未來可期！量產(chǎn)新能源車推動碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

碳化硅在過去兩年的全球市場也發(fā)生了些“微妙”的變化：碳化硅襯底供應(yīng)開始嚴重不足，但科銳（Cree）已和數(shù)個關(guān)鍵公司簽署了長期供貨協(xié)議，并在2019年5月宣布未來五年投資10億美元，擴展襯底生產(chǎn)線；英飛凌收購了具有襯底制造技術(shù)的Siltectra；ST收購了Norstel55％的股權(quán)等。

這些變化背后的“始作俑者”竟是特斯拉。自特斯拉在引入碳化硅MOSFET到主驅(qū)上并迅速量產(chǎn)后，國內(nèi)新能源汽車也開始跟進，且得到了市場的廣泛接受。

去年7月，比亞迪新上市的漢EV旗艦車型其中電控部分使用的SiCMOSFET功率器件是比亞迪自主研發(fā)制造的具有領(lǐng)先優(yōu)勢的零部件。據(jù)稱，這也是首款采用SiC模塊的國產(chǎn)新能源汽車。無獨有偶，國內(nèi)另外一家新能源車企－－北汽新能源也正在測試在新能源汽車上采用SiC器件。

在規(guī)模應(yīng)用后，隨著成本的進一步下降，未來將越來越多的電動汽車采用SiC模塊，車用將是SiC模塊最大的增長動力。

SiC成為新能源汽車最佳選擇

作為第三代半導(dǎo)體的代表，SiC材料具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場、高的熱導(dǎo)率、高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，因此在IGBT、MOSFET等功率半導(dǎo)體中應(yīng)用尤為廣泛，SiC成為實現(xiàn)新能源汽車最佳性能的理想選擇。目前，新能源汽車系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到功率半導(dǎo)體應(yīng)用的組件包括三大部分：電機驅(qū)動器、車載充電器（OBC）／非車載充電樁、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載DC／DC）。

相比于IGBT，SiC是更為先進的做控制器的電力電子芯片。雖然成本是IGBT的8－10倍，但SiC可以大幅度提高電機轉(zhuǎn)速從而提升電機比功率。在做到高頻率和高效率的同時，體積還非常小，約比IGBT小70－80％。此外，SiC還具有高頻率但損耗低的優(yōu)勢，從而將新能源車效率再提高10％左右。這就意味著，電動車續(xù)航里程得到提升的同時，電池成本有可能大幅下降。

在這一點上，特斯拉為追求行駛里程僅5％的提升，不惜以貴幾倍的代價在業(yè)界率先全面采用SiC替代IGBT，Model3的控制器就是利用的SiC材料。比亞迪也宣布將在2023年全方位采用SiC替代，預(yù)計在2025年全面用SiC取代IGBT。

根據(jù)Yole預(yù)測，2017－2023年，SiC功率器件市場將以每年31％的復(fù)合增長率增長，2023年將超過15億美元；而SiC行業(yè)龍頭Cree則表現(xiàn)得更為樂觀，其預(yù)計到2022年，SiC在電動車用市場空間將快速成長到24億美元，是2017年車用SiC整體收入（700萬美元）的342倍。

應(yīng)用研發(fā)落后國外 國企道路阻且長

從產(chǎn)業(yè)格局看，目前全球SiC產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢。其中美國全球獨大，占有全球SiC產(chǎn)量的70％－80％；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，在全球電力電子市場擁有強大的話語權(quán)；日本是設(shè)備和模塊開發(fā)方面的絕對領(lǐng)先者。

日本：目前SiC器件在電動汽車（含混合動力汽車）上應(yīng)用發(fā)展最快的是日本企業(yè)，典型為豐田公司，早在2014年5月他們正式發(fā)布了基于SiC半導(dǎo)體器件的零部件——應(yīng)用于新能源汽車的功率控制單元（PCU）。另外，本田汽車公司、日產(chǎn)汽車公司均和羅姆公司就HEV／EV應(yīng)用SiC半導(dǎo)體技術(shù)，共同開發(fā)出了使用SiC半導(dǎo)體器件的高功率電源模塊，將轉(zhuǎn)換器和逆變器的二極管和晶體管全部由硅器件改為SiC器件。

美國：除了特斯拉，福特汽車公司2015年底宣布計劃為電動汽車項目投資45億美元，另外SiC技術(shù)的著名企業(yè)美國Cree公司開發(fā)了多款適合于新能源汽車使用的SiC功率模塊，并和合作伙伴合作推出了使用SiC功率模塊和二極管 的電動汽車充電樁整體解決方案。

中國：應(yīng)用方面，比亞迪也己投巨資布局第三代半導(dǎo)體材料SiC。目前，比亞迪己經(jīng)成功研發(fā)了SiC MOSFET。預(yù)計到2023年，比亞迪將在旗下的電動車中，實現(xiàn)SiC基車用功率半導(dǎo)體對硅基IUBT的全面替代。

雖然我國開展第三代半導(dǎo)體材料和器件方面的研究工作比較晚，但也有一些企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化方面己初具規(guī)模，如SiC襯底制造商：北京天科合達半導(dǎo)體股份有限公司；SiC外延制造商：東莞天域半導(dǎo)體科技有限公司、瀚天天成電子科技（廈門）有限公司；SiC器件制造商：南京國盛電子有限公司、泰科天潤半導(dǎo)體科技（北京）有限公司。同時我國多家半導(dǎo)體廠商也在積極布局SiC和GaN器件，華潤華晶微電子和華虹宏力就是其中的代表企業(yè)。

總體來看，在汽車電力電子技術(shù)上，我國很多技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈空白，建立在現(xiàn)代功率半導(dǎo)體基礎(chǔ)上的電子電路、芯片和模塊幾乎全都依賴進口。目前，以碳化硅、氮化鎵等為代表的第三代寬禁帶功率半導(dǎo)體在新能源汽車上的應(yīng)用成為未來發(fā)展趨勢，然而在這些領(lǐng)域，我國在其應(yīng)用研發(fā)上明顯落后于國外，國內(nèi)企業(yè)還有較長的路要走。

曙光已現(xiàn)未來可期

盡管市場現(xiàn)有情況不如人意，但應(yīng)用于新能源汽車的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)中，大的國際上、中游企業(yè)，已經(jīng)在瘋狂的擴產(chǎn)、提升產(chǎn)能了。而市場化的運作里，上游企業(yè)投入一般都是領(lǐng)先下游應(yīng)用1－2年的時間，這說明下游的應(yīng)用成本將會迅速的降低，馬上就要用到實際產(chǎn)品上來了。

開始也提到過，上游巨頭Cree兩次宣布其擴產(chǎn)計劃，投資近10億美元。上游的擴產(chǎn)最終結(jié)果將帶動成本降價，試錯的機會將會大幅增加，技術(shù)也會迅速提升。這是正相關(guān)的積極意義。

但必須注意的是，國外企業(yè)披露的擴產(chǎn)進度往往滯后于實際進度。面對國外龍頭企業(yè)的擴產(chǎn)周期短、投產(chǎn)速度快，國內(nèi)的企業(yè)無論是技術(shù)還是資金投入往往跟不上。等國外企業(yè)真正開始量產(chǎn)，國內(nèi)上游廠商面臨的市場競爭情況將會非常嚴重。

但在未來新能源汽車市場轉(zhuǎn)移到中國后，國內(nèi)成長起來的大鵬、蔚來、理想等新能源車企的量產(chǎn)將會和國內(nèi)碳化硅廠商一起協(xié)同發(fā)展。相比起國外孤軍奮戰(zhàn)的特斯拉，國內(nèi)新能源汽車市場將會為碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈帶來更多的機會。