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?dú)w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(lái)。

 

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(gè)吃螃蟹的占盡先機(jī)，成為當(dāng)前碳化硅功率器件市場(chǎng)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(hào)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(zhēng)已戰(zhàn)火紛飛。

 

 

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(chǎng)“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(lái)源：Yole

 

在自動(dòng)駕駛剛剛興起之時(shí)，意法半導(dǎo)體相比老對(duì)手英偉達(dá)、英特爾和瑞薩而言，完全不在一個(gè)量級(jí)，在汽車功率半導(dǎo)體領(lǐng)域也比不過老對(duì)手英飛凌。此時(shí)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(chǎng)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(jī)和電池的攻堅(jiān)克難時(shí)，意法半導(dǎo)體對(duì)碳化硅多年的研究終于派上了用場(chǎng)。經(jīng)過無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)，他們的碳化硅功率器件成功達(dá)到了車規(guī)級(jí)。此刻，意法半導(dǎo)體意識(shí)到，碳化硅器件是他們打入新能源汽車市場(chǎng)的絕佳機(jī)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(duì)于車企來(lái)說，安全永遠(yuǎn)是第一位的，大多數(shù)車企對(duì)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(jià)格相較于硅基功率器件，高出的不是一星半點(diǎn)，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(shí)，特斯拉CEO馬斯克站了出來(lái)。意法半導(dǎo)體也拿出了足夠的誠(chéng)意，雖然當(dāng)時(shí)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(gè)敢賣，一個(gè)敢用——兩個(gè)“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(shí)現(xiàn)了續(xù)航能力的提升。而寧可虧本也要開拓市場(chǎng)的意法半導(dǎo)體，成為了在碳化硅功率器件市場(chǎng)中“第一個(gè)吃螃蟹的人”，牢牢掌握住了市場(chǎng)的主導(dǎo)權(quán)。

 

意法半導(dǎo)體與賽米控合作，在下一代電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中集成碳化硅功率技術(shù)

 

意法半導(dǎo)體近期財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)顯示，截至2022財(cái)年第一季度，公司的碳化硅產(chǎn)品已經(jīng)在75個(gè)客戶的98個(gè)項(xiàng)目中送樣測(cè)試，其中工業(yè)應(yīng)用和電動(dòng)汽車應(yīng)用各占一半。同時(shí)，意法宣布在2022財(cái)年第一季度簽署了多項(xiàng)合作協(xié)議, 包括與德國(guó)模塊大廠賽米控簽署了一項(xiàng)為期4年的技術(shù)合作，共同開發(fā)針對(duì)電動(dòng)汽車的eMPACK功率模塊。該模塊已被一家德國(guó)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(jì)，2022年來(lái)自碳化硅產(chǎn)品的營(yíng)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(zhēng)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?cè)?英寸碳化硅領(lǐng)域的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

 

 

在意法半導(dǎo)體牢牢把握著碳化硅功率器件市場(chǎng)的同時(shí)，老對(duì)手英飛凌也不甘寂寞，對(duì)車規(guī)碳化硅市場(chǎng)虎視眈眈。

 

英飛凌在2021年以工業(yè)應(yīng)用為基礎(chǔ)進(jìn)入主逆變器業(yè)務(wù)，在碳化硅方面的收入實(shí)現(xiàn)了126%的增長(zhǎng)，占據(jù)了21%的市場(chǎng)份額，僅次于意法半導(dǎo)體，勢(shì)頭兇猛。作為全球功率器件的絕對(duì)龍頭，英飛凌向來(lái)艷壓群雄。意法半導(dǎo)體在車規(guī)級(jí)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(duì)碳化硅的研究，2001年就推出了全球首個(gè)碳化硅二極管。2019年，英飛凌發(fā)布了1200V的車規(guī)級(jí)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(dòng)汽車（EV）的牽引逆變器進(jìn)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(cuò)失了碳化硅“上車”先機(jī)，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(chǎng)。

 

“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(guó)整車廠的電動(dòng)汽車逆變器和車載充電機(jī)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(jì)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(jí)碳化硅的營(yíng)收能力如此強(qiáng)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(lái)的毛利潤(rùn)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(lái)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(jì)，讓碳化硅產(chǎn)品有資本定位在“高價(jià)位高品質(zhì)”。

 

英飛凌正在計(jì)劃擴(kuò)大寬禁帶（碳化硅和氮化鎵）半導(dǎo)體的產(chǎn)能，進(jìn)一步鞏固和增強(qiáng)其在功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位。預(yù)計(jì)將斥資逾20億歐元，在馬來(lái)西亞居林工廠建造第三個(gè)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(jì)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(jì)于2024年完成。

 

 

盡管現(xiàn)在意法半導(dǎo)體和英飛凌的市場(chǎng)占比更大，但他們卻需要向排名第三的企業(yè)——Wolfspeed購(gòu)買碳化硅襯底。這個(gè)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(shí)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(qiáng)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(dòng)。作為這一技術(shù)的引領(lǐng)者，我們對(duì)于未來(lái)的前景激動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)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(gòu)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(wàn)片碳化硅襯底，實(shí)現(xiàn)上億美元的營(yíng)收，并且也開始向8英寸襯底進(jìn)軍，預(yù)計(jì)2023年批量生產(chǎn)。

 

羅姆公開表示，計(jì)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(kuò)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(yùn)營(yíng)，計(jì)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(chǎng)。

 

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(duì)電動(dòng)汽車優(yōu)化的第4代1200V碳化硅MOSFET。羅姆預(yù)測(cè)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(guó)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(guó)電子報(bào)》記者表示，在2021年，羅姆與吉利汽車集團(tuán)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(dòng)平臺(tái)。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(shí)驗(yàn)室。利用羅姆的碳化硅器件，共同開發(fā)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的逆變器以及高性能模塊等。

 

2021年10月，正海集團(tuán)有限公司與羅姆簽署合資協(xié)議，雙方將成立一家主營(yíng)功率模塊業(yè)務(wù)的新公司。計(jì)劃于2021年12月在中國(guó)國(guó)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(jìn)功率模塊業(yè)務(wù)，開發(fā)、設(shè)計(jì)、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(tuán)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(jìn)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(jì)新公司開發(fā)的模塊產(chǎn)品將于2022年投入量產(chǎn)，并已計(jì)劃用于電動(dòng)汽車。

 

第五名的安森美則搶先與客戶簽訂了未來(lái)三年長(zhǎng)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(lái)自電動(dòng)汽車動(dòng)力總成對(duì)碳化硅模塊的需求，客戶包括蔚來(lái)汽車和特斯拉。據(jù)悉，蔚來(lái)汽車ET7將采用安森美900V碳化硅功率模塊驅(qū)動(dòng)。

 

2021年，安森美通過收購(gòu)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(cè)和量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)略勝一籌。

 

安森美中國(guó)區(qū)戰(zhàn)略汽車業(yè)務(wù)拓展高級(jí)總監(jiān)劉世鈞向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，面對(duì)日益增加的碳化硅新能源汽車市場(chǎng)需求，近年來(lái)針對(duì)碳化硅領(lǐng)域有諸多布局。安森美2019年收購(gòu)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(jìn)的CMOS技術(shù)。近期，安森美又收購(gòu)了碳化硅生產(chǎn)商GT Advanced Technologies ，進(jìn)一步提升碳化硅的供應(yīng)能力，并加速碳化硅的開發(fā)。

 

 

近日，理想汽車與國(guó)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(duì)碳化硅新能源汽車功率器件的研發(fā)。

 

對(duì)于國(guó)內(nèi)碳化硅企業(yè)來(lái)說，在車用碳化硅領(lǐng)域，由于國(guó)際龍頭企業(yè)起步較早，因此我國(guó)在碳化硅各尺寸的量產(chǎn)推出時(shí)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(guó)際龍頭企業(yè)存在一定差距，但很多國(guó)內(nèi)企業(yè)努力追趕。

 

目前，國(guó)內(nèi)主流的碳化硅企業(yè)有華潤(rùn)微、士蘭微、立昂微、泰科天潤(rùn)等。近年來(lái)，多家國(guó)內(nèi)廠商在新能源汽車碳化硅領(lǐng)域的布局均有所進(jìn)展。2020年，瞻芯電子率先在國(guó)內(nèi)發(fā)布6英寸碳化硅MOSFET晶圓。華潤(rùn)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(dòng)機(jī)、變速箱技術(shù)，也同樣阻礙著中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，將發(fā)展目標(biāo)轉(zhuǎn)向?yàn)橐蕴蓟铻槭椎男履茉雌嚬β势骷涯抗廪D(zhuǎn)向電池、電驅(qū)、電控技術(shù)的研發(fā)，將有望推動(dòng)中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)突破瓶頸，迎來(lái)質(zhì)的發(fā)展。（來(lái)源：中國(guó)電子報(bào)）