需求引爆碳化硅,“抱大腿”的车厂都经历了什么?

作者:Don,编辑:Melody,头图来自:视觉中国

2016年以来特斯拉在新能源汽车上率先引入了碳化硅模块,但后续产业都一直不温不火。搭乘国家能源政策东风,随着电动车,太阳能发电,风电和新一代电力设施加速落地,新能源发展进入全新阶段。

去年以来碳化硅引发了车企及供应商的重视和布局,包括比亚迪、丰田、大众、通用、蔚来等一批车企都陆续宣布采用碳化硅方案。什么原因导致碳化硅被追捧?目前碳化硅领域头部玩家的动向和未来碳化硅潜在市场新机会,笔者借最近的市场热点和大家盘一盘。

特斯拉、比亚迪领衔,电动汽车加速驶入碳化硅时代

近期,蔚来汽车宣布第二代碳化硅电驱动系统将于2021年底实现量产,搭载在蔚来ET7同步交付。这也意味着,蔚来汽车将成为继特斯拉、比亚迪之后的全球第三家量产碳化硅技术的车企,也是国内继比亚迪之后的第二家。

需求引爆碳化硅,“抱大腿”的车厂都经历了什么?

蔚来ET7采用碳化硅电驱系统,图片来源:蔚来公司

据悉,目前主流电动汽车多是以硅材料的IGBT来作逆变器芯片模组,自2016年特斯拉率先在Model 3使用意法半导体的碳化硅模组,以碳化硅为代表的第三代半导体逐渐进入产业视角。去年比亚迪和今年的蔚来先后应用碳化硅功率器件,进一步助推碳化硅产业需求爆发。

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特斯拉领衔,比亚迪、蔚来先后应用碳化硅功率器件,资料来源:半导体八阿哥整理

浪成微澜之间,以碳化硅为代表的第三代半导体步入产业化初期,车用功率半导体市场或将面临变革。

备受汽车界追捧的碳化硅是啥?


简单聊聊碳化硅的前世今生

按照半导体产业演化历程,碳化硅属于第三代半导体材料,因其优越的物理性能——被誉为是5G通信、新能源领域最有潜力的芯片材料。

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半导体产业演化历程,资料来源:半导体八阿哥整理

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SiC功率器件的发展史,资料来源:半导体八阿哥整理

相较于目前汽车领域广泛应用的硅基功率半导体,碳化硅产品理论性能优势明显。碳化硅器件相对于硅器件的优势主要来自三个方面:降低电能转换过程中的能量损耗、更容易实现小型化、更耐高温高压。

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碳化硅为代表的宽禁带半导体成为未来主要发展方向之一,资料来源:WIND、半导体八阿哥整理

碳化硅为何备受车界追捧

无论从技术还是政策导向来看,电动车转向碳化硅的趋势逐渐明朗。主要原因无外乎以下:

性能优越,碳化硅适合车内严苛环境,使系统效率更高、重量更轻,且结构更紧凑,符合电动车车高续航、轻量化及安全性需要;

政策要求,各国功率密度标准持续提升进一步推动碳化硅器件对硅基器件的替代进程。

碳化硅这么棒,车企们都准备用吗?

从笔者梳理的第三方数据来看,目前主要有特斯拉、比亚迪及蔚来正式推出了碳化硅相关产品。其他车企方面,包括通用、丰田、大众、长安、小鹏、一汽、东风等都提出了相关的碳化硅应用规划。

笔者认为,现阶段制约碳化硅应用主要原因还在于几方面:

一是成本问题。根据调研,目前碳化硅单车成本是传统产品的5倍以上,以目前市场主流的A级车为例,其功率半导体成本约1300元,如果换成碳化硅成本将超过6000元,一定程度上制约了碳化硅功率器件的普及。

二是产能问题,由于工艺复杂导致碳化硅产品良率普遍较低,目前全球碳化硅产能仅40-60万片,远远不能满足当前新能源汽车发展需求。

我们国内发展的怎么样了?

近年来,在庞大的市场需求推动下,国内有越来越多的厂商加入了碳化硅技术的研发与量产应用的行列当中。笔者简单归类了下,主要有天科合达、天岳等衬底材料厂商,瀚天天成、东莞天域等外延片厂商,器件方面比亚迪、斯达、泰科天润及基本半导体是其中的佼佼者。

需求引爆碳化硅,“抱大腿”的车厂都经历了什么?

碳化硅产业链国内外主要厂商一览,资料来源:Wind

根据不完全统计,近十年间国内公开的碳化硅项目累计超过60个,投资金额超1300亿元,国内市场对于第三代半导体的追捧力度可见一斑。

需求引爆碳化硅,“抱大腿”的车厂都经历了什么?

国内碳化硅半导体项目分布一览,资料来源:半导体八阿哥整理

从全球市场来看,碳化硅器件市场主要被意法半导体、英飞凌、科锐、罗姆等巨头厂商垄断,这几大巨头总市占率一度超过90%。

国内企业除了比亚迪、三安光电等头部厂商实现自给自足外,笔者从第三方渠道平台华强商城来看,目前泰科天润、基本半导体等厂商也有相关的碳化硅车规级产品在售,可见国内厂商已经初步具备规模化的量产实力。

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华强商城碳化硅产品主要在售企业情况,资料来源:华强商城、半导体八阿哥整理

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国内部分碳化硅器件企业最新动态一览,资料来源:半导体八阿哥整理

总体来看,虽然目前碳化硅器件市场相对较小,但行业整体处于快速发展阶段,碳化硅在车用市场潜力还远未被挖掘,国内外厂商之间差距并非我们想象中的那么大,国产厂商抓住全新的半导体替代变革机会尤为重要。

小结

目前业界笑称“万物皆可碳化硅”,结合当前碳化硅市场不到十亿美元的规模体量,可见未来碳化硅的市场潜力巨大。新能源汽车作为近年来少有的新兴产业,全新赛道意味着国产厂商有望一改燃油车时代后市场的尴尬处境,把握产业变革时期由大变强的新发展机遇。

作者:Don,编辑:Melody

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