如今，碳化硅“上車”已成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)難以繞開的話題，而這要歸功于搭載意法半導(dǎo)體碳化硅器件的特斯拉Model 3的問世，使諸多半導(dǎo)體企業(yè)在碳化硅上“卷”了起來。
2021年9月，特斯拉宣布旗艦車型Model 3將搭載意法半導(dǎo)體的碳化硅功率器件，此舉奠定了碳化硅“上車”的里程碑。意法半導(dǎo)體作為第一個吃螃蟹的占盡先機，成為當(dāng)前碳化硅功率器件市場的主要玩家。
汽車功率半導(dǎo)體領(lǐng)域龍頭老大英飛凌，憑借其廣闊的車企朋友圈，搶下大量碳化硅功率器件訂單，已成為意法半導(dǎo)體的頭號勁敵。Wolfspeed、羅姆、安森美等“后起之秀”同樣虎視眈眈，覬覦著這塊大蛋糕。碳化硅功率器件“上車”之爭已戰(zhàn)火紛飛。
敢吃螃蟹的意法半導(dǎo)體
據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，意法半導(dǎo)體2021年碳化硅的市占率為37%，全球排名第一。意法半導(dǎo)體之所以能夠到達(dá)碳化硅功率市場“一哥”的地位，就不得不提到其與特斯拉的天作之合了。
數(shù)據(jù)來源：Yole
在自動駕駛剛剛興起之時，意法半導(dǎo)體相比老對手英偉達(dá)、英特爾和瑞薩而言，完全不在一個量級，在汽車功率半導(dǎo)體領(lǐng)域也比不過老對手英飛凌。此時的意法半導(dǎo)體急需一條出路，使其能夠在前景大好的新能源汽車市場中占有一席之地。
正當(dāng)所有新能源汽車供應(yīng)鏈上廠商都將注意力放在電機和電池的攻堅克難時，意法半導(dǎo)體對碳化硅多年的研究終于派上了用場。經(jīng)過無數(shù)次的實驗和檢測，他們的碳化硅功率器件成功達(dá)到了車規(guī)級。此刻，意法半導(dǎo)體意識到，碳化硅器件是他們打入新能源汽車市場的絕佳機遇。
當(dāng)務(wù)之急是找到愿意嘗試的車企合作。畢竟碳化硅上車還未開先河，對于車企來說，安全永遠(yuǎn)是第一位的，大多數(shù)車企對于更換器件或器件供應(yīng)商都十分謹(jǐn)慎。而且碳化硅功率器件的價格相較于硅基功率器件，高出的不是一星半點，用量還大，車企的不支持，讓意法半導(dǎo)體十分頭疼。
就在此時，特斯拉CEO馬斯克站了出來。意法半導(dǎo)體也拿出了足夠的誠意，雖然當(dāng)時碳化硅功率器件和硅功率器件的成本差距在10倍以上，意法半導(dǎo)體為特斯拉供應(yīng)的第一批碳化硅功率器件卻沒有比IGBT昂貴很多。
一個敢賣，一個敢用——兩個“膽子足夠大”的人“一拍即合”，首輛搭載碳化硅功率器件的新能源汽車Model 3橫空出世。
據(jù)了解，搭載意法半導(dǎo)體的碳化硅 MOSFET 模組，也使得特斯拉的逆變器效率從Model S的82%提升至Model3的90%，并降低了傳導(dǎo)和開關(guān)損耗，實現(xiàn)了續(xù)航能力的提升。而寧可虧本也要開拓市場的意法半導(dǎo)體，成為了在碳化硅功率器件市場中“第一個吃螃蟹的人”，牢牢掌握住了市場的主導(dǎo)權(quán)。
意法半導(dǎo)體與賽米控合作，在下一代電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)中集成碳化硅功率技術(shù)
意法半導(dǎo)體近期財報數(shù)據(jù)顯示，截至2022財年第一季度，公司的碳化硅產(chǎn)品已經(jīng)在75個客戶的98個項目中送樣測試，其中工業(yè)應(yīng)用和電動汽車應(yīng)用各占一半。同時，意法宣布在2022財年第一季度簽署了多項合作協(xié)議, 包括與德國模塊大廠賽米控簽署了一項為期4年的技術(shù)合作，共同開發(fā)針對電動汽車的eMPACK功率模塊。該模塊已被一家德國整車廠選用，合同金額在10億歐元左右。意法半導(dǎo)體預(yù)計，2022年來自碳化硅產(chǎn)品的營收在7億美元左右，而這一數(shù)字在2024年將達(dá)到10億美元。
此外，意法半導(dǎo)體在車用碳化硅器件領(lǐng)域依舊繼續(xù)爭做“第一人”。2021年 7月，意法半導(dǎo)體宣布，在瑞典北雪平工廠成功制造出了全球第一批200mm（8英寸）碳化硅晶圓，這些晶圓將用于生產(chǎn)下一代電力電子芯片的產(chǎn)品原型。而這也挑起了芯片巨頭們在8英寸碳化硅領(lǐng)域的激烈競爭。
英飛凌徹底坐不住了
在意法半導(dǎo)體牢牢把握著碳化硅功率器件市場的同時，老對手英飛凌也不甘寂寞，對車規(guī)碳化硅市場虎視眈眈。
英飛凌在2021年以工業(yè)應(yīng)用為基礎(chǔ)進入主逆變器業(yè)務(wù)，在碳化硅方面的收入實現(xiàn)了126%的增長，占據(jù)了21%的市場份額，僅次于意法半導(dǎo)體，勢頭兇猛。作為全球功率器件的絕對龍頭，英飛凌向來艷壓群雄。意法半導(dǎo)體在車規(guī)級碳化硅領(lǐng)域的異軍突起，讓英飛凌徹底坐不住了。
據(jù)了解，英飛凌早在1992年就開始了對碳化硅的研究，2001年就推出了全球首個碳化硅二極管。2019年，英飛凌發(fā)布了1200V的車規(guī)級碳化硅MOSFET。在2021年的虛擬PCIM貿(mào)易展上，英飛凌推出了一款利用其CoolSiC MOSFET技術(shù)的新型汽車電源模塊-HybridPACK Drive全橋模塊，具有1200V的阻斷電壓，為電動汽車（EV）的牽引逆變器進行了優(yōu)化。
可以說，英飛凌在碳化硅方面的研究不僅不慢，甚至一度比意法半導(dǎo)體還要快。盡管錯失了碳化硅“上車”先機，但英飛凌的車企客戶朋友圈依舊極其豐富。既然意法半導(dǎo)體和特斯拉已經(jīng)向全球車企證明了碳化硅的安全性沒有問題，英飛凌只要向客戶提供碳化硅功率器件就可以搶占市場。
“有些客戶根本不想談?wù)摴琛?rdquo;英飛凌碳化硅業(yè)務(wù)副總裁Peter Friedrichs在APEC 2022上表示，英飛凌目前正在向3000多家客戶銷售碳化硅MOSFET和其他功率器件。
英飛凌今年還宣布將為中國整車廠的電動汽車逆變器和車載充電機應(yīng)用提供產(chǎn)品，合同總金額達(dá)到上億歐元。目前已有的碳化硅訂單就可使今年碳化硅產(chǎn)品的收入翻倍，沖擊3億歐元。英飛凌計劃到本世紀(jì)20年代中期，將碳化硅功率半導(dǎo)體的銷售額提升至10億美元。
英飛凌在車規(guī)級碳化硅的營收能力如此強勁，原因在于和意法半導(dǎo)體采用了不同的方式，英飛凌CEOJochen Hanebeck表示，碳化硅帶來的毛利潤率高于車規(guī)產(chǎn)品事業(yè)部和工業(yè)產(chǎn)品事業(yè)部的平均值，是非常重要的收入來源。英飛凌的半包溝槽結(jié)構(gòu)是業(yè)界為數(shù)不多能夠量產(chǎn)上車的碳化硅溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計，讓碳化硅產(chǎn)品有資本定位在“高價位高品質(zhì)”。
英飛凌正在計劃擴大寬禁帶（碳化硅和氮化鎵）半導(dǎo)體的產(chǎn)能，進一步鞏固和增強其在功率半導(dǎo)體市場的領(lǐng)導(dǎo)地位。預(yù)計將斥資逾20億歐元，在馬來西亞居林工廠建造第三個廠區(qū)。建成之后，新廠區(qū)將用于生產(chǎn)碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，每年可為英飛凌創(chuàng)造20億歐元的收入。計劃今年6月施工，2024年下半年開始量產(chǎn)。在技術(shù)方面，英飛凌通過開發(fā)冷裂技術(shù)減少晶錠在切割過程中的材料損失，據(jù)悉，這一技術(shù)預(yù)計于2024年完成。
后起之秀也在“瘋搶”
盡管現(xiàn)在意法半導(dǎo)體和英飛凌的市場占比更大，但他們卻需要向排名第三的企業(yè)——Wolfspeed購買碳化硅襯底。這個名字雖然聽上去很陌生，但其原名就是大名鼎鼎的科銳。
科銳曾經(jīng)主打的業(yè)務(wù)是照明和LED芯片，自從開始研發(fā)碳化硅相關(guān)產(chǎn)品之后，科銳用了4年的時間逐漸將照明和LED業(yè)務(wù)剝離，終于在2021年10月正式更名為Wolfspeed，而后者從前只是科銳的SiC材料和半導(dǎo)體器件事業(yè)部的名字。這也預(yù)示著Wolfspeed將更加純粹地研發(fā)和生產(chǎn)碳化硅。
“這是Wolfspeed轉(zhuǎn)型的重要里程碑，正式標(biāo)志著我們已經(jīng)成為一家純粹且強大的全球性半導(dǎo)體企業(yè)。下一代的功率半導(dǎo)體將由碳化硅技術(shù)推動。作為這一技術(shù)的引領(lǐng)者，我們對于未來的前景激動不已。”Wolfspeed首席執(zhí)行官Gregg Lowe表示。
Gregg Lowe指出，30多年的歷史積淀，制造了世界上約60%的碳化硅原材料，這賦予了Wolfspeed在碳化硅產(chǎn)業(yè)標(biāo)志性的競爭優(yōu)勢，擴產(chǎn)潮接踵而至，并與知名車企形成了合作關(guān)系。
排在第四名的是日本羅姆，羅姆在2010年就收購了專做碳化硅的SiCrystal。這家碳化硅襯底供應(yīng)商的中期目標(biāo)是每年生產(chǎn)數(shù)十萬片碳化硅襯底，實現(xiàn)上億美元的營收，并且也開始向8英寸襯底進軍，預(yù)計2023年批量生產(chǎn)。
羅姆公開表示，計劃在2021年至2025年的5年間，投入1200億至1700億日元（10億~13億美元）的資金，將碳化硅產(chǎn)能擴充至少6倍。其在日本阿波羅筑后和宮崎新工廠將于2022年投入運營，計劃將器件產(chǎn)能提高5倍以上，目的是要搶占全球30%的碳化硅市場。
在碳化硅器件技術(shù)方面，羅姆在2010年就開始量產(chǎn)碳化硅MOSFET，2015年又率先量產(chǎn)雙溝槽結(jié)構(gòu)的第3代產(chǎn)品，2020年推出了針對電動汽車優(yōu)化的第4代1200V碳化硅MOSFET。羅姆預(yù)測第4代碳化硅MOSFET在其銷售構(gòu)成中的占比將逐漸增加，直至2024-2025年成為銷售主力。
羅姆與中國車企的合作也非常密切，羅姆半導(dǎo)體（北京）有限公司技術(shù)中心總經(jīng)理水原德健向《中國電子報》記者表示，在2021年，羅姆與吉利汽車集團建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。作為首次成果，采用了羅姆碳化硅的電控系統(tǒng)已被應(yīng)用于目前吉利正在開發(fā)的純電動平臺。此外，羅姆與北汽新能源、聯(lián)合汽車電子以及臻驅(qū)科技分別建立了碳化硅聯(lián)合實驗室。利用羅姆的碳化硅器件，共同開發(fā)用于電動汽車驅(qū)動的逆變器以及高性能模塊等。
2021年10月，正海集團有限公司與羅姆簽署合資協(xié)議，雙方將成立一家主營功率模塊業(yè)務(wù)的新公司。計劃于2021年12月在中國國內(nèi)成立，新公司將致力于發(fā)展新能源汽車牽引逆變器用的先進功率模塊業(yè)務(wù)，開發(fā)、設(shè)計、制造和銷售使用碳化硅（SiC）功率元器件的功率模塊，并將正海集團旗下公司的逆變器技術(shù)、模塊開發(fā)技術(shù)與羅姆的模塊生產(chǎn)技術(shù)、先進的碳化硅芯片技術(shù)相融合，開發(fā)高效率的功率模塊。預(yù)計新公司開發(fā)的模塊產(chǎn)品將于2022年投入量產(chǎn)，并已計劃用于電動汽車。
第五名的安森美則搶先與客戶簽訂了未來三年長期供應(yīng)協(xié)議，總金額已達(dá)到26億美元，其中有超過20億美元來自電動汽車動力總成對碳化硅模塊的需求，客戶包括蔚來汽車和特斯拉。據(jù)悉，蔚來汽車ET7將采用安森美900V碳化硅功率模塊驅(qū)動。
2021年，安森美通過收購襯底供應(yīng)商GTAT，搭建了從碳化硅晶錠、襯底、器件生產(chǎn)到模塊封裝的垂直整合模式。與碳化硅襯底王者Wolfspeed相比，安森美的模塊封測和量產(chǎn)經(jīng)驗略勝一籌。
安森美中國區(qū)戰(zhàn)略汽車業(yè)務(wù)拓展高級總監(jiān)劉世鈞向《中國電子報》記者表示，面對日益增加的碳化硅新能源汽車市場需求，近年來針對碳化硅領(lǐng)域有諸多布局。安森美2019年收購格芯位于紐約東菲什基爾的300 mm晶圓廠，從而獲得了大量的MOSFET和IGBT產(chǎn)能及先進的CMOS技術(shù)。近期，安森美又收購了碳化硅生產(chǎn)商GT Advanced Technologies ，進一步提升碳化硅的供應(yīng)能力，并加速碳化硅的開發(fā)。
中國企業(yè)努力追趕
近日，理想汽車與國內(nèi)半導(dǎo)體龍頭企業(yè)三安光電共同出資組建蘇州斯科半導(dǎo)體有限公司，專注于碳化硅車規(guī)芯片模組的研發(fā)及生產(chǎn)。此前，緯湃科技也與英飛凌在碳化硅領(lǐng)域開啟了第二次合作，主要針對碳化硅新能源汽車功率器件的研發(fā)。
對于國內(nèi)碳化硅企業(yè)來說，在車用碳化硅領(lǐng)域，由于國際龍頭企業(yè)起步較早，因此我國在碳化硅各尺寸的量產(chǎn)推出時間、大尺寸產(chǎn)品供應(yīng)情況及供應(yīng)鏈配套等方面，仍與國際龍頭企業(yè)存在一定差距，但很多國內(nèi)企業(yè)努力追趕。
目前，國內(nèi)主流的碳化硅企業(yè)有華潤微、士蘭微、立昂微、泰科天潤等。近年來，多家國內(nèi)廠商在新能源汽車碳化硅領(lǐng)域的布局均有所進展。2020年，瞻芯電子率先在國內(nèi)發(fā)布6英寸碳化硅MOSFET晶圓。華潤微擁有碳化硅功率器件制備技術(shù)，于2021年推出1200V 碳化硅MOSFET新品，主要應(yīng)用于新能源汽車OBC、充電樁等領(lǐng)域。
傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域中的發(fā)動機、變速箱技術(shù)，也同樣阻礙著中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，將發(fā)展目標(biāo)轉(zhuǎn)向為以碳化硅為首的新能源汽車功率器件，把目光轉(zhuǎn)向電池、電驅(qū)、電控技術(shù)的研發(fā)，將有望推動中國汽車產(chǎn)業(yè)突破瓶頸，迎來質(zhì)的發(fā)展。（來源：中國電子報）