最近，長安汽車旗下SiC電驅(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，即將批量“上車”，而子公司的碳化硅車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)交付。


青山SiC電驅(qū)量產(chǎn)

批量交付深藍(lán)汽車

7月28日，重慶青山工業(yè)宣布，他們的首款基于碳化硅的七合一電驅(qū)總成PEF20B02成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，搭載長安深藍(lán)車型批量供貨。

據(jù)“行家說三代半”了解，青山公司是長安汽車的子公司，該SiC電驅(qū)被深藍(lán)汽車S7車型所采用。

據(jù)悉，PEF20B系列電驅(qū)總成是一款七合一電驅(qū)總成，集成了電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器、充電機(jī)、220V電源、直流變換器、高壓分線盒，最大輸出扭矩3600N.M，最高輸出轉(zhuǎn)速1420RPM。

據(jù)“行家說三代半”了解，PEF20B01已于2022年11月正式投產(chǎn)下線，該產(chǎn)品最高效率達(dá)94.5%，NEDC工況平均效率大于85.5%，在行業(yè)內(nèi)具備一定的領(lǐng)先性。

據(jù)青山公司產(chǎn)品開發(fā)部項(xiàng)目總監(jiān)楊新濤此前介紹，他們的主驅(qū)七合一電驅(qū)的功率模塊采用了SiC器件，高壓油冷永磁同步電機(jī)采用Hair-pin扁線，800V高壓平臺(tái)，電機(jī)功率密度達(dá)到6.5kW/kg，最高效率超過97.5%，CLTC工況效率超過94.5%。


優(yōu)秀的功率器件材料

半導(dǎo)體材料是用于制造半導(dǎo)體器件和集成電路的關(guān)鍵電子材料。

在過去的十年里，全球各國紛紛布局第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，主要包括碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（ALN）、氧化鎵（Ga2O3）等。其中，碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的核心，具備耐高壓、耐高溫、低能量損耗和高功率密度等優(yōu)勢(shì)。

相較于硅基功率器件，碳化硅功率器件采用碳化硅為襯底，可實(shí)現(xiàn)功率模塊的小型化和輕量化。

碳化硅材料相較于硅材料具有高出10多倍的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，使得在相同的耐壓值下，碳化硅功率模塊的導(dǎo)通電阻和尺寸僅為硅的1/10，從而顯著降低了功率損耗。

碳化硅材料還具有大禁帶寬度（約為硅的3倍）、高熱導(dǎo)率（約為硅的3.3倍）以及高熔點(diǎn)（2830°C，約為硅的1410°C的兩倍）等特性。這使得碳化硅器件在減少電流泄露的同時(shí)，能夠大幅提高工作溫度。

在相同規(guī)格的條件下，碳化硅基MOSFET與硅基MOSFET相比，其尺寸可以大幅減小至原來的1/10，導(dǎo)通電阻也至少降低至原來的1/100。這導(dǎo)致碳化硅基MOSFET相較于硅基IGBT總能量損耗大幅降低70%。

目前，碳化硅材料主要應(yīng)用于功率和射頻器件。

部分應(yīng)用中的碳化硅器件已經(jīng)開始大規(guī)模出貨，并在汽車、充電樁、光伏逆變器、軌道交通等領(lǐng)域得到了商業(yè)化應(yīng)用。特別是在電動(dòng)車電驅(qū)中的650V SiC模組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大批量出貨。

據(jù)Yole預(yù)測(cè)，1200V模組產(chǎn)品預(yù)計(jì)將在未來1-2年內(nèi)在光伏逆變器中開始廣泛應(yīng)用。


碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈

碳化硅器件的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括三大環(huán)節(jié)：襯底、外延和器件制造。器件制造環(huán)節(jié)又可細(xì)分為設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)。

從工藝流程角度來看，碳化硅器件的生產(chǎn)首先由碳化硅粉末經(jīng)過長晶形成晶碇。接下來，經(jīng)過切片、打磨和拋光等步驟，得到碳化硅襯底。在襯底上通過外延生長得到外延片。最后，外延片經(jīng)過一系列工藝步驟，包括光刻、刻蝕、離子注入、沉積等，最終制造成碳化硅器件。

在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中，襯底和外延環(huán)節(jié)占據(jù)了價(jià)值的70%。碳化硅襯底的成本占整個(gè)器件的47%，外延成本占23%，兩者在碳化硅器件產(chǎn)業(yè)鏈中具有重要地位。

相比之下，后道的器件設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)環(huán)節(jié)僅占整個(gè)器件成本的30%。


競(jìng)爭(zhēng)格局集中，國內(nèi)襯底廠商奮起直追

襯底市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局集中，海內(nèi)外廠商發(fā)展模式差異大。國外企業(yè)多以 IDM 模式布局全 產(chǎn)業(yè)鏈，如 Wolfspeed、羅姆及意法半導(dǎo)體等，而國內(nèi)企業(yè)傾向?qū)Ｗ⒂趩蝹€(gè)環(huán)節(jié)制造，如襯底領(lǐng)域的天科合達(dá)、天岳先進(jìn)，外延領(lǐng)域的瀚天天成、東莞天域半導(dǎo)體。

碳化硅襯底的市場(chǎng)規(guī)模有望快速增長。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022 年全球?qū)щ娦?碳化硅襯底和半絕緣型碳化硅襯底市場(chǎng)規(guī)模分別為 5.12 和 2.42 億美元，預(yù)計(jì)到 2023 年市 場(chǎng)規(guī)模將分別達(dá)到6.84 和2.81 億美元。2022-2025年，導(dǎo)電型碳化硅襯底CAGR 達(dá)34%。 根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，海外廠商壟斷碳化硅襯底市場(chǎng)。2020 年碳化硅襯底中海外 廠商市占率達(dá) 86%，其中 Wolfspeed 市占率達(dá) 45%，Rohm（收購 SiCrystal）排名第二， 占 20%的市場(chǎng)份額。國內(nèi)企業(yè)天科合達(dá)、天岳先進(jìn)分別占據(jù)了 5%、3%。

分導(dǎo)電型和半絕緣型市場(chǎng)看：1）2020 年全球?qū)щ娦吞蓟枰r底市場(chǎng)中，Wolfspeed 市占率達(dá) 62%，CR3 約 89%，國內(nèi)份額最大的天科合達(dá)僅占 4%；2）2020 年全球半絕緣 型碳化硅襯底市場(chǎng)中，Wolfspeed、II-VI 分別占 33%、35%的市場(chǎng)份額，CR2 約 68%， 國內(nèi)天岳先進(jìn)占 30%。

國外壟斷廠商運(yùn)用先發(fā)優(yōu)勢(shì)繼續(xù)擴(kuò)產(chǎn)。Wolfspeed 位于紐約的莫霍克谷工廠現(xiàn)已投產(chǎn) （8 英寸），預(yù)計(jì) 2023-2024 年產(chǎn)能達(dá) 72 萬片/年（相當(dāng)于 150 萬片 6 英寸）。此外， Wolfspeed 一期建設(shè)投資 13 億美元在北卡羅來納州查塔姆縣建造的 8 英寸碳化硅生產(chǎn)工 廠，預(yù)計(jì)2024 年完工后帶來超10 倍產(chǎn)能擴(kuò)充；II-VI 建設(shè)美國賓夕法尼亞州伊斯頓的工廠， 預(yù)計(jì) 2027 年產(chǎn)能達(dá) 100 萬片/年 6 英寸；日本羅姆預(yù)計(jì) 2025 年襯底產(chǎn)能擴(kuò)展至 30-40 萬 /年。

國內(nèi)廠商奮起直追。預(yù)計(jì)天科合達(dá) 2025 年底，6 英寸有效產(chǎn)能達(dá) 55 萬片/年；預(yù)計(jì)天 岳先進(jìn)的上海臨港工廠，2026 年達(dá)產(chǎn)產(chǎn)能為 30 萬片/年。 我們認(rèn)為國產(chǎn)襯底廠商進(jìn)展超預(yù)期。2023 年 4 月，天岳先進(jìn) 2022 年年報(bào)披露與博世 集團(tuán)簽署長期協(xié)議；5 月，英飛凌宣布與天科合達(dá)和天岳先進(jìn) 2 家 SiC 襯底廠商簽訂長期 協(xié)議，并預(yù)計(jì) 2 家供應(yīng)量均將占到英飛凌長期需求量的兩位數(shù)份額。這是國產(chǎn) SiC 的里程 碑事件，體現(xiàn)國產(chǎn) SiC 襯底龍頭獲國際器件大廠認(rèn)可，襯底良率和性能提升超預(yù)期。 23 年 6 月，意法半導(dǎo)體宣布將與三安光電在中國成立 200mm 碳化硅器件制造合資企 業(yè)公司，三安光電將建造并單獨(dú)運(yùn)營一座新的 200 毫米碳化硅襯底制造廠，使用自己的碳 化硅襯底工藝來滿足合資企業(yè)的需求。