根据Yole近期发布的《功率SiC 2023》分析报告,汽车市场主导了SiC市场的增长,尤其是在电动汽车中的逆变器、车载充电器和DC/DC转换器的推动下,汽车市场在2022年占据了SiC市场份额的70%,预计到2028年这一比例将增长至74%。
意法半导体(ST)、英飞凌科技(Infineon)、Onsemi、Wolfspeed和Rohm等主要SiC器件制造商正与主要OEM厂商建立合作关系,表明市场对未来收入的乐观预期。2023年,多数电力电子厂商都在推进SiC业务,包括排名前10的企业。
Onsemi在围绕汽车应用的设计布局中表现积极,与现代、极氪、蔚来、德国大众和宝马等车企签署了多项协议。
得益于在SiC领域的积极转型和布局,Onsemi在第二季度实现了SiC营收的显著增长,同比增长近4倍,环比增长近1倍。该公司在第二季度签署了超过30亿美元的新SiC长期供货协议(LTSA),总LTSA收入预计超过110亿美元。
过去一段时间,SiC产业在产能供应方面一直面临紧张,为此,龙头企业大多与其供应商签署了长期供货协议以保障需求。如今,随着这些供应商新增的产能投入量产,以及新玩家开始进入市场,从衬底、外延到器件的供应合作延伸出更多的种类。
如SiC晶圆与器件供应商Wolfspeed与瑞萨签署的十年SiC供应合约,为后者提供衬底和外延;ST与三安今年签署的合作协议,三安将为ST提供SiC外延及器件制造;三菱电机在计划新建一座8英寸SiC晶圆厂的同时,与Coherent签署合作协议,将大规模采用后者的8英寸SiC衬底。
汽车Tier 1供应商如博格华纳、大陆、联合电子、纬湃科技、电装等均积极布局以SiC模块为主的器件供应合作。Wolfspeed和安森美均与博格华纳等签署了供货协议;上汽集团与Infineon的股权合作,二者合资成立上汽Infineon汽车功率半导体;还有吉利与芯聚能合资的芯粤能等。
尽管产能扩张带来了一定的风险,但对SiC技术的进一步成熟和应用无疑更为有利。
作为全球最大的SiC晶圆制造商,Wolfspeed的股价自年初以来已下跌20.9%。尽管面临如此火爆的SiC需求,Wolfspeed的股价走势仍引发了广泛的疑虑。人们猜测SiC厂商是否赌得太大,是否会最终为他人做嫁衣。
以Wolfspeed为例,其SiC建厂资金构成包括客户长约的预付款和投资、美国芯片法案资金的支持和贷款。Wolfspeed已获得了美联储批准的50亿美元的CHIPS法案资金,启动了北卡罗来纳州200毫米材料工厂的建设。仅在2023财年,Wolfspeed就投入了1.602亿美元用于工厂启动成本,而这个投资还远未结束。
各家SiC厂商都收获了巨额的预付款订单,这一做法为SiC厂商投资扩产提供了良好的现金流支持,让他们得以在半导体下行周期中“明哲保身”。更重要的是,这也给了他们扩产的极大动力。各SiC厂商的投资很大一部分用于购买设备,巨额SiC扩产投资流向设备厂。目前主要被德国的Aixtron、意大利的LPE、日本的TEL和Nuflare四家所垄断。
SiC的市场前景毋庸置疑,但就技术和产品而言仍存在许多悬而未决的挑战,例如汽车领域更大规模地采用SiC技术,从6英寸晶圆转向8英寸,从400V升级至800V电池系统等,对其制造成本、良率、可靠性等要求将是很大的挑战。
800V高压快充是电动汽车领域的一项新技术,相较于传统的400V充电系统,800V充电系统的电压提高了1倍,缩减了电能传输的时间。SiC-MOSFET相较Si-IGBT具有耐高压、低损耗和高频三大优势。目前,许多主流车厂都已经或即将推出SiC材料的800V高压快充的车型,这些车型具备快速充电、长续航里程等优势。
如果将电动汽车架构升级到800V,那么它高压元器件的标准也就会相应地提高,其中逆变器也会从传统的IGBT器件换成SiC材料MOSFET器件。本身逆变器的成本就仅次于电池的零部件,如果升级成SiC,成本将提高一档。这是一项“牵一发而动全身”的大工程,不仅涉及充电系统,还涉及电池系统、电驱系统、高压辅件和线束系统,影响着车辆的启动、行驶、空调使用等。
升级800V高压快充的前提是对现有充电桩进行升级。相比以往的普通充电桩,800V大功率充电桩的成本或达2-3倍。对于低端车型而言,随车配送800V大功率充电桩将大幅削弱其价格竞争力。
其次,极高的充电功率对电网是一次巨大挑战,能否大规模推广,还取决于电网基建能力。对于国内的充电桩运营商来说,高功率快充有助于提高盈利能力。当车企争相部署800V技术架构时,与之适配的高压大功率充电桩的数量也将联动增长。部分车企也开展了其充电桩的铺设,也就是自营超充。例如,特斯拉的超充桩网络,小鹏汽车也提出了自建480kW高压超充桩的计划,并创新性地将800V快充和储能系统相结合。
为了确保SiC长期稳定的供应,800V车型的规模上量保障需要实现SiC长期稳定的供应。SiC的应用要考虑技术升级和市场效应问题,不会短时间完成对Si-IGBT的替代。随着800V的到来,不仅逆变器,车载充电器、DC/DC转换器以及充电桩对SiC也有较强需求。800V电气架构升级具备长期趋势,SiC的受益也是最大的,其他部件平滑升级,SiC器件的风口有望实实在在到来。最后,配合补能基础设施的落地,800V高压架构才是究极完成体,才能真正意义上达到800V高压快充的元年。
参考资料:
IACE CHINA
举办地区:上海
展会日期:2025年03月10日-2025年03月12日
开闭馆时间:09:00-18:00
举办地址:上海市浦东新区国展路1099号
展览面积:45000
观众数量:65000
举办周期:1年1届
主办单位:中国硅酸盐学会陶瓷分会、中国机械工程学会工程陶瓷专业委员会