场规模也很大。由于直流快充桩电压需要提升到800-1000V，所用功率器件耐压必须提高到1200V以上，因此适用于高压、高温工况环境的碳化硅材料，特别适用于快充桩的市场需求。O0Oesmc

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现如今，充电桩市场已经进入充分竞争的阶段。截至2024年，国内充电桩用SiC器件市场规模已达25亿人民币，中国充电桩保有量达到1000万左右。按照工信部规划显示，到2025年我国将实现车桩比2:1，2030年车桩比达到1:1。预计到2030年，中国新能源汽车保有量将达6000万辆。以上两组数据意味着，未来5年左右还需增加5000万个充电桩。O0Oesmc

根据现在的快充桩的设计方案来看，充电模块中已经开始采用SiC，加上在DC-DC、PFC的应用，一个充电桩至少会使用8颗SiC器件，所以SiC在充电桩的市场规模也非常大。未来，随着充电桩网络的不断完善，新能源汽车的普及率将进一步提高，这对于推动绿色出行、减少碳排放具有重要意义。O0Oesmc

中国SiC产业及技术的现状

虽然国内SiC产业链已经得到初步的建设，国产SiC产业链参与者在材料、衬底、外延、器件等环节均做出了一定的成绩，但是现在SiC市场仍然国外企业占主导地位。O0Oesmc

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据Yole预计，到2025年全球SiC市场规模将接近60亿美元，年复合增长率预计约为36.7%。SiC又是市场份额占比非常集中的行业，全球前5家企业的市场份额合计高达91.9%。目前，具有市占比优势的SiC头部企业以外企为主，与之相比，国内SiC的市场份额占比还比较小。O0Oesmc

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再看国内外SiC企业的产能扩张现状。上面这张图收集了国外主要供应商扩张SiC产能的信息，比如Wolfspeed 2023年年产107万片SiC晶圆，该公司计划投入65亿美元扩充产能；Rohm 2023年年产40万片SiC晶圆，该公司计划在2021至2027年投入5100亿日元(约合37亿美元)扩充产能；onsemi 2023年年产28.8万片SiC晶圆，该公司投入20亿美元扩建长线，并计划到2025年提升产能至117.6万片/年。O0Oesmc

此外，英飞凌在马来西亚居林的200毫米(6英寸)SiC功率半导体晶圆厂(3号工厂)一期项目已于今年8月开业，预计2025年开始量产；意法半导体一方面升级了西西里岛工厂，另一方面与三安在重庆成立合资公司，合资公司投资约220元人民币；博世收购美国TSI半导体资产，并投资15亿美元将TSI原产线升级为碳化硅生产线，2026年起该厂有望实现8英寸工艺平台碳化硅器件量产。O0Oesmc

詹旭标表示，与国际SiC巨头的扩产动作相比，国内厂商针对SiC的投资较为分散，产能提升也较为有限。据不完全统计，国产SiC产能规划投资金额大概是1000亿人民币，但这些投资非常分散，国内也暂未形成头部SiC企业。O0Oesmc

根据国内SiC企业公开的规划，预计到2026年，中国SiC产能、衬底产能将达460万片，这些产能可满足约3000万辆新能源汽车的SiC器件需求。同时2026年中国新能源汽车的产量大约在2800万至2900万辆之间，所以SiC将进入产能过剩阶段。O0Oesmc

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另外，随着全球SiC材料的产能快速扩展，国产SiC器件的设计和制造快速发展，并且SiC器件产能也持续扩展。除了在主驱、充电桩上的应用之外，SiC在光伏、储能、充电模块等细分市场的发展也十分迅速，产能过剩危机也推动SiC主流器件价格在快速下降。从长远来看，产业链企业需提高技术迭代，以此来实现SiC技术的降本。O0Oesmc

詹旭标举例称，从去年9月到今年4月，1200V/40mΩ SiC MOSFET的平均价格已经从35元跌到23元，下降幅度达到35%。对比同类型的1200V/40mΩ硅基IGBT的价格，目前SiC器件的价格是硅基器件的1.5-2倍。他预计，未来两三年后，SiC器件与同规格IGBT器件的价格对比数值有望下降到1.2-1.5倍。届时，SiC在将迎来更广阔的市场前景。O0Oesmc

国产SiC器件技术进展及发展趋势

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随着SiC在车载主驱、光储充行业的快速发展，国内SiC产业链也正日趋完善。从材料/辅材，到衬底、外延、加工设备，再到设计、代工，SiC产业链环节已经基本完善。詹旭标评价道，在每个环节都出现了一些典型的代表企业，整体技术水平与国际头部企业的差距已经相当小。O0Oesmc

对比清纯半导体与国外SiC大厂的技术路线。现阶段，清纯半导体的SiC产品平均每一年迭代一次，公司第一代SiC MOSFET产品Rsp(导通电阻)为3.3mΩ左右，到2023年发布的第二代的Rsp已经达到了2.8mΩ，而ST 2022年的1200V MOSFET的Rsp是2.8mΩ。O0Oesmc

清纯半导体在今年将发布第三代SiC MOSFET，其Rsp可以做到2.4mΩ，基本与国际巨头的产品对齐，2025年预计会推出第四代SiC MOSFET，届时导通电阻将更低。此外，詹旭标还介绍说，公司的产品在栅极串扰电压、串扰能力、震荡能力、动态耗损对比等方面的表现也非常出色，一些指标甚至优异国际SiC大厂的同代产品。O0Oesmc

从SiC材料到市场应用的全面总结

在演讲的最后，詹旭标从SiC材料、器件、工艺、产业发展趋势方面进行了总结。他指出，目前SiC晶圆主流尺寸是6英寸，接下来的趋势是向进一步降低成本、提升良率，向大尺寸、低缺陷SiC衬底及外延制备方向发展；SiC器件方面主要往比导通电阻更低的水平去设计，同时可靠性或鲁棒性也逐渐向硅基IGBT对齐；SiC工艺方面需加强沟道迁移率。O0Oesmc

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另外，SiC产业呈现动态发展的趋势，第一阶段是国际芯片供应商主导供应链，国内SiC材料实现部分替代，第二阶段是国内市场实现全面国产替代，国际芯片与终端企业、国内企业展开全面合作。他简要总结为以下六点：O0Oesmc

• 第一，SiC半导体产业发展非常迅猛，国内在SiC材料、器件量产已进入内卷和洗牌快车道；
• 第二，SiC功率器件在光储充的国产替代已经大批量应用，现在成功推进了2-3年，其市场规模正在持续扩大，部分企业已率先完成100%国产替代；
• 第三，国产车规级SiC MOSFET技术与产能已对标国际水平，但由于受各种原因的影响，SiC MOSFET在乘用车主驱应用上仍依赖进口，相信未来2-3年后这种局面将有大幅改善；
• 第四，由于竞争激烈和应用场景复杂，车规级SiC MOSFET可靠性标准逐年提高，这也将进一步推动设计和制造技术进步；
• 第五，激烈的竞争促使国内SiC半导体产品价格快速下降、质量不断提高、产能持续扩大，主驱芯片国产替代已经起步并将逐步上量，这最终将主导全球SiC供应链；
• 第六，国际企业与国内企业在优势互补的基础上实现强强联合。