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TUhjnbcbe - 2023/10/15 16:08:00
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目前的碳化硅产业,技术和市场远未定型,鹿死谁手也没有定论。任何参与者都有机会成为大玩家,或者破产出局。

文/《汽车人》齐策

近日,全球头号碳化硅(SiC)制造商美国科锐(Cree)宣布,将在年底前正式更名为沃尔夫斯皮(Wolfspeed)。这一象征性举措表明科锐全面转向碳化硅业务的决心,遏制其市占率节节下降的局面。

其实,这家成立于年的公司,从去年剥离LED芯片和封装器件业务(以3亿美元卖给SMART公司)动作来看,转型的趋势就很明显了。

碳化硅业务尽管产业化时间超过10年,但直到去年才一跃成为半导体的“希望之星”。全球新能源汽车市场的迅速崛起,助推了碳化硅市场的“主流化”。未来5年,它很可能成为崭新的赛道。

新观念的痛苦体验

以前业内认为“三电”系统是电动车三要素,但现在的观念已经被刷新:电芯、功率芯片和高算力芯片成为新的“三巨头”。在去年绵延到今年的全球“缺芯”浪潮中,所有车企都以切肤之痛,体验到新观念的威力。

碳化硅早被认为是第三代半导体中的一员(还有氮化镓、氧化镓等),目前应用广泛的硅基芯片被视为第二代半导体。但其吸引到绝大多数注意力,仍然在于特斯拉率先采用碳化硅芯片,应用于车载逆变器和直流充电桩,取得技术优势。榜样永远是最好的力量。

相对于现在应用的功率芯片(IGBT),碳化硅电损耗更低,更省电;速度更快,频率更高;器件体积更小,更适合做电驱电控一体化。更重要的是,它有能力在℃的高温下正常工作,是超大功率场景的不二之选。

有人认为,在V和未来1V版本的高压电芯当中,碳化硅将大显身手。因为在高压场景当中,对绝缘提出了更高的要求,碳化硅具有更大的技术优势。而目前的IGBT将应用在低压(V)的中低端车型上。

今年,预计将有万辆以上的EV,采用碳化硅的主逆变器。而特斯拉未来两年的需求,就将吃掉现有全球产能。业内从今年早些时候开始,就已经掀起了一波汹涌的投资浪潮。

鸟瞰全链条,更好的追赶者

碳化硅产业和第二代半导体扩张情况有点相似,相当于后者上世纪90年代初的样子,但碳化硅产业规模扩张正明显加速。因为基数太小,所以还无法在绝对规模上与后者抗衡。

有人预测,到年,碳化硅芯片(碳化硅众多应用方向中的一个)全球产值可能超过60亿美元。而年全球芯片产业价值4亿美元,不考虑时间差,前者只是后者的1.3%。

中国碳化硅产业,相对于全球领先技术水平的劣势,也由于速度因素而变小。当前,碳化硅芯片整体水平,距离全球先进水平只有三四年的差距(半代)。而硅基芯片产业不光是制造环节落后三代左右,而且产业链不完全,必须依赖国外的上下游环节。

好在中国是碳化硅最大的原料生产国和消费国。在产业链条上,下游生产商往往因为靠近客户,而掌握了更多的话语权。

科锐一直是碳化硅材料(非原料)的最大生产商。在基底材料制造上,这两年科锐从80%全球占有率一路滑落至去年底的45%,仍然是最大玩家,但绝对统治力消失了。

美国的II-VI(13%),日本的罗姆(20%)、昭和电工(8%),中国的天科合达(5%)、山东天岳(3%)等纷纷挑战科锐,一时间群雄并起。

和前一代半导体产业一样,美国开宗立派,日本夺取中场控制权。从年到年,昭和电工6次扩张碳化硅晶片产能,目前是每月片。

今年6月,昭和电工与最大的下游碳化硅晶片设计生产商英飞凌签署供货合约。而美国GTadvanced、德国Sicrystal等企业也都拿到了英飞凌、意法半导体等大厂的供货合约,进一步分割碳化硅市场的份额。

年,美国II-VI一度充当台积电在上一代半导体的角色,在福州投资碳化硅衬底加工线。未来5年,II-VI福州产能将在中国扮演重要角色。

上一代半导体产业中,硅片、光刻胶、CMP材料、湿化学品、靶材等半导体材料没有出现巨头,就是因为下游芯片制造商和代工厂商制衡上游的结果。历史已经重演。

中国企业市占率在去年提升了%,将半绝缘衬底考虑进去的话,市占率达到10%,比上一代半导体局面(5.9%)好得多。

整个碳化硅链条上,中企掌握原料(50%全球市场份额),美国控制材料,欧洲大厂(英飞凌、罗姆、意法半导体)控制晶片和芯片制造,中国则占据应用市场的至少半壁江山。

中企在两头发力,挤压塑造整个链条,在每一个环节都试图渗透介入。瀚天天成正在碳化硅芯片制造上,向英飞凌发起挑战。

和第二代半导体一样,欧美掌握制造设备。但国内的核心设备正在实施庞大的国产化进程,没有遇到EUV光刻机那样明显而难以突破的瓶颈。这很大程度上依赖于碳化硅产业在技术和市场上都远未成熟,大量工艺和材料问题都在摸索。欧美的领先者们也没找到可靠的路径,这给中国人的追赶赢得了时间。

需求驱动投资

在应用层面,特斯拉率先在Model3前后电机控制器上都使用碳化硅,在此之前,只有电动方程式赛车上用这玩意。特斯拉是碳化硅在量产EV上应用的第一个吃螃蟹者。

现代、比亚迪、通用汽车都在加大碳化硅在新车型上的应用。值得一提的是,小鹏是国内第一家采用V碳化硅平台的车企。

日本车企在碳化硅研究上很积极。本田技研和罗姆合作,开发出“全碳化硅”高功率电机控制器,全球首创;三菱研制成功碳化硅大晶片应用;丰田将碳化硅二极管应用于第二代FCV车型,也开发了全碳化硅控制器,并在车载充电器上使用。

不过,和特斯拉在量产上的大胆落地不同,日企在量产车型上使用碳化硅很谨慎,甚至比不上韩企(现代-起亚)的应用步伐。

中国企业中间,比亚迪在第四代IGBT芯片的基础上积极发展碳化硅芯片,比亚迪汉EV车型上,已开始使用自主研发的碳化硅功率场效应管。比亚迪宣称,年将在旗下的电动车中,实现碳化硅车用功率半导体对硅基的全面替代。

今年6月,蔚来首台碳化硅电驱系统C样件下线,该碳化硅电驱系统将搭载在ET7上,但该车最早在年底才可能交付。

不过,在市场喧嚣声中,研究机构鼓噪的声音开始失真。他们宣称,年,电动汽车用碳化硅功率半导体将占碳化硅功率半导体总市场的37%以上。假设不考虑产能瓶颈,这一目标达成的话,碳化硅的全球产值就不会是区区60亿美元。

目前全球碳化硅晶圆总年产能只有约40万-60万片,年产能扩充5倍,产值预期就变得合理多了,但占有率预测又变得自相矛盾。

业内没那么上头,一方面碳化硅良品率有点低,另一方面晶片有点贵。目前碳化硅切好的6英寸晶圆片(0.5mm厚),售价0美元;而二代硅晶圆片,就算12英寸,也只要美元(这还是今年暴涨以后的价格)。即便做成器件的市场价,也比二代贵了五六倍,足以打消任何在中低端车型上使用的念头。

虽然随着扩产,价格肯定往下掉,但速度多快可说不准。这和市场上大片荒漠相对应。目前技术和市场远未定型,鹿死谁手也没有定论。任何参与者都有机会成为大玩家,或者破产出局。

鉴于LED照明、高压电力传输、家电领域、5G通信、新能源汽车的明显前景,中国都是全球头号市场,需求驱动技术投资,坐拥最大制造规模,指日可待。中国碳化硅产业有成功的基础,怎么看局面也比二代半导体乐观得多。

就连即将更名的科锐都打算大举投资中国,和二代半导体藏着掖着不可同日而语。让人好奇的是,美国何时把碳化硅作为制裁目标,至少要等国会外委会的大佬们认识这玩意,才有机会高举碳化硅晶片,向国会要*策。(文/《汽车人》齐策,部分图片来源于:瀚天天成、Wolfspeed、II-VI)本文系《汽车人》独家原创稿件,版权为《汽车人》所有。

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