汽車電動化驅動SiC需求急劇增長，下一個淘金熱誕生？

領先于智能電源和智能感知技術的安森美(onsemi)宣布與德國大眾汽車集團 (VW)簽署戰略協議，為大眾汽車集團的下一代平臺系列提供模塊和半導體器件，以實現完整的電動汽車 (EV) 主驅逆變器解決方案。安森美所提供的半導體將作為整體系統優化的一部分，形成能夠支持大眾車型前軸和后軸主驅逆變器的解決方案。

安森美將首先交付其 EliteSiC 1200 V 主驅逆變器電源模塊，作為協議的一部分。EliteSiC 電源模塊具備引腳兼容特性，可輕松地將解決方案擴展到不同的功率級別和多種電機。在過去的一年多里，兩家公司的團隊攜手合作優化下一代平臺的電源模塊，開發和評估預生產樣品。

在汽車電動化的驅動下，電力電子器件可謂是量價齊升。而電力電子器件的發展經歷了以晶閘管為核心的第一階段、以MOSFET和IGBT為代表的第二階段，現在正在進入以寬禁帶半導體器件為核心的新發展階段。

汽車所引爆的SiC需求正在急劇增長，根據投資銀行Canaccord Genuity預計，碳化硅晶圓產能將從2021年的12.5萬片6英寸晶圓增加到2030年的超過400萬片6英寸當量晶圓，來滿足電動汽車市場的需求。800V SiC已經從2021年開始就逐漸在市場滲透。SiC功率元件作為各家電動汽車性能致勝的一大依賴技術，整車廠們無不在爭相綁定未來幾年的SiC供應。縱觀整個SiC芯片市場，主要的碳化硅芯片制造商包括英飛凌、安森美、羅姆、意法半導體（STM）和Wolfspeed，無疑，這些SiC芯片供應商正成為車企爭相綁定的“寵兒”。


01 EV的優勢

新一代電力電子器件也同時在推動MOSFET和IGBT的發展，這也帶動SiC和GaN等寬禁帶半導體的日益普及。電動汽車則成為了SiC的核心應用場景。

EV是Electric Vehicle的縮寫，也稱為“電動汽車”。最初是電力驅動的交通工具的總稱，但一般情況下僅指汽車。

EV主要有四大元素：將家用交流電源（AC）轉換為直流電源（DC）的車載充電器，存儲充電電量用的電池，控制來自電池的電力并將其輸送至電機的逆變器，將接收到的電力轉換為動力的電機。

傳統的汽車大多數配備發動機，利用燃燒燃料產生的能量來行駛。而EV則使用電力和電機來代替發動機。


EV的優勢：

1、燃料成本低

EV使用電力代替汽油。在夜間充電電費更便宜，因此利用夜間充電可以使電費低于燃油費。


2、環保

在汽車中，EV被歸類為對地球環境友好的“新一代環保汽車”之一。由于它不排放任何含有二氧化碳和大氣污染物質的廢氣，因而有助于防止全球變暖。


02 SiC功率元器件是EV的關鍵

EV的銷量與日俱增，但要想在未來更加普及，需要解決如何有效使用電力的問題，就是用Si（硅）和C（碳）化合后的SiC（碳化硅）制造而成的“SiC功率元器件”。

SiC功率元器件是非常適合“有效轉換功率”的電子產品，可用于EV的車載充電器和電池逆變器中。SiC器件要比Si器件有著更低的導通損耗、更高的工作頻率和更高的工作電壓等等。

考慮到未來電動車需要更長的行駛里程、更短的充電時間和更高的電池容量，在車用半導體中，SiC將會是未來趨勢，SiC 器件在 EV/HEV 上的應用主要包括電機驅動系統逆變器、電源轉換系統（車載DC/DC）、電動汽車車載充電系統（OBC）及非車載充電樁等方面。

電驅動系統作為新能源汽車的“心臟”，直接影響到整車的能源效率、續航里程等。對新能源汽車整車使用性能具有較大影響。

在當前集成化趨勢下，電機+減速器+逆變器集成的“三合一”電驅動模塊將成為市場主流。電驅動集成系統將加速SiC器件在電動汽車中的量產落地。

盡管碳化硅器件成本較高，但它推進了電池成本的下降和續航里程的提升，降低了單車成本，無疑是新能源汽車最佳選擇。其中，SiC SBD、SiC MOSFET 器件主要應用于OBC 與DC/DC，SiC MOSFET主要用于電驅動。



03 Wolfspeed的SiC汽車朋友圈：

奔馳、路虎、Lucid Motors、通用、大眾

曾幾何時，“Wolfspeed”只是Cree中最小的一部分業務，Cree的主要業務為LED和照明，2017財年Cree的在SiC領域的收入僅為 2.2億美元，而照明的收入約為7億美元，LED 5.5 億。此后的5年，由于汽車、光伏等對SiC這一技術的需求發展和對SiC的專注，Wolfspeed已經從曾經的丑小鴨搖身一變為美麗的白天鵝。

Wolfspeed是第一家在2011年發布具有商業資格的SiC MOSFET的公司。目前Wolfspeed 在SiC這個利基市場占據主導地位，市場份額為60%。Wolfspeed還擁有世界上最大的碳化硅制造工廠——位于紐約馬西的莫霍克谷工廠，該工廠于 2022年4月開業。強大的SiC能力和地位使得Wolfspeed收獲了一眾車廠的青睞。

2023年1月4日，Wolfspeed宣布將為未來的梅賽德斯-奔馳電動汽車 (EV) 平臺提供碳化硅器件，從而提高動力系統的效率。Wolfspeed 的半導體將被整合到梅賽德斯-奔馳多款車型的下一代動力總成系統中。

2022年10月31日，捷豹路虎和Wolfspeed宣布建立戰略合作伙伴關系，為下一代電動汽車提供碳化硅半導體用于車輛的逆變器，管理從電池到電動機的電力傳輸。首批采用這種先進技術的路虎攬勝汽車將于 2024 年上市，而全新的全電動捷豹品牌將于次年上市。

2022年4月25日，美國豪華電動車初創車廠Lucid Motors與Wolfspeed簽訂了多年協議，由Wolfspeed生產和供應碳化硅器件。Lucid Air的逆變器采用Wolfspeed的XM3碳化硅電源模塊。XM3電源模塊具有低開關損耗、最小電阻和高功率密度，有助于提高 Lucid 163 磅、670 馬力（74 千克 500 千瓦）電動機的效率和功率密度。

Wolfspeed的汽車級1200V碳化硅XM3半橋電源模塊（圖源：Wolfspeed）

2021年10月4日，通用汽車和Wolfspeed宣布了一項戰略供應商協議，Wolfspeed將為通用汽車未來的電動汽車項目開發和提供碳化硅功率器件解決方案。碳化硅將專門用于通用汽車下一代電動汽車Ultium Drive單元中包含的集成電力電子設備。

2019年5月14日，彼時還叫Cree的Wolfspeed就被選為大眾汽車集團“未來汽車供應軌道”計劃 (FAST) 的獨家碳化硅合作伙伴。大眾汽車集團和Cree將與一級供應商和功率模塊供應商合作，為大眾汽車集團未來的車輛設計基于碳化硅的解決方案。


04 ST的汽車朋友圈：特斯拉、雷諾、現代

眾所周知，特斯拉是引爆SiC市場的第一人，彼時特斯拉就是從ST采購的SiC功率芯片。不過據多個機構的猜測，特斯拉好像有其他潛在客戶。近幾年，隨著ST的不斷發展壯大，尤其是收購了SiC襯底供應商Norstel以來，ST正在攬貨更多整車廠的長約。

2022年10月5日，意法半導體宣布將在意大利建立綜合碳化硅基板制造工廠，SiC襯底制造設施與現有的SiC器件制造設施一起建在意法半導體位于意大利卡塔尼亞的工廠，將成為歐洲第一家量產150mm SiC外延襯底的工廠，將生產流程中的所有步驟整合在一起。ST希望到2024年實現40%的內部襯底采購，而此SiC的垂直整合策略將是很大的一個助推劑。

而且ST正在擴增SiC產能，2022年ST資本支出金額為35.2億美元，今年預估年增13.6%至40億美元，主要用于提升其 300 毫米晶圓制造和碳化硅制造能力。

2022年12月14日，意法半導體發布了可提高電動汽車性能和續航里程的大功率模塊。意法半導體的新碳化硅功率模塊已用在現代汽車公司的 E-GMP電動汽車平臺，以及共享該平臺的起亞 EV6 等多款車型。

2021年6月25日，雷諾集團和意法半導體宣布在電力電子領域達成戰略合作，兩家公司將根據對雷諾集團對碳化硅 (SiC) 器件、氮化鎵 (GaN) 晶體管以及相關封裝和模塊的技術需求的了解，合作開發高效、尺寸合適的模塊化組件。ST將確保在2026-2030年滿足雷諾的寬禁帶（第三代半導體）器件產量需求。


05 英飛凌：Stellantis、上汽

英飛凌目前正在積極擴大其SiC制造能力，到2027年，英飛凌的SiC制造能力即將增長十倍，其目標是在本十年末達到30%的市場份額。

2022年11月14日，英飛凌與全球汽車制造商Stellantis簽署了一份不具約束力的諒解備忘錄，英飛凌將在下半年保留制造能力并向Stellantis的Tier 1供應 CoolSiC?裸片芯片。潛在采購量和產能儲備的價值遠遠超過 10 億歐元。

2018年3月，上汽和英飛凌成立合資企業上汽英飛凌汽車功率半導體（上海）有限公司。此后也有外媒報道，上汽正在探索如何確保其碳化硅芯片供應途徑，包括與零組件制造商組建合資企業。


06 羅姆：本田、Lucid、馬自達

羅姆在SiC領域的研究很早，2010年羅姆是全球率先量產SiC MOSFET、2012年率先推出全SiC功率模塊、2015年溝槽型 SiC MOSFET（第三代）的供應商。2020 年，ROHM 完成了其最新（第4代）SiC MOSFET 的開發。

2022年12月14日，羅姆宣布將聯手日立Astemo，為本田等車企供應SiC MOSFET。日立 Astemo的逆變器計劃從2025年開始供應新能源汽車市場，而首批產品大概率是供應本田汽車。

2022年11月12日，ROHM、馬自達和Imasen簽署聯合協議，開發使用 ROHM SiC 功率模塊的 e-Axle 逆變器。通過此次合作，ROHM 將通過從成品車逆向研究功率半導體所需的性能和最佳驅動方法，開發出更具競爭力的 SiC MOSFET 和模塊。

2022年3月8日，先進豪華電動汽車公司Lucid選擇了ROHM的SiC MOSFET。其第一款汽車 Lucid Air 采用了ROHM的SCT3040K和SCT3080K，幫助Lucid 縮小了設計尺寸并降低了功率損耗，從而實現了高充電效率。


07 安森美：特斯拉、蔚來、現代、奔馳和大眾

安森美擁有19個晶圓制造和封裝制造基地，收購了SiC襯底供應商GTAT之后更是底氣很足，安森美迅速成長為全球少有的具備垂直整合的SiC供應鏈的廠商，包括批量SiC晶錠生長、襯底、外延、器件制造、一流的集成模塊和分立封裝解決方案。安森美也在全球范圍內提高碳化硅產量的投資。包括特斯拉、蔚來、現代、奔馳和大眾等都是安森美的客戶。

2023年1月26日，安森美宣布與德國大眾汽車公司(VW)簽署戰略協議，提供模塊和半導體。一年多來，兩家公司的團隊一直在合作優化下一代平臺的電源模塊，并正在開發和評估預生產樣品。據悉，安森美將首先交付其 EliteSiC 1200 V 牽引逆變器電源模塊。

2023年1月5日，安森美宣布其EliteSiC系列碳化硅功率模塊已被起亞（Kia Corporation）選中用于EV6 GT車型，在該電動汽車的主驅逆變器中，EliteSiC功率模塊實現了從電池的直流800V到后軸交流驅動的高效電源轉換。安森美表示會繼續與現代起亞汽車集團合作，將EliteSiC技術用于其即將推出的基于電動化全球模塊型平臺（E-GMP）的高性能電動汽車。

2022年11月16日，安森美宣布梅賽德斯-奔馳在其主驅逆變器中采用安森美的SiC技術，這是兩家公司戰略合作的一部分。安森美的VE-Trac SiC模塊提高了梅賽德斯-奔馳純電動汽車VISION EQXX主驅逆變器的能效并減輕了其重量，使電動汽車的續航里程增加10%。

2022年5月12日，安森美宣布蔚來為其下一代電動車(EV)選用了安森美的最新VE-TracTM Direct SiC功率模塊。VE-Trac Direct SiC是個集成的單面直接水冷 (SSDC)功率模塊，采用6組配置，導通電阻低至1.7 mΩ。該平臺采用了安森美的第二代SiC MOSFET技術，使性能、能效和質量都達到新的水平。


08 日本電裝與豐田聯系密切

2003年日本電裝（DENSO）將一直從事車載半導體研究的部門拆分，成立了全面開發功率半導體的團隊，持續針對SiC材料的堅韌性和易用性進行培育。日本電裝也一直在開發從晶圓到功率模塊的全方位技術，電裝的SiC技術稱為“REVOSIC”。

整車方面，豐田跟電裝的合作密切。豐田中央研發實驗室和電裝公司從1980年開始合作開發SiC半導體材料。2020年4月，電裝和豐田合資成立“MIRISE Technologies”。據日本電裝介紹，豐田的4款車型LEXUS RZ、bZ4X、MIRAI及Prius均采用了他們的SiC產品。


09 三安光電收獲神秘廠商長約

除了上述這些SiC芯片大廠之外，國內的SiC企業也開始漸露頭角。2022年11月18日，三安光電發布公告稱，獲得了一家從事新能源汽車車企38億的合同，并承諾自2024年至2027年確保向湖南三安每年采購碳化硅芯片。

在此之前，2022年3月25日，理想汽車（車和家）與三安光電投資成立半導體公司——蘇州斯科半導體，注冊資本3億元。業內推測，兩者合資公司未來將主要從事新能源乘用車驅動電機控制器SiC芯片的研發。

相信隨著國內車企的快速發展、大力支持和勇敢試錯的情況下，國內SiC芯片供應廠商也將占有一席之地。


結語

汽車市場目前是SiC芯片最大的應用領域，SiC憑借優良特性成為各大車廠追捧的香餑餑，為了確保可靠供應，一家整車廠簽訂多家SiC芯片制造商是行業普遍現象，預計未來會有很多車企將與SiC供應商進行強綁定的合作。而站在SiC芯片供應商的角度來看，在這個競爭越來越激烈的市場，雖然SiC的產能一直在擴大，但是SiC在質量、產量和成本上還有很大的提升空間，誰能拿出更優良的SiC產品，誰就能掌握車企的大單。SiC芯片制造商對待碳化硅就像對待下一個淘金熱。