回顾过去几年汽车电子领域的发展,碳化硅(SiC)“上车”一直是备受关注的热点话题。虽然SiC器件已经在汽车上实现批量应用,但是受限于SiC器件成本相对较高,在基数庞大的中低端汽车中还有相当大的增长潜力。当然,这取决于SiC器件的成本能否再下探,只有当成本下降到足够多才能吸引更多车厂选择这类器件。
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。SyTesmc
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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%。SyTesmc
在这种背景下,新能源汽车对车载SiC器件的需求将有多少?SyTesmc
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。SyTesmc
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。SyTesmc
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:SyTesmc
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。SyTesmc
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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。SyTesmc
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。SyTesmc
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。SyTesmc
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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。SyTesmc
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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。SyTesmc
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。SyTesmc
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。SyTesmc
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。SyTesmc
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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。SyTesmc
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。SyTesmc
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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。SyTesmc
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。SyTesmc
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。SyTesmc
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。SyTesmc
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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:SyTesmc
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