7月5日，瑞薩電子宣布與Wolfspeed達(dá)成晶圓供應(yīng)協(xié)議。據(jù)悉，瑞薩電子將交付20億美元定金，以獲得Wolfspeed碳化硅（SiC）裸晶圓和外延片為期10年的供應(yīng)，并將于2025年開(kāi)始碳化硅功率半導(dǎo)體的規(guī)?；a(chǎn)。
在有新能源汽車(chē)行業(yè)“風(fēng)向標(biāo)”之稱(chēng)的特斯拉宣布未來(lái)將大幅削減用量之后，碳化硅并沒(méi)有就此跌落“神壇”。相反，隨著全球特別是中國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)滲透率的快速提升，強(qiáng)勁的上車(chē)需求疊加巨大的產(chǎn)能缺口，這條“賽道”愈發(fā)呈現(xiàn)出欣欣向榮之勢(shì)。
長(zhǎng)約簽不停 搶先鎖定供應(yīng)
羅蘭貝格全球合伙人時(shí)帥指出，碳化硅元器件核心的優(yōu)勢(shì)突出。第一，能量損耗低，導(dǎo)通電阻可至少降低至原來(lái)的1/100，開(kāi)關(guān)頻率更快，電控系統(tǒng)效率可提高至99.5％；耐高壓／耐高溫，更易被擊穿，可支持800V甚至1200V整車(chē)平臺(tái)，帶來(lái)更強(qiáng)的電氣化功能支持以及更優(yōu)的能耗；輕量化，尺寸可大幅減小至原來(lái)的1/10，因此功率模塊體積更小、更緊湊。
更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，碳化硅的應(yīng)用能夠非常直接地提升新能源汽車(chē)的續(xù)駛里程。假設(shè)純電動(dòng)汽車(chē)逆變器的功率模塊全部采用碳化硅元器件，整車(chē)?yán)m(xù)駛里程可增加5％～10％。此外，碳化硅的應(yīng)用也是搭建高壓平臺(tái)（800V及以上）的前提條件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)快充功能的支持（4C及以上）；同時(shí)，還能帶來(lái)更強(qiáng)大的智能化／電氣化功能。
正因如此，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片企業(yè)和一級(jí)零部件供應(yīng)商正在瘋狂押注碳化硅，紛紛簽署長(zhǎng)期供貨協(xié)議。日前，意法半導(dǎo)體和三安光電擬出資32億美元（約合人民幣228億元）在重慶合資建造一座8英寸碳化硅外延、芯片代工廠(chǎng)。項(xiàng)目計(jì)劃于2025年完成階段性建設(shè)并逐步投產(chǎn)，2028年達(dá)產(chǎn)，規(guī)劃達(dá)產(chǎn)后生產(chǎn)8英寸碳化硅晶圓1萬(wàn)片／周。同時(shí)，三安光電將利用自有碳化硅襯底工藝，單獨(dú)建造和運(yùn)營(yíng)一個(gè)新的8英寸碳化硅襯底制造廠(chǎng)，以滿(mǎn)足該合資廠(chǎng)的襯底需求。
今年5月初，英飛凌分別與國(guó)內(nèi)碳化硅材料供應(yīng)商天科合達(dá)、天岳先進(jìn)簽訂長(zhǎng)期協(xié)議，以獲取高質(zhì)量且具有競(jìng)爭(zhēng)力的6英寸碳化硅晶圓和晶錠，預(yù)計(jì)兩家公司的供應(yīng)量都將占到英飛凌長(zhǎng)期需求量的兩位數(shù)份額。
這不應(yīng)該解讀為零星一兩家企業(yè)采取行動(dòng)的獨(dú)立事件。今年2月，采埃孚與意法半導(dǎo)體達(dá)成碳化硅技術(shù)合作關(guān)系，將就此獲得世界一流碳化硅技術(shù)供應(yīng)商的長(zhǎng)期協(xié)助；當(dāng)月，采埃孚還與Wolfspeed建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，計(jì)劃建立聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，推動(dòng)碳化硅系統(tǒng)和設(shè)備技術(shù)在出行、工業(yè)和能源應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)步；4月，采埃孚宣布，自2025年起將從意法半導(dǎo)體采購(gòu)碳化硅器件，集成到當(dāng)年投入批量生產(chǎn)的新型模塊化逆變器架構(gòu)中。
今年5月底，緯湃科技與安森美宣布了一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)10年的碳化硅產(chǎn)品供應(yīng)協(xié)議，價(jià)值19億美元；6月，其又與羅姆簽署碳化硅功率元器件長(zhǎng)期供貨合作協(xié)議，雙方在2024～2030年的交易額將超過(guò)1300億日元。
在中科院戰(zhàn)略咨詢(xún)?cè)寒a(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中心汽車(chē)行業(yè)特聘研究員鹿文亮看來(lái)，碳化硅的生產(chǎn)工藝較難、產(chǎn)能較低、成本較高，供應(yīng)很不穩(wěn)定，這很有可能成為限制汽車(chē)行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
從這個(gè)意義上說(shuō)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作就變得更加不可或缺。通過(guò)合作可以顯著加快產(chǎn)品投產(chǎn)速度，縮短交付周期，實(shí)現(xiàn)“以快取勝”；同時(shí)，長(zhǎng)期供貨協(xié)議的合作方式能保證整個(gè)供應(yīng)鏈的穩(wěn)定，形成互為配套、互為支撐的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而不斷滿(mǎn)足高速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。
擴(kuò)產(chǎn)增資 產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)加強(qiáng)
第三代半導(dǎo)體在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用如雨后春筍般快速發(fā)展，其中碳化硅可謂獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。有市場(chǎng)研究報(bào)告顯示，基于新材料的各項(xiàng)特性?xún)?yōu)勢(shì)以及新能源汽車(chē)的快速普及，未來(lái)5年內(nèi)，平均在每?jī)奢v電動(dòng)汽車(chē)中，就會(huì)有一輛采用第三代半導(dǎo)體元器件。這一市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)將使第三代半導(dǎo)體在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的使用量，于2027～2030年超過(guò)硅基半導(dǎo)體。
但不得不指出的是，現(xiàn)階段，車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅的產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際的市場(chǎng)需求。安森美方面甚至表示，未來(lái)5～10年，碳化硅市場(chǎng)仍將呈現(xiàn)產(chǎn)品較為緊缺的狀況，不會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)能過(guò)剩。
為了避免有效產(chǎn)能與市場(chǎng)需求的錯(cuò)位，各大企業(yè)都在瘋狂擴(kuò)產(chǎn)，加速“跑馬圈地”。記者了解到，意法半導(dǎo)體計(jì)劃2024年將襯底的內(nèi)部供應(yīng)比率提升至40％，2030年實(shí)現(xiàn)50億美元以上的碳化硅營(yíng)收目標(biāo)。英飛凌預(yù)計(jì)到2027年碳化硅產(chǎn)能將增長(zhǎng)10倍，目標(biāo)是在2030年占據(jù)30％的市場(chǎng)份額。安森美2022～2023年在碳化硅方面的資本支出將達(dá)到總收入的12％～20％，其中75％～80％將用于產(chǎn)能擴(kuò)張。博世收購(gòu)了美國(guó)加州芯片制造商TSI半導(dǎo)體的關(guān)鍵資產(chǎn)，將擴(kuò)大其在美國(guó)的車(chē)用碳化硅芯片生產(chǎn)規(guī)模。SK公司表示，將投資1200億韓元，成為韓國(guó)電動(dòng)汽車(chē)碳化硅功率半導(dǎo)體公司YesPower Technix的控股股東，持有其95.8％的股份。羅姆計(jì)劃到2025財(cái)年（截至2026年3月）最高向碳化硅功率半導(dǎo)體領(lǐng)域投資2200億日元，這個(gè)數(shù)字已增至2021財(cái)年計(jì)劃的4倍。Wolfspeed則宣布，將在德國(guó)薩爾州建設(shè)一座高度自動(dòng)化、采用前沿技術(shù)的200mm晶圓制造工廠(chǎng)。據(jù)悉，該工廠(chǎng)不僅將是Wolfspeed在歐洲的首座工廠(chǎng)，也將成為全球最大、最先進(jìn)的碳化硅元器件制造工廠(chǎng)。
2019年以來(lái)，國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)出一批碳化硅企業(yè)。在由襯底、外延、器件和應(yīng)用四大部分組成的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中，襯底和外延占據(jù)最主要的價(jià)值，難度也最高。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)從事碳化硅襯底研制的企業(yè)已超過(guò)30家，它們都在不斷借助擴(kuò)產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈布局、上市等方式搶占市場(chǎng)。
除上游企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)、增資、合作之外，為尋求供應(yīng)鏈穩(wěn)定，下游車(chē)企與上游半導(dǎo)體廠(chǎng)商之間的關(guān)系也更為緊密。去年11月，湖南三安與某新能源汽車(chē)客戶(hù)簽署了長(zhǎng)達(dá)四年（2024～2027年）、價(jià)值38億元的碳化硅芯片大單。
進(jìn)入2023年，車(chē)企紛紛與碳化硅廠(chǎng)商加強(qiáng)結(jié)盟，以獲得長(zhǎng)期的供貨保證。有消息稱(chēng)，Wolfspeed將為梅賽德斯-奔馳供應(yīng)碳化硅元器件，賦能其未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)；安森美的碳化硅產(chǎn)品將用于大眾下一代平臺(tái)系列的車(chē)輛牽引逆變器解決方案；寶馬也與安森美簽下長(zhǎng)期供貨協(xié)議，寶馬400V直流母線(xiàn)電動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)將采用安森美碳化硅技術(shù)解決方案；極氪智能科技宣布與安森美簽署長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議，進(jìn)一步深化雙方在碳化硅功率器件領(lǐng)域的合作關(guān)系。隨著通用、福特、保時(shí)捷、雷諾等老牌車(chē)企紛紛跟進(jìn)，行業(yè)內(nèi)碳化硅使用者的名單將越來(lái)越長(zhǎng)。
國(guó)內(nèi)百舸爭(zhēng)流但差距仍在
萬(wàn)眾矚目的第三代半導(dǎo)體材料碳化硅產(chǎn)業(yè)風(fēng)潮正盛，力爭(zhēng)成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)的中國(guó)，自然不能放棄這塊新晉的技術(shù)高地。
不過(guò)，BelGaN公司首席執(zhí)行官周貞宏直言，近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)碳化硅的投入非常大，然而也非常零散。“這個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，大部分沒(méi)有規(guī)模、沒(méi)有創(chuàng)新的公司，再過(guò)三五年可能很難生存下去。”他認(rèn)為，現(xiàn)有的碳化硅公司未來(lái)仍需開(kāi)展更多的國(guó)內(nèi)和國(guó)際合作，通過(guò)合作、引進(jìn)超前技術(shù)或?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新，才能有機(jī)會(huì)從中小公司發(fā)展壯大起來(lái)。
多位業(yè)內(nèi)人士也告訴記者，與行業(yè)內(nèi)的國(guó)際巨頭相比，中國(guó)碳化硅企業(yè)在人員、規(guī)模、技術(shù)方面都相對(duì)欠缺。時(shí)帥分析稱(chēng)，碳化硅作為半導(dǎo)體材料，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈延續(xù)了半導(dǎo)體專(zhuān)業(yè)分工、各司其職的特點(diǎn)。其中，外資企業(yè)、創(chuàng)業(yè)公司更多聚焦碳化硅器件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，車(chē)企更多從整車(chē)應(yīng)用與集成層面做匹配，這些角色有機(jī)互動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)車(chē)端的有效搭載與應(yīng)用，缺一不可。
目前，外資傳統(tǒng)半導(dǎo)體巨頭掌握了碳化硅元器件的最核心環(huán)節(jié)，即流片與生產(chǎn)，是行業(yè)的主導(dǎo)者，市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)在于行業(yè)經(jīng)驗(yàn)與產(chǎn)業(yè)鏈積累，它們筑起了很強(qiáng)的行業(yè)壁壘。國(guó)內(nèi)碳化硅公司定位于元器件的生產(chǎn)，對(duì)標(biāo)意法半導(dǎo)體和英飛凌，但整體都還在起步和探索階段，競(jìng)爭(zhēng)力仍然不足。
車(chē)企是碳化硅元器件下游應(yīng)用的主體，需要從電驅(qū)／電控系統(tǒng)、整車(chē)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與集成方面出發(fā)，配合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的上車(chē)與搭載，并基于碳化硅元器件優(yōu)化整車(chē)性能，比如提供高壓平臺(tái)。當(dāng)然，也有部分車(chē)企，從成本控制、供應(yīng)安全性等角度，選擇介入上游，但大多采用合作模式。大部分車(chē)企都是自研自產(chǎn)支持碳化硅的電控以及電驅(qū)系統(tǒng)，比如蔚來(lái)；或者是自建碳化硅最后模塊的封裝貼片產(chǎn)能，比如長(zhǎng)城、比亞迪，車(chē)企距離能夠自研自產(chǎn)碳化硅芯片的距離還比較遠(yuǎn)。
時(shí)帥進(jìn)一步指出，國(guó)內(nèi)有相當(dāng)一部分市場(chǎng)參與者在布局碳化硅，但整體技術(shù)和產(chǎn)品成熟度與頭部企業(yè)仍有很大差距，僅少數(shù)廠(chǎng)商進(jìn)入了碳化硅元器件的主驅(qū)送樣測(cè)試階段，比如中國(guó)電子科技集團(tuán)五十五所、清純半導(dǎo)體、士蘭微、瞻芯、愛(ài)仕特等。
在時(shí)帥看來(lái)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)企業(yè)的卡點(diǎn)主要集中在：第一，芯片制造能力為核心短板。據(jù)介紹，碳化硅制造的瓶頸不在于制程多么先進(jìn)，而是需要品質(zhì)穩(wěn)定、達(dá)到很低的導(dǎo)通電阻水平。國(guó)內(nèi)目前碳化硅產(chǎn)能仍以二極管為主，遠(yuǎn)達(dá)不到主驅(qū)芯片要求的10～20毫歐水平。第二，產(chǎn)品良率很低，達(dá)不到量產(chǎn)要求。第三，車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證要求嚴(yán)苛，且車(chē)企對(duì)此類(lèi)關(guān)鍵的安全類(lèi)芯片更為謹(jǐn)慎，普遍要求更成熟的技術(shù)與工藝，因而國(guó)內(nèi)企業(yè)還有很長(zhǎng)的路要走。
集邦咨詢(xún)分析師龔瑞驕認(rèn)為，未來(lái)三年是碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵期，中國(guó)企業(yè)應(yīng)緊抓新能源汽車(chē)下游市場(chǎng)機(jī)遇，以應(yīng)用驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)步，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
合力突破成本和質(zhì)量瓶頸
時(shí)帥判斷，碳化硅元器件在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍包括主驅(qū)和OBC，以及基建側(cè)的充電樁逆變器／變壓器，核心在于對(duì)續(xù)駛里程的提升及800V平臺(tái)支持下的快充，可帶來(lái)顯著的用戶(hù)體驗(yàn)提升。他預(yù)計(jì)，到2025年，車(chē)端碳化硅主驅(qū)的滲透率可達(dá)20％～30％。
當(dāng)然，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。而挑戰(zhàn)主要來(lái)自于兩個(gè)方面，一是生產(chǎn)成本高企。當(dāng)前，一套碳化硅電驅(qū)模塊成本價(jià)就達(dá)4000元，售價(jià)則在6000～7000元，這也是導(dǎo)致很多車(chē)企猶豫應(yīng)用與否的主要原因。二是產(chǎn)品良率低，即便頭部企業(yè)的技術(shù)也仍不成熟，良率僅50％～60％。相比之下，成熟的IGBT產(chǎn)品良率可以到90％以上。良率低就使得生產(chǎn)效率低下，同時(shí)也是產(chǎn)品成本高昂的主要原因。
鹿文亮也告訴記者，成本是影響碳化硅應(yīng)用的重要原因。他打了一個(gè)比方，眼下IGBT與碳化硅的關(guān)系有點(diǎn)像電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展初期磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的關(guān)系。早年間，電動(dòng)汽車(chē)多使用磷酸鐵鋰電池，但當(dāng)續(xù)駛里程提升遇到瓶頸，行業(yè)便開(kāi)始傾向于三元鋰電池。后來(lái)，成本變?yōu)楸壤m(xù)駛里程更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)時(shí)，車(chē)企又開(kāi)始轉(zhuǎn)回磷酸鐵鋰電池。目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)市場(chǎng)上，磷酸鐵鋰電池的配裝比例已超過(guò)60％。
“所以，未來(lái)碳化硅是不是應(yīng)用越來(lái)越多、規(guī)模越來(lái)越大，主要看成本的下降程度。碳化硅的應(yīng)用范圍則主要取決于其與IGBT的價(jià)格差。接下來(lái)，很有可能是高端車(chē)特別是800V高壓車(chē)型采用碳化硅元器件，而隨著碳化硅與IGBT價(jià)格差距逐漸縮小，碳化硅的應(yīng)用范圍將從高端車(chē)型向低端車(chē)型滲透。”鹿文亮說(shuō)。
時(shí)帥表示，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，中國(guó)碳化硅企業(yè)面臨的機(jī)遇毋庸置疑。首先，市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿γ鞔_且巨大：新能源汽車(chē)推廣早已是大勢(shì)所趨，而碳化硅器件的優(yōu)勢(shì)明顯，現(xiàn)在市場(chǎng)還在比較初期的放量階段，而未來(lái)5～10年，隨著技術(shù)進(jìn)一步成熟、成本進(jìn)一步下降，碳化硅對(duì)IGBT的替代將是持續(xù)加速的主旋律，因此行業(yè)增長(zhǎng)空間廣闊。
其次，存在國(guó)產(chǎn)替代的彎道超車(chē)機(jī)會(huì)。國(guó)外半導(dǎo)體廠(chǎng)商雖有一定的積累和先發(fā)優(yōu)勢(shì)，但整體國(guó)內(nèi)外起步的差距沒(méi)有其他半導(dǎo)體部件那么大，而且國(guó)內(nèi)各類(lèi)廠(chǎng)商也在積極布局和追趕，有希望依托國(guó)內(nèi)成熟的新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈和最大的終端市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)第三代功率半導(dǎo)體技術(shù)的差距縮小甚至追趕。
此外，跨行業(yè)的應(yīng)用協(xié)同潛力也不容忽視。除了汽車(chē)領(lǐng)域，碳化硅器件在光伏（比如逆變器）、智能電網(wǎng)（比如電子電氣變壓器）、儲(chǔ)能（比如變器／轉(zhuǎn)換器）、5G通信（比如基站射頻模塊）等行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用潛力，因此具備較強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)協(xié)同性與通用性。當(dāng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與這些行業(yè)相互協(xié)同，碳化硅的規(guī)模化發(fā)展前景將更加值得期待。
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