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碳化硅模塊上車高濕測(cè)試
2021年碳化硅很“熱”。比亞迪半導(dǎo)體、派恩杰、中車時(shí)代電氣、基本半導(dǎo)體等國(guó)內(nèi)碳化硅功率器件供應(yīng)商的產(chǎn)品批量應(yīng)用在汽車上，浙江金華、安徽合肥等地碳化硅項(xiàng)目開始投建，我國(guó)初步形成了從襯底、外延片到器件、模塊較為完整的產(chǎn)品供應(yīng)鏈。
但記者在采訪中了解到，國(guó)內(nèi)碳化硅功率器件行業(yè)還呈現(xiàn)“小”“散”特征，未來(lái)五年將是整合期，車規(guī)級(jí)碳化硅功率器件與國(guó)外公司還有較大差距。此外，碳化硅功率器件技術(shù)仍在演進(jìn)過程中，還需關(guān)注其中風(fēng)險(xiǎn)，“熱潮”下也要“冷觀”。
碳化硅器件上車元年
2021年號(hào)稱國(guó)產(chǎn)碳化硅器件上車元年。2021年8月1日，比亞迪半導(dǎo)體發(fā)文稱，比亞迪漢電機(jī)控制器首次使用了比亞迪自主研發(fā)制造的高性能碳化硅功率模塊，這是全球首家、國(guó)內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中大批量裝車的碳化硅三相全橋模塊。
12月，國(guó)內(nèi)碳化硅功率器件供應(yīng)商派恩杰半導(dǎo)體碳化硅MOSFET拿下新能源龍頭企業(yè)數(shù)千萬(wàn)訂單。12月26日，中車時(shí)代電氣發(fā)布C-Power220s產(chǎn)品，號(hào)稱國(guó)內(nèi)首款基于自主碳化硅的大功率電驅(qū)產(chǎn)品。12月30日，車規(guī)級(jí)碳化硅功率半導(dǎo)體廠商基本半導(dǎo)體發(fā)布公告稱，其位于無(wú)錫的汽車級(jí)碳化硅功率模塊制造基地正式通線運(yùn)行，首批碳化硅模塊產(chǎn)品下線，并已通過國(guó)內(nèi)頭部車企的選型和測(cè)試。
基本半導(dǎo)體Pcore6
基于其良好的市場(chǎng)前景預(yù)期，去年我國(guó)碳化硅投資相關(guān)項(xiàng)目幾十起。其中有十幾筆投資與碳化硅器件相關(guān)。2021年7月18日，世紀(jì)金光項(xiàng)目與浙江省金華市金義新區(qū)正式簽約，該項(xiàng)目總投資35億元，將建設(shè)年產(chǎn)22萬(wàn)片6-8英寸碳化硅芯片生產(chǎn)線，項(xiàng)目分三期完成建設(shè)，全部達(dá)產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值約40億元。
12月30日，鈞聯(lián)電子宣布，他們?cè)诤戏式?jīng)開區(qū)舉行“車用800V多融合碳化硅動(dòng)力域控制器項(xiàng)目”啟動(dòng)儀式。項(xiàng)目總投資約10億元，主要從事基于碳化硅材料的多融合動(dòng)力域控制器（包括MCU、OBC、DCDC、DCAC、PDU、智能控制軟件、車聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)品）的研發(fā)、銷售與服務(wù)。目前已完成第二代車用800V多融合碳化硅動(dòng)力域控制器產(chǎn)品開發(fā)。
從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來(lái)看，我國(guó)覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局初步形成。從襯底到外延片到器件、模塊，我國(guó)已形成了較為完整的產(chǎn)品供應(yīng)鏈。在襯底和外延片方面，我國(guó)部分企業(yè)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)向國(guó)際大廠供貨，其中不乏意法半導(dǎo)體等全球車用半導(dǎo)體大廠。
對(duì)市場(chǎng)前景期待極高
碳化硅很“熱”，這幾乎是行業(yè)共識(shí)。新能源汽車的發(fā)展為國(guó)內(nèi)碳化硅器件廠商發(fā)展車規(guī)級(jí)產(chǎn)品提供了難得機(jī)遇。由于碳化硅材料具備的載流子遷移率高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高等優(yōu)點(diǎn)，碳化硅MOSFET在中低功率段的熱損耗遠(yuǎn)低于硅基IGBT。也正是基于這個(gè)原因，各大半導(dǎo)體供應(yīng)商對(duì)碳化硅MOSFET的市場(chǎng)前景抱有極高的期待。
基本半導(dǎo)體公司汽車行業(yè)總監(jiān)文宇在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，預(yù)計(jì)到2025年，全國(guó)新能源汽車的年銷量將有望超過1000萬(wàn)輛。其中估計(jì)將約有40%~50%的汽車使用碳化硅電機(jī)控制器。即，使用碳化硅功率模塊的汽車將達(dá)到400萬(wàn)~500萬(wàn)輛。
三安光電副總經(jīng)理陳東坡同樣對(duì)碳化硅向汽車功率器件滲透抱有樂觀態(tài)度。他認(rèn)為，碳化硅將在長(zhǎng)續(xù)航里程的車型中實(shí)現(xiàn)優(yōu)先滲透，因?yàn)殚L(zhǎng)續(xù)航里程的車型的導(dǎo)入驅(qū)動(dòng)力比較強(qiáng)。預(yù)計(jì)在2023-2024年，高于500公里續(xù)航里程的車型中將有80%~90%導(dǎo)入碳化硅器件。400公里~500公里續(xù)航里程的車型，預(yù)計(jì)將在2024年之后開始導(dǎo)入，這一類車整體滲透率將達(dá)到40%左右。對(duì)于400公里以下的這一類車型，預(yù)計(jì)2025年以后才會(huì)逐步跟進(jìn)，而且這一類車型，整體滲透率也不會(huì)很高，預(yù)估在10%左右。
碳化硅模塊上車測(cè)試
整體看成本或不是問題
當(dāng)前，限制碳化硅在車規(guī)級(jí)產(chǎn)品中應(yīng)用的主要阻礙有人認(rèn)為是成本太高。根據(jù)供應(yīng)鏈企業(yè)報(bào)價(jià)，當(dāng)前，一臺(tái)新能源汽車上使用的進(jìn)口硅基IGBT模塊的價(jià)格約為1500~1700元。而碳化硅MOSFET功率模塊的價(jià)格則是硅基IGBT模塊的2.5~3倍。這相當(dāng)于若要用碳化硅MOSFET模塊替換硅基IGBT模塊，每輛車將需要提高2200~3400元左右的成本。
對(duì)于這一數(shù)據(jù)文宇表示，碳化硅MOSFET模塊上車與硅基IGBT模塊所帶來(lái)的整車成本差距并不大。同一電壓平臺(tái)下，IGBT換成碳化硅MOSFET模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)整車3%~5%的效能提升，這就意味著在相同續(xù)航里程的車上，使用碳化硅MOSFET比使用硅基IGBT的車輛所需電池容量可以減少3%~5%，以400Km約60度電的車為例，大概可以少用3度電的電池，折算成電池成本約下降3000元左右，與碳化硅模塊的成本提升相近。這還不包括使用碳化硅之后在電線、散熱、體積等方面所帶來(lái)的成本下降。
車規(guī)級(jí)模塊生產(chǎn)基地
由此來(lái)看，碳化硅MOSFET也不會(huì)帶來(lái)整車成本上升。且隨著碳化硅MOSFET產(chǎn)量進(jìn)一步增長(zhǎng)，單片碳化硅價(jià)格將有望下降。
碳化硅“熱潮”要“冷觀”
縱使我國(guó)碳化硅產(chǎn)線較為完善，但在器件制備方面仍存在短板。文宇在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，我國(guó)企業(yè)和國(guó)外大廠使用的設(shè)備、原材料等差別不大。
在這樣的情況下，生產(chǎn)出來(lái)的芯片存在差距，主要是由生產(chǎn)工藝導(dǎo)致?；谔蓟璨牧系奶厥庑裕渲谱麟y度很大程度上取決于所采用的工藝技術(shù)和水平。工藝的差距帶來(lái)了性能和可靠性方面的差距，這也是當(dāng)前國(guó)產(chǎn)碳化硅功率半導(dǎo)體上車難度較大的原因之一。
缺乏相關(guān)工藝技術(shù)、專業(yè)人才，是當(dāng)前我國(guó)發(fā)展車規(guī)級(jí)碳化硅功率器件所面臨的困境之一。此外，還受到我國(guó)集成電路全行業(yè)現(xiàn)階段發(fā)展阻礙的限制：高端設(shè)備、高性能材料的缺乏。
賽迪顧問高級(jí)分析師呂芃浩在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，當(dāng)前正處于碳化硅晶圓片從6英寸向8英寸升級(jí)的過渡期。8英寸設(shè)備的供應(yīng)對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)來(lái)說(shuō)將是個(gè)難關(guān)。此外，碳化硅制備過程中所需的高端材料，例如光刻膠、高純氣體，將依然存在依賴進(jìn)口的問題。
投資市場(chǎng)的紅火體現(xiàn)了相關(guān)企業(yè)、各地政府對(duì)碳化硅產(chǎn)線的重視。然而綜覽全國(guó)，能夠發(fā)現(xiàn)我國(guó)車規(guī)級(jí)碳化硅功率器件、模塊的企業(yè)雖入局者眾多，但規(guī)模都不大，“小”“散”特征明顯。車規(guī)級(jí)碳化硅功率器件領(lǐng)域入局企業(yè)更是鳳毛麟角。
深圳大學(xué)微電子研究院院長(zhǎng)、半導(dǎo)體制造研究院院長(zhǎng)王序進(jìn)表示，車規(guī)級(jí)產(chǎn)品相比消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)產(chǎn)品對(duì)可靠性、安全性要求更高，需要長(zhǎng)期投入。在王序進(jìn)看來(lái)，國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)芯片公司是“游擊隊(duì)”，而海外都是“集團(tuán)軍”作戰(zhàn)。如果想要實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體更廣泛的應(yīng)用，需要對(duì)“游擊隊(duì)”進(jìn)行整合，未來(lái)五年將是其整合期。
即便整個(gè)行業(yè)對(duì)車規(guī)級(jí)碳化硅市場(chǎng)前景看好，但也不建議廠商大批量投入。呂芃浩表示，畢竟當(dāng)前車載碳化硅市場(chǎng)空間有限，整體來(lái)看，當(dāng)前僅有十幾億到二十幾億的體量，需要緩慢釋放其市場(chǎng)潛能。
王序進(jìn)亦表示，碳化硅功率器件的技術(shù)仍在演進(jìn)過程中，中國(guó)企業(yè)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平較難，還需關(guān)注其中風(fēng)險(xiǎn)。
上下游之間要深度合作
面對(duì)我國(guó)車規(guī)級(jí)碳化硅功率半導(dǎo)體上車遇到的問題，文宇提出三點(diǎn)破局之道。
首先，繼續(xù)進(jìn)行人才培養(yǎng)和儲(chǔ)備。要做成車規(guī)級(jí)碳化硅晶圓流片線和模塊封裝線，需要培養(yǎng)大量具備專業(yè)技能的人才。面對(duì)國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)碳化硅產(chǎn)品仍在繼續(xù)追趕海外大廠技術(shù)水平的情況，文宇認(rèn)為，要想實(shí)現(xiàn)我國(guó)的碳化硅產(chǎn)業(yè)化，還需要引進(jìn)大量的海外人才。
其次，要保證設(shè)備和原材料供應(yīng)不受制約。在采用海外設(shè)備和原材料的同時(shí)，要加大國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、測(cè)試設(shè)備的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及國(guó)內(nèi)高性能襯底、外延材料的技術(shù)、質(zhì)量和產(chǎn)能提升。
第三，產(chǎn)業(yè)上下游之間要深度合作。對(duì)于車規(guī)級(jí)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，上車驗(yàn)證是其一大關(guān)卡。若能盡早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品上下游合作，將能夠幫助碳化硅供應(yīng)企業(yè)少走很多彎路。包括意法半導(dǎo)體、英飛凌、羅姆在內(nèi)的國(guó)際車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體企業(yè)，均與國(guó)內(nèi)外車企建立有良好的伙伴關(guān)系。我國(guó)車企與碳化硅功率半導(dǎo)體企業(yè)的合作雖已開展，但仍需加大推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作更深入開展。
作者丨姬曉婷
編輯丨連曉東
美編丨馬利亞
