7月5日，瑞薩電子宣布與Wolfspeed達成晶圓供應協(xié)議。據(jù)悉，瑞薩電子將交付20億美元定金，以獲得Wolfspeed碳化硅（SiC）裸晶圓和外延片為期10年的供應，并將于2025年開始碳化硅功率半導體的規(guī)模化生產(chǎn)。
在有新能源汽車行業(yè)“風向標”之稱的特斯拉宣布未來將大幅削減用量之后，碳化硅并沒有就此跌落“神壇”。相反，隨著全球特別是中國新能源汽車市場滲透率的快速提升，強勁的上車需求疊加巨大的產(chǎn)能缺口，這條“賽道”愈發(fā)呈現(xiàn)出欣欣向榮之勢。
長約簽不停 搶先鎖定供應
羅蘭貝格全球合伙人時帥指出，碳化硅元器件核心的優(yōu)勢突出。第一，能量損耗低，導通電阻可至少降低至原來的1/100，開關頻率更快，電控系統(tǒng)效率可提高至99.5％；耐高壓／耐高溫，更易被擊穿，可支持800V甚至1200V整車平臺，帶來更強的電氣化功能支持以及更優(yōu)的能耗；輕量化，尺寸可大幅減小至原來的1/10，因此功率模塊體積更小、更緊湊。
更進一步來說，碳化硅的應用能夠非常直接地提升新能源汽車的續(xù)駛里程。假設純電動汽車逆變器的功率模塊全部采用碳化硅元器件，整車續(xù)駛里程可增加5％～10％。此外，碳化硅的應用也是搭建高壓平臺（800V及以上）的前提條件，從而實現(xiàn)對超級快充功能的支持（4C及以上）；同時，還能帶來更強大的智能化／電氣化功能。
正因如此，汽車產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片企業(yè)和一級零部件供應商正在瘋狂押注碳化硅，紛紛簽署長期供貨協(xié)議。日前，意法半導體和三安光電擬出資32億美元（約合人民幣228億元）在重慶合資建造一座8英寸碳化硅外延、芯片代工廠。項目計劃于2025年完成階段性建設并逐步投產(chǎn)，2028年達產(chǎn)，規(guī)劃達產(chǎn)后生產(chǎn)8英寸碳化硅晶圓1萬片／周。同時，三安光電將利用自有碳化硅襯底工藝，單獨建造和運營一個新的8英寸碳化硅襯底制造廠，以滿足該合資廠的襯底需求。
今年5月初，英飛凌分別與國內(nèi)碳化硅材料供應商天科合達、天岳先進簽訂長期協(xié)議，以獲取高質(zhì)量且具有競爭力的6英寸碳化硅晶圓和晶錠，預計兩家公司的供應量都將占到英飛凌長期需求量的兩位數(shù)份額。
這不應該解讀為零星一兩家企業(yè)采取行動的獨立事件。今年2月，采埃孚與意法半導體達成碳化硅技術合作關系，將就此獲得世界一流碳化硅技術供應商的長期協(xié)助；當月，采埃孚還與Wolfspeed建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，計劃建立聯(lián)合創(chuàng)新實驗室，推動碳化硅系統(tǒng)和設備技術在出行、工業(yè)和能源應用領域的進步；4月，采埃孚宣布，自2025年起將從意法半導體采購碳化硅器件，集成到當年投入批量生產(chǎn)的新型模塊化逆變器架構中。
今年5月底，緯湃科技與安森美宣布了一項長達10年的碳化硅產(chǎn)品供應協(xié)議，價值19億美元；6月，其又與羅姆簽署碳化硅功率元器件長期供貨合作協(xié)議，雙方在2024～2030年的交易額將超過1300億日元。
在中科院戰(zhàn)略咨詢院產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中心汽車行業(yè)特聘研究員鹿文亮看來，碳化硅的生產(chǎn)工藝較難、產(chǎn)能較低、成本較高，供應很不穩(wěn)定，這很有可能成為限制汽車行業(yè)大規(guī)模應用的關鍵因素。
從這個意義上說，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作就變得更加不可或缺。通過合作可以顯著加快產(chǎn)品投產(chǎn)速度，縮短交付周期，實現(xiàn)“以快取勝”；同時，長期供貨協(xié)議的合作方式能保證整個供應鏈的穩(wěn)定，形成互為配套、互為支撐的產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈網(wǎng)絡，進而不斷滿足高速增長的市場需求。
擴產(chǎn)增資 產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動加強
第三代半導體在新能源汽車領域的應用如雨后春筍般快速發(fā)展，其中碳化硅可謂獨領風騷。有市場研究報告顯示，基于新材料的各項特性優(yōu)勢以及新能源汽車的快速普及，未來5年內(nèi)，平均在每兩輛電動汽車中，就會有一輛采用第三代半導體元器件。這一市場發(fā)展趨勢將使第三代半導體在電動汽車領域的使用量，于2027～2030年超過硅基半導體。
但不得不指出的是，現(xiàn)階段，車規(guī)級碳化硅的產(chǎn)能遠遠不能滿足實際的市場需求。安森美方面甚至表示，未來5～10年，碳化硅市場仍將呈現(xiàn)產(chǎn)品較為緊缺的狀況，不會出現(xiàn)產(chǎn)能過剩。
為了避免有效產(chǎn)能與市場需求的錯位，各大企業(yè)都在瘋狂擴產(chǎn)，加速“跑馬圈地”。記者了解到，意法半導體計劃2024年將襯底的內(nèi)部供應比率提升至40％，2030年實現(xiàn)50億美元以上的碳化硅營收目標。英飛凌預計到2027年碳化硅產(chǎn)能將增長10倍，目標是在2030年占據(jù)30％的市場份額。安森美2022～2023年在碳化硅方面的資本支出將達到總收入的12％～20％，其中75％～80％將用于產(chǎn)能擴張。博世收購了美國加州芯片制造商TSI半導體的關鍵資產(chǎn)，將擴大其在美國的車用碳化硅芯片生產(chǎn)規(guī)模。SK公司表示，將投資1200億韓元，成為韓國電動汽車碳化硅功率半導體公司YesPower Technix的控股股東，持有其95.8％的股份。羅姆計劃到2025財年（截至2026年3月）最高向碳化硅功率半導體領域投資2200億日元，這個數(shù)字已增至2021財年計劃的4倍。Wolfspeed則宣布，將在德國薩爾州建設一座高度自動化、采用前沿技術的200mm晶圓制造工廠。據(jù)悉，該工廠不僅將是Wolfspeed在歐洲的首座工廠，也將成為全球最大、最先進的碳化硅元器件制造工廠。
2019年以來，國內(nèi)也涌現(xiàn)出一批碳化硅企業(yè)。在由襯底、外延、器件和應用四大部分組成的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中，襯底和外延占據(jù)最主要的價值，難度也最高。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)從事碳化硅襯底研制的企業(yè)已超過30家，它們都在不斷借助擴產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈布局、上市等方式搶占市場。
除上游企業(yè)的擴產(chǎn)、增資、合作之外，為尋求供應鏈穩(wěn)定，下游車企與上游半導體廠商之間的關系也更為緊密。去年11月，湖南三安與某新能源汽車客戶簽署了長達四年（2024～2027年）、價值38億元的碳化硅芯片大單。
進入2023年，車企紛紛與碳化硅廠商加強結盟，以獲得長期的供貨保證。有消息稱，Wolfspeed將為梅賽德斯-奔馳供應碳化硅元器件，賦能其未來的電動汽車平臺；安森美的碳化硅產(chǎn)品將用于大眾下一代平臺系列的車輛牽引逆變器解決方案；寶馬也與安森美簽下長期供貨協(xié)議，寶馬400V直流母線電動動力傳動系統(tǒng)將采用安森美碳化硅技術解決方案；極氪智能科技宣布與安森美簽署長期供應協(xié)議，進一步深化雙方在碳化硅功率器件領域的合作關系。隨著通用、福特、保時捷、雷諾等老牌車企紛紛跟進，行業(yè)內(nèi)碳化硅使用者的名單將越來越長。
國內(nèi)百舸爭流但差距仍在
萬眾矚目的第三代半導體材料碳化硅產(chǎn)業(yè)風潮正盛，力爭成為汽車產(chǎn)業(yè)強國的中國，自然不能放棄這塊新晉的技術高地。
不過，BelGaN公司首席執(zhí)行官周貞宏直言，近年來國內(nèi)對碳化硅的投入非常大，然而也非常零散。“這個市場競爭非常激烈，大部分沒有規(guī)模、沒有創(chuàng)新的公司，再過三五年可能很難生存下去。”他認為，現(xiàn)有的碳化硅公司未來仍需開展更多的國內(nèi)和國際合作，通過合作、引進超前技術或實現(xiàn)創(chuàng)新，才能有機會從中小公司發(fā)展壯大起來。
多位業(yè)內(nèi)人士也告訴記者，與行業(yè)內(nèi)的國際巨頭相比，中國碳化硅企業(yè)在人員、規(guī)模、技術方面都相對欠缺。時帥分析稱，碳化硅作為半導體材料，整個產(chǎn)業(yè)鏈延續(xù)了半導體專業(yè)分工、各司其職的特點。其中，外資企業(yè)、創(chuàng)業(yè)公司更多聚焦碳化硅器件的設計與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，車企更多從整車應用與集成層面做匹配，這些角色有機互動才能實現(xiàn)車端的有效搭載與應用，缺一不可。
目前，外資傳統(tǒng)半導體巨頭掌握了碳化硅元器件的最核心環(huán)節(jié)，即流片與生產(chǎn)，是行業(yè)的主導者，市場優(yōu)勢在于行業(yè)經(jīng)驗與產(chǎn)業(yè)鏈積累，它們筑起了很強的行業(yè)壁壘。國內(nèi)碳化硅公司定位于元器件的生產(chǎn)，對標意法半導體和英飛凌，但整體都還在起步和探索階段，競爭力仍然不足。
車企是碳化硅元器件下游應用的主體，需要從電驅／電控系統(tǒng)、整車平臺的設計與集成方面出發(fā)，配合實現(xiàn)產(chǎn)品的上車與搭載，并基于碳化硅元器件優(yōu)化整車性能，比如提供高壓平臺。當然，也有部分車企，從成本控制、供應安全性等角度，選擇介入上游，但大多采用合作模式。大部分車企都是自研自產(chǎn)支持碳化硅的電控以及電驅系統(tǒng)，比如蔚來；或者是自建碳化硅最后模塊的封裝貼片產(chǎn)能，比如長城、比亞迪，車企距離能夠自研自產(chǎn)碳化硅芯片的距離還比較遠。
時帥進一步指出，國內(nèi)有相當一部分市場參與者在布局碳化硅，但整體技術和產(chǎn)品成熟度與頭部企業(yè)仍有很大差距，僅少數(shù)廠商進入了碳化硅元器件的主驅送樣測試階段，比如中國電子科技集團五十五所、清純半導體、士蘭微、瞻芯、愛仕特等。
在時帥看來，當前國內(nèi)企業(yè)的卡點主要集中在：第一，芯片制造能力為核心短板。據(jù)介紹，碳化硅制造的瓶頸不在于制程多么先進，而是需要品質(zhì)穩(wěn)定、達到很低的導通電阻水平。國內(nèi)目前碳化硅產(chǎn)能仍以二極管為主，遠達不到主驅芯片要求的10～20毫歐水平。第二，產(chǎn)品良率很低，達不到量產(chǎn)要求。第三，車規(guī)級認證要求嚴苛，且車企對此類關鍵的安全類芯片更為謹慎，普遍要求更成熟的技術與工藝，因而國內(nèi)企業(yè)還有很長的路要走。
集邦咨詢分析師龔瑞驕認為，未來三年是碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵期，中國企業(yè)應緊抓新能源汽車下游市場機遇，以應用驅動產(chǎn)品進步，提高國際競爭力。
合力突破成本和質(zhì)量瓶頸
時帥判斷，碳化硅元器件在汽車領域的應用范圍包括主驅和OBC，以及基建側的充電樁逆變器／變壓器，核心在于對續(xù)駛里程的提升及800V平臺支持下的快充，可帶來顯著的用戶體驗提升。他預計，到2025年，車端碳化硅主驅的滲透率可達20％～30％。
當然，挑戰(zhàn)與機遇并存。而挑戰(zhàn)主要來自于兩個方面，一是生產(chǎn)成本高企。當前，一套碳化硅電驅模塊成本價就達4000元，售價則在6000～7000元，這也是導致很多車企猶豫應用與否的主要原因。二是產(chǎn)品良率低，即便頭部企業(yè)的技術也仍不成熟，良率僅50％～60％。相比之下，成熟的IGBT產(chǎn)品良率可以到90％以上。良率低就使得生產(chǎn)效率低下，同時也是產(chǎn)品成本高昂的主要原因。
鹿文亮也告訴記者，成本是影響碳化硅應用的重要原因。他打了一個比方，眼下IGBT與碳化硅的關系有點像電動汽車發(fā)展初期磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的關系。早年間，電動汽車多使用磷酸鐵鋰電池，但當續(xù)駛里程提升遇到瓶頸，行業(yè)便開始傾向于三元鋰電池。后來，成本變?yōu)楸壤m(xù)駛里程更嚴峻的挑戰(zhàn)時，車企又開始轉回磷酸鐵鋰電池。目前，國內(nèi)汽車市場上，磷酸鐵鋰電池的配裝比例已超過60％。
“所以，未來碳化硅是不是應用越來越多、規(guī)模越來越大，主要看成本的下降程度。碳化硅的應用范圍則主要取決于其與IGBT的價格差。接下來，很有可能是高端車特別是800V高壓車型采用碳化硅元器件，而隨著碳化硅與IGBT價格差距逐漸縮小，碳化硅的應用范圍將從高端車型向低端車型滲透。”鹿文亮說。
時帥表示，從長遠角度來看，中國碳化硅企業(yè)面臨的機遇毋庸置疑。首先，市場發(fā)展?jié)摿γ鞔_且巨大：新能源汽車推廣早已是大勢所趨，而碳化硅器件的優(yōu)勢明顯，現(xiàn)在市場還在比較初期的放量階段，而未來5～10年，隨著技術進一步成熟、成本進一步下降，碳化硅對IGBT的替代將是持續(xù)加速的主旋律，因此行業(yè)增長空間廣闊。
其次，存在國產(chǎn)替代的彎道超車機會。國外半導體廠商雖有一定的積累和先發(fā)優(yōu)勢，但整體國內(nèi)外起步的差距沒有其他半導體部件那么大，而且國內(nèi)各類廠商也在積極布局和追趕，有希望依托國內(nèi)成熟的新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈和最大的終端市場，實現(xiàn)第三代功率半導體技術的差距縮小甚至追趕。
此外，跨行業(yè)的應用協(xié)同潛力也不容忽視。除了汽車領域，碳化硅器件在光伏（比如逆變器）、智能電網(wǎng)（比如電子電氣變壓器）、儲能（比如變器／轉換器）、5G通信（比如基站射頻模塊）等行業(yè)也有廣泛的應用潛力，因此具備較強的產(chǎn)業(yè)協(xié)同性與通用性。當汽車產(chǎn)業(yè)與這些行業(yè)相互協(xié)同，碳化硅的規(guī)模化發(fā)展前景將更加值得期待。
- 產(chǎn)品供應
- 采購需求
- 會員之家
- 配件關注
- 展會集錦
- 實時資訊
- 馬上下單
- 名企走訪
- 有問有答
客服電話：021-51857867
總訪問量：33301618
官網(wǎng)二維碼
