中國車載SiC器件技術(shù)部分已領(lǐng)跑 有望主導(dǎo)全球供應(yīng)鏈

新能源汽車無疑是近年來最耀眼的行業(yè)之一，其發(fā)展速度遠(yuǎn)超預(yù)期。2023年，中國新能源汽車銷量預(yù)計(jì)達(dá)到950萬輛，市場占比高達(dá)31.6%，即每銷售10輛汽車中，就有3輛是新能源汽車。展望2024年，年銷量有望攀升至1200-1300萬輛，市場占比可能超過45%，并占據(jù)全球年產(chǎn)銷量的60%。這一增長態(tài)勢令人振奮，不禁讓人聯(lián)想到十幾年前光伏行業(yè)的崛起，新能源汽車行業(yè)的發(fā)展軌跡似乎正沿著相似的路徑加速前進(jìn)。

在SiC技術(shù)的應(yīng)用方面，自2017年特斯拉推出首款基于SiC主驅(qū)的汽車以來，中國以比亞迪為代表的企業(yè)也于2020年前后跟進(jìn)。此后，各大主驅(qū)及汽車制造商紛紛投身SiC平臺的研發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年公開的國產(chǎn)SiC車型已達(dá)142款，其中乘用車76款，新增款式約45款，標(biāo)志著新能源汽車采用SiC的市場已全面打開。

日前，在E維智庫第12屆中國硬科技產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新趨勢峰會暨百家媒體論壇上，清純半導(dǎo)體(寧波)有限公司市場經(jīng)理詹旭標(biāo)就目前車載SiC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及國內(nèi)車載SiC技術(shù)的進(jìn)展分享了他的分析和解讀。

市場現(xiàn)狀和潛力

詹旭標(biāo)表示，SiC技術(shù)為新能源汽車帶來了顯著優(yōu)勢。目前，車機(jī)主驅(qū)應(yīng)用的主流器件為1200V SiC MOSFET，而400V平臺則逐步采用750V SiC進(jìn)行替代。主驅(qū)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵在于器件性能、質(zhì)量、價格及產(chǎn)能的綜合考量。

在提升續(xù)航里程上，SiC MOSFETS憑借低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗，相比傳統(tǒng)硅IGBT方案，電機(jī)控制器系統(tǒng)損耗可降低70%，從而增加5%的行駛里程。

SiC的應(yīng)用也緩解了補(bǔ)能焦慮，通過提高充電功率，預(yù)計(jì)到2025年，用戶將能體驗(yàn)到15分鐘內(nèi)補(bǔ)充80%電能的便捷。

作為新能源汽車市場的另一大活躍領(lǐng)域，充電樁行業(yè)已進(jìn)入充分競爭階段。詹旭標(biāo)表示，當(dāng)前，國內(nèi)充電樁保有量約900-1000萬臺，2024年市場規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)25億人民幣。根據(jù)2030年規(guī)劃，汽車保有量將達(dá)到6000萬輛，車樁比1:1，意味著未來4-5年內(nèi)還需新增約5000萬個充電樁。目前，充電模塊已開始采用SiC，并在DC-DC轉(zhuǎn)換及PFC應(yīng)用中廣泛使用，每個充電樁至少使用8個以上SiC器件，市場規(guī)模潛力巨大。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，全球SiC市場依舊由國外企業(yè)引領(lǐng)。根據(jù)Yole的預(yù)測，到2025年，全球SiC市場規(guī)模預(yù)計(jì)將接近60億美元，年復(fù)合增長率有望達(dá)到36.7%左右。當(dāng)前，市場前五強(qiáng)企業(yè)的合計(jì)市場份額高達(dá)91.9%，若計(jì)入第六和第七名企業(yè)，這一比例可能攀升至95%-98%。這些領(lǐng)先企業(yè)主要來自國外，國內(nèi)企業(yè)的市場份額相對較小。

在領(lǐng)先企業(yè)持續(xù)鞏固地位的同時，它們也在積極拓展產(chǎn)能。數(shù)據(jù)顯示，Wolfspeed規(guī)劃了約65億美元的投資，而英飛凌的總投資也達(dá)到了50億歐元。相比之下，國內(nèi)廠商的投入仍顯有限。盡管國內(nèi)產(chǎn)能規(guī)劃已達(dá)千億級別，但分布過于分散，頭部企業(yè)尚未形成明顯優(yōu)勢。

預(yù)計(jì)到2026年，國內(nèi)SiC襯底規(guī)劃產(chǎn)能將達(dá)到460萬片，若這些產(chǎn)能能順利轉(zhuǎn)化為量產(chǎn)，將能滿足大約3000萬輛新能源汽車的需求。鑒于中國新能源汽車年產(chǎn)量約為2800萬至2900萬輛，SiC行業(yè)正面臨內(nèi)卷和產(chǎn)能過剩的風(fēng)險。

隨著全球SiC材料產(chǎn)能的迅速擴(kuò)張，中國SiC器件設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域也取得了快速發(fā)展，產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)大。除了在主驅(qū)領(lǐng)域的應(yīng)用外，SiC還在光伏、儲能及充電模塊等市場展現(xiàn)出激烈競爭。由于市場過剩，主流SiC器件價格正在快速下降。

從長期來看，提升企業(yè)競爭力和技術(shù)迭代能力，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)降本，成為SiC企業(yè)生存的關(guān)鍵。從數(shù)據(jù)上看，自去年9月至2024年4月，市場熱銷的1200V/40mΩ SiC器件平均價格已從35元跌至23元，降幅達(dá)35%。與硅基IGBT相比，目前SiC價格約為前者的1.5-2倍。有預(yù)測認(rèn)為，若SiC價格降至這一區(qū)間，市場將發(fā)生巨大變革。

進(jìn)一步來看，若按照Yole的數(shù)據(jù)，2024年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模約為500億美元，那么未來幾年內(nèi)，隨著SiC價格進(jìn)一步下降至1.2-1.5倍于硅基IGBT的水平，是否整個市場將被SiC所占據(jù)？這完全有可能，因?yàn)镾iC相較于硅基IGBT具有提高頻率、提升功率密度和降低損耗的顯著優(yōu)勢。

技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，主流SiC MOSFET技術(shù)呈現(xiàn)出穩(wěn)健發(fā)展的態(tài)勢，其設(shè)計(jì)方案主要分為平面柵結(jié)構(gòu)和溝槽柵結(jié)構(gòu)兩大類。平面柵結(jié)構(gòu)，以Wolfspeed、ST、onsemi為代表，因其工藝成熟、可靠性高，在國內(nèi)汽車、光伏儲能等領(lǐng)域出貨量最大。而溝槽柵結(jié)構(gòu)，則以ROHM、英飛凌、博世等為代表，其特點(diǎn)在于具有較低的Rsp（比導(dǎo)通電阻），但在高溫下的熱性能略遜于平面柵結(jié)構(gòu)。

近十年來，國際主流SiC廠家每3-6年便會進(jìn)行一次技術(shù)迭代，每次迭代Rsp水平下降20%-25%。目前，國外1200V SiC的Rsp已能達(dá)到2.32.8mΩ，而國內(nèi)同類產(chǎn)品的Rsp則在2.83.3mΩ之間。

國內(nèi)SiC器件技術(shù)進(jìn)展迅速，產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善，從材料到設(shè)計(jì)、代工等各個環(huán)節(jié)均已形成較為成熟的體系。詹旭標(biāo)表示，以清純半導(dǎo)體為例，其技術(shù)路線與ST、ROHM等國際巨頭對標(biāo)，以一年一代的節(jié)奏快速迭代。目前，清純半導(dǎo)體的第二代產(chǎn)品Rsp已達(dá)到2.8mΩ，與國際巨頭最先進(jìn)水平持平，并計(jì)劃在今年推出Rsp為2.4mΩ的第三代產(chǎn)品。

截至目前，清純半導(dǎo)體已在主驅(qū)領(lǐng)域推出了多款產(chǎn)品，其1200V產(chǎn)品系列的核心參數(shù)完全對標(biāo)國際一流水平，并在某些參數(shù)和可靠性方面表現(xiàn)更佳。此外，清純半導(dǎo)體還發(fā)布了全球最低導(dǎo)通電阻SiC MOSFET，雖然目前其應(yīng)用產(chǎn)能還較少，但對指導(dǎo)下一代產(chǎn)品開發(fā)具有重要意義。

詹旭標(biāo)強(qiáng)調(diào)，在性能對比方面，清純半導(dǎo)體的產(chǎn)品在相同的驅(qū)動、參數(shù)和板子上，串?dāng)_抑制能力、耐受能力、振蕩表現(xiàn)等均優(yōu)于國際一流水平。特別是在柵極串?dāng)_電壓的比較中，清純半導(dǎo)體的產(chǎn)品表現(xiàn)更為出色，有效降低了直通現(xiàn)象和損耗。

近年來，工業(yè)級領(lǐng)域如光儲充等，對器件的可靠性要求日益提高，已接近車規(guī)等級標(biāo)準(zhǔn)。因此，清純半導(dǎo)體在可靠性測試方面投入了大量研發(fā)，進(jìn)行了包括雙應(yīng)力、高壓H3TRB等多項(xiàng)嚴(yán)格測試，并遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。得益于這些嚴(yán)酷的試驗(yàn)，清純半導(dǎo)體在市場上銷售的400萬顆MOSFET產(chǎn)品失效率極低，低于1PPM。

從材料上看，當(dāng)前SiC晶圓主流尺寸為6寸，但未來趨勢將向大尺寸、低缺陷的SiC襯底及外延制備發(fā)展，以進(jìn)一步降低成本并提升良率。其次是器件設(shè)計(jì)，主要目標(biāo)是降低比導(dǎo)通電阻，同時提升可靠性和魯棒性，以接近甚至超越硅基IGBT的性能水平。在工藝方面，溝道遷移率是一個值得關(guān)注的問題，由于基礎(chǔ)研究相對較少，這一領(lǐng)域亟需加強(qiáng)。

詹旭標(biāo)認(rèn)為，就國內(nèi)的SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢而言，會經(jīng)歷兩個階段：第一階段，國際芯片供應(yīng)商在供應(yīng)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位，而國內(nèi)SiC材料則開始實(shí)現(xiàn)部分替代；第二階段，國內(nèi)市場將實(shí)現(xiàn)全面的國產(chǎn)替代，國際芯片供應(yīng)商將與終端企業(yè)和國內(nèi)企業(yè)展開全方位的合作。

結(jié)語?

SiC半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正蓬勃發(fā)展，國內(nèi)在材料和器件量產(chǎn)領(lǐng)域的競爭日益激烈，已進(jìn)入快速洗牌階段。SiC功率器件在光伏、儲能及充電等領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模國產(chǎn)替代，應(yīng)用推進(jìn)順利，歷時2-3年且規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，部分企業(yè)更達(dá)到了100%國產(chǎn)替代的里程碑。

與此同時，國產(chǎn)車規(guī)級SiC MOSFET技術(shù)與產(chǎn)能已與國際接軌，盡管在乘用車主驅(qū)應(yīng)用上還暫時需要依賴進(jìn)口，但預(yù)計(jì)未來2~3年內(nèi)將顯著改善。市場競爭激烈與應(yīng)用場景復(fù)雜化推動車規(guī)級SiC MOSFET可靠性標(biāo)準(zhǔn)逐年提升，促進(jìn)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)不斷進(jìn)步。

一個趨勢是，國內(nèi)SiC MOSFET技術(shù)正快速發(fā)展，與國際先進(jìn)水平的差距不斷縮小，部分領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)并跑甚至領(lǐng)跑。國內(nèi)SiC半導(dǎo)體產(chǎn)品因競爭而價格迅速下降，質(zhì)量不斷提升，產(chǎn)能逐步擴(kuò)大，主驅(qū)芯片國產(chǎn)替代已起步并將逐步上量，有望最終主導(dǎo)全球供應(yīng)鏈。