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          【轉載-維科網】量產新能源車推動碳化硅產業鏈發展
          2021-01-28

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

          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到主驅上并迅速量產后,國內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制造的具有領先優勢的零部件。據稱,這也是首款采用SiC模塊的國產新能源汽車。無獨有偶,國內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。

          在規模應用后,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。

          新材料情報NMT |  量產新能源車推動碳化硅產業鏈發展

          SiC成為新能源汽車最佳選擇

          作為第三代半導體的代表,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等功率半導體中應用尤為廣泛,SiC成為實現新能源汽車最佳性能的理想選擇。目前,新能源汽車系統架構中涉及到功率半導體應用的組件包括三大部分:電機驅動器、車載充電器(OBC)/非車載充電樁、電源轉換系統(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,預計在2025年全面用SiC取代IGBT。

          根據Yole預測,2017-2023年,SiC功率器件市場將以每年31%的復合增長率增長,2023年將超過15億美元;而SiC行業龍頭Cree則表現得更為樂觀,其預計到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。

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          應用研發落后國外 國企道路阻且長

          從產業格局看,目前全球SiC產業格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態勢。其中美國全球獨大,占有全球SiC產量的70%-80%;歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產業鏈,在全球電力電子市場擁有強大的話語權;日本是設備和模塊開發方面的絕對領先者。

          日本:目前SiC器件在電動汽車(含混合動力汽車)上應用發展最快的是日本企業,典型為豐田公司,早在2014年5月他們正式發布了基于SiC半導體器件的零部件——應用于新能源汽車的功率控制單元(PCU)。另外,本田汽車公司、日產汽車公司均和羅姆公司就HEV/EV應用SiC半導體技術,共同開發出了使用SiC半導體器件的高功率電源模塊,將轉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技術的著名企業美國Cree公司開發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:應用方面,比亞迪也己投巨資布局第三代半導體材料SiC。目前,比亞迪己經成功研發了SiC MOSFET。預計到2023年,比亞迪將在旗下的電動車中,實現SiC基車用功率半導體對硅基IUBT的全面替代。

          雖然我國開展第三代半導體材料和器件方面的研究工作比較晚,但也有一些企業在產業化方面己初具規模,如SiC襯底制造商:北京天科合達半導體股份有限公司;SiC外延制造商:東莞天域半導體科技有限公司、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、泰科天潤半導體科技(北京)有限公司。同時我國多家半導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。

          總體來看,在汽車電力電子技術上,我國很多技術處于產業鏈空白,建立在現代功率半導體基礎上的電子電路、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體在新能源汽車上的應用成為未來發展趨勢,然而在這些領域,我國在其應用研發上明顯落后于國外,國內企業還有較長的路要走。

          曙光已現未來可期

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

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

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

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          但在未來新能源汽車市場轉移到中國后,國內成長起來的大鵬、蔚來、理想等新能源車企的量產將會和國內碳化硅廠商一起協同發展。相比起國外孤軍奮戰的特斯拉,國內新能源汽車市場將會為碳化硅產業鏈帶來更多的機會。


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