登录

  • 收藏

    3
  • 点赞

    10
  • 评论

    1
  • 微信扫一扫分享

【芯视野】 千亿投资涌入 跑步上车的SiC将面临产能混战

来源:爱集微

#芯视野#

7天前

2020年7月,比亚迪汉EV正式上市,这款车型也具备了多个亮点,包括第一次搭载刀片电池,使用了华为HiCar系统等。但一点很多人没有注意到,那就是比亚迪汉的汉EV旗舰车型也是SiC MOSFET在国内首次上车。

继特斯拉在Model 3中使用SiC功率模块以后,全世界都兴起了SiC产业热潮。据国内第三方机构不完全统计,仅仅在国内,从2012年-2021年,SiC项目投资总额已达1200亿元。

SiC“上车”已经进入了快车道。

跑步上车

在国内车企中,除去造车新势力那几家,比亚迪是最愿意尝试新技术的。在为汉EV搭载SiC模块之后,比亚迪就没有止步,2021新款唐EV也加入了SiC电控系统。

新生代自然也不会落后,4月1日,蔚来旗舰轿车ET7首台生产线车身正式下线,采用了具备SiC功率模块的第二代高效电驱平台。小鹏与理想也通过外部合作的方式,进行了SiC技术的相关布局。

为什么SiC令众多汽车厂商心驰神往,就是因为这种第三代半导体材料优势非常明显。

SiC身兼耐高压、耐高温、低能量损耗三大优点:

  • SiC的击穿电场强度是Si的10余倍,使得碳化硅器件耐高压特性显著高于同等硅器件;

  • SiC相较硅拥有更高的热导率,使得器件散热更容易,极限工作温度更高。耐高温特性可以带来功率密度的显著提升,同时降低对散热系统的要求, 使终端可以更加轻量和小型化;

  • SiC具有2倍于Si的饱和电子漂移速率,导通电阻极低;具有3倍于Si的禁带宽度,漏电流大幅减少。

第一个在SiC方面尝鲜的主机厂就是特斯拉,通过拆解发现,特斯拉的Model 3车型使用了来自ST的1-in-1顶部引线框架模块,包含了两个SiC MOSFET。

引入SiC为特斯拉带来了明显的优势,其逆变器的电流转换效率在长距离电动车市场上排名第一,也就是从Model S的82%提升到Model 3的90%,续航得以显著提升。

特斯拉的竞争对手也立刻跟进。同为美国电动车企Lucid Motors在Lucid Air上同样使用了SiC MOSFET,完成了900V电力系统,进而获得了517英里的续航里程。

还有保时捷为试水电动车市场推出的首款纯电动跑车Taycan Turbo,其800V逆变器也采用了Cree旗下Wolfspeed生产的SiC MOSFET器件。

细心的人可能会发现,SiC的应用目前仅限于高端车和跑车中。一位业内人士的看法是,只有这些车型才能分出成本来试用价格居高不下的SiC器件。

中金公司认为,到2025年SiC成本仍然难以下降至A级车Si基器件的2倍水平。中高级乘用车由于具有品牌溢价,成本上升带来的续航里程增加、轻量化等附加体验也更容易被消费者所接受。

不过,SiC为整车带来的总体成本下降依然是显著的。

SiC组件在新能源车上应用主要是功率控制单元 (PCU)、逆变器,及车载充电器等方面。

当采用SiC时,电源的开关频率可以设计得更高,这将提高器件的能效,降低无源元件的尺寸/成本,因为无源器件在应用系统总成本中占比很高。而采用较小的无源器件时,还可以缩减模块的整体尺寸,并且可以再一次降低应用整体成本。此外,当使用SiC解决方案获得更高能效时,可以降低动力电池冷却系统的尺寸,同样也能降低整车的总体成本。

根据 Cree公司的测算,采用SiC可节省5-10%的电池使用量,每辆车成本节约 400-800美元,价格只增加200美元,每辆车净节省200-600美元。

贺利氏电子中国区销售总监王建龙曾对集微网表示,无论是传统切入新能源还是新势力造车,电控的部分会成为各家车企的核心竞争力,谁家能把电控做得更好,可以更省电、更轻便,电控部分核心技术的突破就变得很关键,而这一部分中以碳化硅为代表的第三代半导体将会扮演重要角色。

在新技术的红利面前,传统车企和Tir 1自然不希望成为掉队者。

一汽在2019年3月与美国ACP、亿马先锋成立协同创新实验室,将开展SiC技术等研究。2020年5月,一汽领投1亿元,成为亿马先锋的第二大股东。

上汽一直在寻找SiC合作伙伴。近日,上汽集团旗下尚颀资本就入股了上海瀚薪科技有限公司,该公司是国内唯一一家能大规模量产车规级SiC MOSFET、二极管并规模出货的厂商。

2021年4月21日,江淮汽车与博世签订了SiC逆变器等方面战略协议,并表示400V系统争取在2021年年底实现小批量投放。

卡位

SiC 器件的主要成本是上游 SiC 衬底,在 SiC 器件价值链中占比为50%。SiC晶圆衬底也是目前产能最紧缺的地方

特斯拉每辆Model 3需要48个SiC MOSFET晶圆,按照其之前的产能预测,美国和上海工厂总年产能接近100万辆,那么仅主逆变器就需要50 万片6英寸SiC。而目前全球SiC硅晶圆总年产能约在40-60万片,如此就会消耗掉全球所有的SiC总产能。扩产因而成为各大厂商的主要目标。

2020上半年全球SiC衬底市场中,美国Cree出货量占据全球45%;罗姆子公司SiCrystal占据 20%,II-VI占13%;中国企业发展较快,天科合达的市占率由2019年的3%上升至2020年的5.3%,山东天岳占比为2.6%。

为了稳固市占率,各大公司都在拼命扩充产能。

Cree正在建造一座车规级8英寸功率晶圆工厂和材料工厂,2022年开始爬坡,2024年达产。达产后器件能够满足550万辆BEV需求(约为5%全球销售份额),衬底能够满足2200万BEV需求(约为20%的全球销售份额)。

II-VI计划将6英寸碳化硅材料的产能扩大 5-10 倍,同时扩大差异化 200 毫米材料技术的批量生产,以满足未来五年预期的不断增长的需求。

罗姆则计划在2025年3月底前计划对宫崎工厂累计投资600亿日圆(约35.8亿人民币),从而将SiC芯片产能扩增至2016年度的16倍,其中新能源汽车SiC功率半导体产能将是目前的5倍。

业内人士表示,整车的电子配件从Design-in到批量供货一般需要3-4年,车型的生产周期一般是4-10年。如果将2025年-2030年作为电动汽车爆发的时间,大量采用SiC的车型汇集在这点集中上市, Desing-in的窗口期就大概是2021年-2026年。

因此目前各类SiC器件厂商的核心目标,也是要稳固和扩充其产能,为下一阶段的拼杀打下基础。

2019年1月,ST与Cree签署一份多年供货协议,获得价值2.5亿美元的先进150mm碳化硅裸片和外延晶圆。

同年2月,ST宣布收购瑞典碳化硅晶圆制造商Norstel AB的多数股权,交易完成后,ST将在全球产能受限的情况下掌控部分SiC器件的供应链,为把握一个重大的发展机遇做好准备。

此前,英飞凌与Cree签署过相同长期协议,将获得6英寸 SiC碳化硅晶圆片。

汽车Tir1界的老大博世则计划于2021年下半年在位于德国高科技中心“硅萨克森州”中心的工厂进行首次碳化硅芯片的生产。该工厂将雇用700名员工。与使用150-200mm直径的现有生产方法相比,该工厂将使用直径为300mm的硅晶圆。

在国内,政府和行业对SiC的热情更是空前高涨。根据集微咨询整理统计,2019-2020年,国内碳化硅产线已披露的投资扩产金额达到500亿元。

由于国内存在着企业联合政府的带来资本性支出的显著放大效应,将很有希望在短期内就形成产能高峰。

不过,也有人士做出提醒,国外顶尖企业实际扩产进度往往大于披露的扩产进度,国内企业因此不可托大。

IDM大对决

SiC产业也有较长的链条,近期也涌现了很多Fabless公司,因此有不少看好代工模式的声音。从事SiC代工的德国X-FAB公司和台湾地区的汉磊就分别对其6寸SiC工厂进行产能扩充。

不过,SiC领域的领头者们并不使用代工厂,业界主流还是IDM模式。这其中有多重因素影响,但最重要的是SiC器件和工艺在工厂中是紧密耦合的。因此,重点是开发专有工艺,而不是IC设计。“如果没有工艺加成,你无法将自己的器件与竞争对手完全区分出来。你出售的产品实际上就是工艺流程设计完全取决于生产流程,反之亦然。这就是与竞争对手区分开来的方式。”一位行业人士如此表示。

即使很多IDM并不是垂直集成的,大多数都从Cree、罗姆或第三方供应商那里购买衬底,IDM还是有着无可比拟的优势,特别是在产能控制方面。这也就是国内为什么大量上马SiC产线的原因。比亚迪半导体去年就表示在规划自建SiC产线,预计到2021年建成。

此外,SiC代工厂还面临一系列挑战:开发与现有代工有竞争力的成本结构,说服IDM通过代工厂的生产来补充其内部能力,引入合适的人才来开发和安装新的流程,等等。

在国内,SiC的代工模式也刚刚兴起。据相关人士透漏,去年年底,国内一家代工厂打通一条标准化的SiC产业线,这是目前国内唯一标准的SiC代工线,很多的SiC芯片设计公司都是跟这条生产线合作。至于将来发展如何,还有待观察。

随着技术的成熟,SiC已经从高端车型开始向中级车市场渗透。相关数据显示,2020年约有40%以上的纯电动汽车采用SiC技术,而到2025年,SiC的普及率将提高至70%。

对于国内SiC行业来说,未来大有可为,但是也要审慎前行。正如全国政协委员、正威国际集团董事局主席王文银所说,第三代半导体存在部分低水平重复建设现象,需要脚踏实地,合理规划避免产业发展从一拥而上变为一地狼藉。

(校对/Andrew)

责编: 慕容素娟

李延

作者

微信:Glxy523

邮箱:lixy@lunion.com.cn

作者简介

集微网记者,关注半导体投资、晶圆制造、IC设计、AI等领域

读了这篇文章的人还读了...