在近日的“第12屆中國硬科技產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新趨勢峰會上”，清純半導(dǎo)體(寧波)有限公司市場經(jīng)理詹旭標(biāo)分享了SiC技術(shù)在車載電驅(qū)和供電電源領(lǐng)域的最新趨勢。同時，他還分享了國內(nèi)外的SiC產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)張、投資現(xiàn)狀，以及SiC器件技術(shù)進(jìn)展。XzSesmc

SiC器件“上車”的最新進(jìn)展

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在過去5-10年里，中國新能源汽車的迅猛發(fā)展。2023年中國新能源汽車銷量約為950萬輛，市場占有率達(dá)到該年汽車總銷量的31.6%。預(yù)計2024年，中國新能源汽車銷量將達(dá)1200-1300萬輛，市占率或超過全球新能源汽車市場的45%。XzSesmc

在這種背景下，新能源汽車對車載SiC器件的需求將有多少？XzSesmc

2017年特斯拉發(fā)布了全球首款基于SiC驅(qū)逆變器的車型Model 3，2020年比亞迪發(fā)布了中國首款基于SiC主驅(qū)的汽車比亞迪·漢EV。緊接著，接下來幾年時間里，各大主驅(qū)廠和車廠紛紛投身于SiC平臺的研發(fā)。據(jù)《2023碳化硅 (SiC) 產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》統(tǒng)計，截至2023年，公開的國產(chǎn)SiC車型合計142款，其中乘用車型有76款，僅在2023年新增的款式大概就有45款。XzSesmc

現(xiàn)如今，新能源汽車主驅(qū)采用的主流器件，仍以750V、1200V SiC MOSFET為主。在當(dāng)前的400V電壓平臺上，車廠開始采用750V的SiC器件來替代傳統(tǒng)的Si器件，以提升系統(tǒng)的性能和效率。這種轉(zhuǎn)變是新能源汽車主驅(qū)動系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵，因?yàn)樗鼭M足了對于更高性能和可靠性的需求。當(dāng)前，SiC要在車載主驅(qū)中有更大規(guī)模的商用，其器件性能、質(zhì)量、價格、產(chǎn)能需要達(dá)到一些必要的條件。XzSesmc

SiC提升續(xù)航里程，緩解汽車充電焦慮

在新能源汽車領(lǐng)域，技術(shù)的創(chuàng)新始終是推動行業(yè)發(fā)展的核心動力。隨著電動汽車市場的日益成熟，消費(fèi)者對于車輛的續(xù)航能力和充電便捷性提出了更高的要求。為了滿足這些需求，汽車制造商和供應(yīng)商正不斷探索更高效、更可靠的半導(dǎo)體材料和技術(shù)。在這樣的背景下，SiC技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為重要，以下便是SiC為新能源汽車帶來的幾大益處：XzSesmc

• 第一，提升新能源汽車的續(xù)航里程。得益于SiC MOSFETS的低導(dǎo)通電阻、低開關(guān)損耗，SiC方案與傳統(tǒng)的硅基IGBT方案相比，能讓電機(jī)控制器系統(tǒng)減少70%的損耗，從而可為汽車增加5%的行駛里程。
• 第二，解決充電焦慮的問題。新能源汽車充滿電所花費(fèi)的時間，比燃油車加滿油耗時更久，潛在用戶擔(dān)憂新能源汽車不能快速充電。新能源汽車行業(yè)正通過提升充電功率，來緩解汽車充電慢的問題，預(yù)計在2025年能實(shí)現(xiàn)15分鐘補(bǔ)電80%。

除了新能源汽車主驅(qū)行業(yè)之外，充電樁行業(yè)也是非?；钴S的市場，SiC器件在充電樁領(lǐng)域的市場規(guī)模也很大。由于直流快充樁電壓需要提升到800-1000V，所用功率器件耐壓必須提高到1200V以上，因此適用于高壓、高溫工況環(huán)境的碳化硅材料，特別適用于快充樁的市場需求。XzSesmc

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現(xiàn)如今，充電樁市場已經(jīng)進(jìn)入充分競爭的階段。截至2024年，國內(nèi)充電樁用SiC器件市場規(guī)模已達(dá)25億人民幣，中國充電樁保有量達(dá)到1000萬左右。按照工信部規(guī)劃顯示，到2025年我國將實(shí)現(xiàn)車樁比2:1，2030年車樁比達(dá)到1:1。預(yù)計到2030年，中國新能源汽車保有量將達(dá)6000萬輛。以上兩組數(shù)據(jù)意味著，未來5年左右還需增加5000萬個充電樁。XzSesmc

根據(jù)現(xiàn)在的快充樁的設(shè)計方案來看，充電模塊中已經(jīng)開始采用SiC，加上在DC-DC、PFC的應(yīng)用，一個充電樁至少會使用8顆SiC器件，所以SiC在充電樁的市場規(guī)模也非常大。未來，隨著充電樁網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，新能源汽車的普及率將進(jìn)一步提高，這對于推動綠色出行、減少碳排放具有重要意義。XzSesmc

中國SiC產(chǎn)業(yè)及技術(shù)的現(xiàn)狀

雖然國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)得到初步的建設(shè)，國產(chǎn)SiC產(chǎn)業(yè)鏈參與者在材料、襯底、外延、器件等環(huán)節(jié)均做出了一定的成績，但是現(xiàn)在SiC市場仍然國外企業(yè)占主導(dǎo)地位。XzSesmc

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據(jù)Yole預(yù)計，到2025年全球SiC市場規(guī)模將接近60億美元，年復(fù)合增長率預(yù)計約為36.7%。SiC又是市場份額占比非常集中的行業(yè)，全球前5家企業(yè)的市場份額合計高達(dá)91.9%。目前，具有市占比優(yōu)勢的SiC頭部企業(yè)以外企為主，與之相比，國內(nèi)SiC的市場份額占比還比較小。XzSesmc

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再看國內(nèi)外SiC企業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)張現(xiàn)狀。上面這張圖收集了國外主要供應(yīng)商擴(kuò)張SiC產(chǎn)能的信息，比如Wolfspeed 2023年年產(chǎn)107萬片SiC晶圓，該公司計劃投入65億美元擴(kuò)充產(chǎn)能；Rohm 2023年年產(chǎn)40萬片SiC晶圓，該公司計劃在2021至2027年投入5100億日元(約合37億美元)擴(kuò)充產(chǎn)能；onsemi 2023年年產(chǎn)28.8萬片SiC晶圓，該公司投入20億美元擴(kuò)建長線，并計劃到2025年提升產(chǎn)能至117.6萬片/年。XzSesmc

此外，英飛凌在馬來西亞居林的200毫米(6英寸)SiC功率半導(dǎo)體晶圓廠(3號工廠)一期項(xiàng)目已于今年8月開業(yè)，預(yù)計2025年開始量產(chǎn)；意法半導(dǎo)體一方面升級了西西里島工廠，另一方面與三安在重慶成立合資公司，合資公司投資約220元人民幣；博世收購美國TSI半導(dǎo)體資產(chǎn)，并投資15億美元將TSI原產(chǎn)線升級為碳化硅生產(chǎn)線，2026年起該廠有望實(shí)現(xiàn)8英寸工藝平臺碳化硅器件量產(chǎn)。XzSesmc

詹旭標(biāo)表示，與國際SiC巨頭的擴(kuò)產(chǎn)動作相比，國內(nèi)廠商針對SiC的投資較為分散，產(chǎn)能提升也較為有限。據(jù)不完全統(tǒng)計，國產(chǎn)SiC產(chǎn)能規(guī)劃投資金額大概是1000億人民幣，但這些投資非常分散，國內(nèi)也暫未形成頭部SiC企業(yè)。XzSesmc

根據(jù)國內(nèi)SiC企業(yè)公開的規(guī)劃，預(yù)計到2026年，中國SiC產(chǎn)能、襯底產(chǎn)能將達(dá)460萬片，這些產(chǎn)能可滿足約3000萬輛新能源汽車的SiC器件需求。同時2026年中國新能源汽車的產(chǎn)量大約在2800萬至2900萬輛之間，所以SiC將進(jìn)入產(chǎn)能過剩階段。XzSesmc

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另外，隨著全球SiC材料的產(chǎn)能快速擴(kuò)展，國產(chǎn)SiC器件的設(shè)計和制造快速發(fā)展，并且SiC器件產(chǎn)能也持續(xù)擴(kuò)展。除了在主驅(qū)、充電樁上的應(yīng)用之外，SiC在光伏、儲能、充電模塊等細(xì)分市場的發(fā)展也十分迅速，產(chǎn)能過剩危機(jī)也推動SiC主流器件價格在快速下降。從長遠(yuǎn)來看，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)需提高技術(shù)迭代，以此來實(shí)現(xiàn)SiC技術(shù)的降本。XzSesmc

詹旭標(biāo)舉例稱，從去年9月到今年4月，1200V/40mΩ SiC MOSFET的平均價格已經(jīng)從35元跌到23元，下降幅度達(dá)到35%。對比同類型的1200V/40mΩ硅基IGBT的價格，目前SiC器件的價格是硅基器件的1.5-2倍。他預(yù)計，未來兩三年后，SiC器件與同規(guī)格IGBT器件的價格對比數(shù)值有望下降到1.2-1.5倍。屆時，SiC在將迎來更廣闊的市場前景。XzSesmc

國產(chǎn)SiC器件技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展趨勢

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隨著SiC在車載主驅(qū)、光儲充行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈也正日趨完善。從材料/輔材，到襯底、外延、加工設(shè)備，再到設(shè)計、代工，SiC產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)已經(jīng)基本完善。詹旭標(biāo)評價道，在每個環(huán)節(jié)都出現(xiàn)了一些典型的代表企業(yè)，整體技術(shù)水平與國際頭部企業(yè)的差距已經(jīng)相當(dāng)小。XzSesmc

對比清純半導(dǎo)體與國外SiC大廠的技術(shù)路線?，F(xiàn)階段，清純半導(dǎo)體的SiC產(chǎn)品平均每一年迭代一次，公司第一代SiC MOSFET產(chǎn)品Rsp(導(dǎo)通電阻)為3.3mΩ左右，到2023年發(fā)布的第二代的Rsp已經(jīng)達(dá)到了2.8mΩ，而ST 2022年的1200V MOSFET的Rsp是2.8mΩ。XzSesmc

清純半導(dǎo)體在今年將發(fā)布第三代SiC MOSFET，其Rsp可以做到2.4mΩ，基本與國際巨頭的產(chǎn)品對齊，2025年預(yù)計會推出第四代SiC MOSFET，屆時導(dǎo)通電阻將更低。此外，詹旭標(biāo)還介紹說，公司的產(chǎn)品在柵極串?dāng)_電壓、串?dāng)_能力、震蕩能力、動態(tài)耗損對比等方面的表現(xiàn)也非常出色，一些指標(biāo)甚至優(yōu)異國際SiC大廠的同代產(chǎn)品。XzSesmc

從SiC材料到市場應(yīng)用的全面總結(jié)

在演講的最后，詹旭標(biāo)從SiC材料、器件、工藝、產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢方面進(jìn)行了總結(jié)。他指出，目前SiC晶圓主流尺寸是6英寸，接下來的趨勢是向進(jìn)一步降低成本、提升良率，向大尺寸、低缺陷SiC襯底及外延制備方向發(fā)展；SiC器件方面主要往比導(dǎo)通電阻更低的水平去設(shè)計，同時可靠性或魯棒性也逐漸向硅基IGBT對齊；SiC工藝方面需加強(qiáng)溝道遷移率。XzSesmc

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另外，SiC產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)動態(tài)發(fā)展的趨勢，第一階段是國際芯片供應(yīng)商主導(dǎo)供應(yīng)鏈，國內(nèi)SiC材料實(shí)現(xiàn)部分替代，第二階段是國內(nèi)市場實(shí)現(xiàn)全面國產(chǎn)替代，國際芯片與終端企業(yè)、國內(nèi)企業(yè)展開全面合作。他簡要總結(jié)為以下六點(diǎn)：XzSesmc

• 第一，SiC半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅猛，國內(nèi)在SiC材料、器件量產(chǎn)已進(jìn)入內(nèi)卷和洗牌快車道；
• 第二，SiC功率器件在光儲充的國產(chǎn)替代已經(jīng)大批量應(yīng)用，現(xiàn)在成功推進(jìn)了2-3年，其市場規(guī)模正在持續(xù)擴(kuò)大，部分企業(yè)已率先完成100%國產(chǎn)替代；
• 第三，國產(chǎn)車規(guī)級SiC MOSFET技術(shù)與產(chǎn)能已對標(biāo)國際水平，但由于受各種原因的影響，SiC MOSFET在乘用車主驅(qū)應(yīng)用上仍依賴進(jìn)口，相信未來2-3年后這種局面將有大幅改善；
• 第四，由于競爭激烈和應(yīng)用場景復(fù)雜，車規(guī)級SiC MOSFET可靠性標(biāo)準(zhǔn)逐年提高，這也將進(jìn)一步推動設(shè)計和制造技術(shù)進(jìn)步；
• 第五，激烈的競爭促使國內(nèi)SiC半導(dǎo)體產(chǎn)品價格快速下降、質(zhì)量不斷提高、產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)大，主驅(qū)芯片國產(chǎn)替代已經(jīng)起步并將逐步上量，這最終將主導(dǎo)全球SiC供應(yīng)鏈；
• 第六，國際企業(yè)與國內(nèi)企業(yè)在優(yōu)勢互補(bǔ)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。