01

特斯拉“突變”，醉翁之意不在酒？

特斯拉之所以有如此強(qiáng)的能量，是因?yàn)樘厮估?/span>2018年在Model 3中開創(chuàng)了使用碳化硅的先河，被視為碳化硅上車的風(fēng)向標(biāo)。

在過去五年中，碳化硅市場(chǎng)的增長(zhǎng)在很大程度上依賴于特斯拉，也是當(dāng)今最大的采購(gòu)商。而作為碳化硅上車的先驅(qū)者和電動(dòng)汽車領(lǐng)域的帶動(dòng)者，在吸引各大車企如火如荼地導(dǎo)入碳化硅時(shí)，特斯拉又突然調(diào)轉(zhuǎn)槍口，頗有種“背刺”的感覺。

那么，我們?cè)撊绾谓庾x75%的含義？

特斯拉這一舉動(dòng)會(huì)對(duì)行業(yè)產(chǎn)生什么影響？

碳化硅不香了嗎？

...

一連串問題接踵而來。行業(yè)對(duì)此進(jìn)行了多種分析和解讀，筆者也跟業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行了求證和探討，基本可以歸納為以下幾種理解：

1）特斯拉宣稱的75%指的是成本下降或面積下降。

從成本角度看，碳化硅最大的成本在材料端，2016年6英寸碳化硅襯底價(jià)格在2萬元一片，現(xiàn)在大概6000元左右，下降幅度挺大。從材料和工藝來講，碳化硅良率提升、厚度變薄、面積變小，能縮減成本。

從面積下降來看，特斯拉的碳化硅供應(yīng)商ST（意法半導(dǎo)體）最新一代產(chǎn)品面積正好比上一代減少75%。但是器件體積減小，會(huì)提高對(duì)散熱方面的要求，所以特斯拉可能會(huì)改進(jìn)其封裝能力，使用雙面水冷技術(shù)來獲得更好的散熱能力和熱泵效率。

2）整車平臺(tái)升級(jí)至800V高壓，改用1200V規(guī)格碳化硅器件。

目前，特斯拉Model 3采用的是400V架構(gòu)和650V碳化硅MOS，如果升級(jí)至800V電壓架構(gòu)，需要配套升級(jí)至1200V碳化硅MOS，器件用量可以下降一半，即從48顆減少到24顆。

3）除了技術(shù)升級(jí)帶來的用量減少外，還有觀點(diǎn)認(rèn)為，特斯拉將采用硅基IGBT+碳化硅MOS的方案，變相減少碳化硅的使用量。

綜合來看，特斯拉公開聲明消息傳出后，一度帶崩相關(guān)板塊，但無論是用量減少還是面積減少，最終體現(xiàn)在特斯拉身上的就是成本下降。或許特斯拉更重要的是想對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈放風(fēng)，考慮到現(xiàn)在產(chǎn)能比較緊張，讓大家能夠把價(jià)格和成本降下來。

正如云岫資本合伙人兼CTO趙占祥所言，“這可以看成傳達(dá)的潛臺(tái)詞是向碳化硅產(chǎn)業(yè)表示，目前價(jià)格太貴，且有效產(chǎn)能太小。”

因此，對(duì)于碳化硅產(chǎn)業(yè)不必過分擔(dān)憂。事實(shí)上，碳化硅巨頭正忙著擴(kuò)產(chǎn)并購(gòu)，無論是Wolfspeed、意法半導(dǎo)體、英飛凌、安森美，還是國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈公司都在積極推進(jìn)建廠、驗(yàn)證等工作。

同時(shí)，SiC也是2022年各大企業(yè)的營(yíng)收增長(zhǎng)利器，各大企業(yè)紛紛表示會(huì)繼續(xù)提高對(duì)SiC的投資。

意法半導(dǎo)體表示，SiC產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)預(yù)計(jì)將占2023全年資本主要支出；Wolfspeed預(yù)計(jì)在2024年前將SiC產(chǎn)能擴(kuò)充30倍，計(jì)劃2027財(cái)年實(shí)現(xiàn)SiC市場(chǎng)40億美元營(yíng)收；英飛凌預(yù)計(jì)到2027年將產(chǎn)能增加10倍。

安森美半導(dǎo)體表示2023年的SiC產(chǎn)能已經(jīng)銷售一空，收入預(yù)計(jì)將從2022年的3億美元增加到10億美元大關(guān)。未來三年，安森美將為SiC提供40億美元的承諾收入，為了達(dá)成目標(biāo)，安森美已經(jīng)將生產(chǎn)SiC的晶圓廠產(chǎn)能翻了一番，并計(jì)劃在2023年再次翻番，然后在2024年再次翻番。

三菱電機(jī)宣布將之前宣布的截至2026年3月的投資計(jì)劃翻一番，達(dá)到約2600億日元，主要用于建設(shè)新的晶圓廠，以增加SiC功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)；羅姆也表示，預(yù)計(jì)2025年能將SiC產(chǎn)能相比2021年提升6倍。

此外，以三安光電、比亞迪半導(dǎo)體、斯達(dá)半導(dǎo)體、中車時(shí)代、泰科天潤(rùn)、華潤(rùn)微、士蘭微、基本半導(dǎo)體、派恩杰等在內(nèi)的本土廠商，也正在邁向SiC功率半導(dǎo)體“芯”征程。

可見，整個(gè)產(chǎn)業(yè)未有停下腳步的跡象，SiC市場(chǎng)前景仍然非常樂觀。

TrendForce集邦咨詢?cè)谡{(diào)研報(bào)告中預(yù)測(cè)，隨著上述企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)與應(yīng)用市場(chǎng)的明朗化，預(yù)計(jì)將推動(dòng)2023年整體碳化硅功率元件市場(chǎng)產(chǎn)值達(dá)22.8億美元，年成長(zhǎng)41.4%。至2026年碳化硅功率元件市場(chǎng)產(chǎn)值可望達(dá)53.3億美元。市場(chǎng)前景廣闊。

能看到，行業(yè)大廠都在大舉投入碳化硅產(chǎn)能建置。盡管特斯拉的聲明引起行業(yè)轟動(dòng)，但產(chǎn)業(yè)鏈廠商的動(dòng)態(tài)足以說明，SiC 市場(chǎng)前景仍然非常樂觀。

那么，推動(dòng)SiC市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的原因有哪些？我們來看一下。

02

為何看好碳化硅市場(chǎng)？

汽車架構(gòu)變革，需求激增

作為第三代半導(dǎo)體材料，碳化硅相較于硅材料，具有大禁帶寬度、高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子漂移速度、高熱導(dǎo)率、高抗輻射等特點(diǎn)，適合制造高溫、高壓、高頻、大功率的器件。

在應(yīng)用場(chǎng)景方面，電動(dòng)汽車是碳化硅最大的下游應(yīng)用市場(chǎng)，涉及到功率器件的應(yīng)用包括電驅(qū)、OBC、DC/DC和非車載充電樁等。其中，碳化硅器件主要應(yīng)用于電驅(qū)中的主逆變器，能夠顯著降低電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，提高功率密度。微型輕量化的SiC器件還可以減少因車輛本身重量而導(dǎo)致的能耗。

這些優(yōu)勢(shì)已在特斯拉Model 3的設(shè)計(jì)中得到了很好的體現(xiàn)，給每輛車帶來了500-1000美元的成本節(jié)約。

SiC憑借優(yōu)良特性正在成為各大車廠追捧的香餑餑，目前全球有超過20家車企在車載充電系統(tǒng)中使用碳化硅。

TrendForce指出，目前電動(dòng)車用芯片約1000顆，其中30 顆為第三代半導(dǎo)體元件（絕大多數(shù)為SiC）。未來車用功率元件將持續(xù)成長(zhǎng)，預(yù)估第三代半導(dǎo)體器件的需求也會(huì)大幅增長(zhǎng)，至少將達(dá)到100顆的規(guī)模。

800V架構(gòu)趨勢(shì)下

SiC加速取代硅基IGBT

另一方面，快充是汽車另一個(gè)大規(guī)模增長(zhǎng)領(lǐng)域。

隨著過去幾年電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)，更長(zhǎng)的續(xù)航里程是客戶的主要需求之一。然而，這反過來又產(chǎn)生了對(duì)快速直流充電的需求，以減少在充電站的等待時(shí)間。800V EV是滿足需求的解決方案，并已經(jīng)從2021年開始滲透市場(chǎng)。

如果說800V會(huì)是未來新能源汽車市場(chǎng)的主流，那么碳化硅猶如催化劑，可以將800V高壓平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)釋放得更加充分。這也就是SiC器件發(fā)揮重要作用的地方。

尤其是在800V架構(gòu)之下，硅基IGBT已經(jīng)達(dá)到性能的極限，能耗大幅上升，很難滿足主驅(qū)逆變器的技術(shù)需求，碳化硅取代硅基IGBT成為不可逆的趨勢(shì)。

在800V架構(gòu)下，采用碳化硅器件優(yōu)勢(shì)明顯：

首先，碳化硅器件可以大幅減少電池的成本或提升電池續(xù)航能力。業(yè)界普遍認(rèn)為，單純將IGBT替換為碳化硅，主驅(qū)逆變器的效率能提升5%-10%，前不久理想汽車在電話會(huì)議中提到，800V+SiC可以將效率提升15%。以2021年電池成本132美元/kWh來算，假設(shè)采用碳化硅將效率提升10%，那么一輛100kWh的電動(dòng)汽車，在同樣的續(xù)航里程情況下，電池成本可以節(jié)省1320美元。

其次，盡管碳化硅器件的成本比硅基IGBT高，但是由于節(jié)省無源元器件、冷卻系統(tǒng)等成本，整體主驅(qū)逆變器的系統(tǒng)綜合成本卻比硅基方案系統(tǒng)成本更低。

另外，碳化硅還有助縮小驅(qū)動(dòng)電機(jī)的尺寸和重量。由于碳化硅的頻率比硅基IGBT更高，因此汽車廠商轉(zhuǎn)而采用高速電機(jī)可將電機(jī)重量減少三分之一左右。

同時(shí)，IGBT近期出現(xiàn)較大程度缺貨，不僅價(jià)格連漲，業(yè)界更以“不是價(jià)格多高的問題，而是根本買不到”來形容缺貨盛況。DIGITIMES數(shù)據(jù)更是表示，IGBT缺貨問題至少在2024年中前難以解決，這也給碳化硅器件替代IGBT提供了更多機(jī)會(huì)和時(shí)間窗口。

綜合來看，SiC功率器件憑借上述特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，正在成為電動(dòng)汽車性能致勝的一大依賴技術(shù)， SiC芯片供應(yīng)商正成為車企爭(zhēng)相綁定的“寵兒”。

碳化硅成本高的“表”與“里”

此外，成本高一直是碳化硅被吐槽的弊病。因?yàn)樘蓟柙谏a(chǎn)環(huán)節(jié)存在單晶生產(chǎn)周期長(zhǎng)、環(huán)境要求高、良率低等問題，碳化硅襯底的生產(chǎn)中的長(zhǎng)晶環(huán)節(jié)需要在高溫、真空環(huán)境中進(jìn)行，對(duì)溫場(chǎng)穩(wěn)定性要求高，并且其生長(zhǎng)速度比硅材料有數(shù)量級(jí)的差異。因此，碳化硅襯底生產(chǎn)工藝難度大，良率不高。這直接導(dǎo)致了碳化硅襯底價(jià)格高、產(chǎn)能低的問題。

從成本角度來看，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年6英寸碳化硅襯底的價(jià)格在2萬元左右，現(xiàn)在最便宜的單價(jià)是6000元左右，行業(yè)巨頭Wolfspeed的單價(jià)仍高達(dá)1.3萬元。雖然其價(jià)格呈逐年下降趨勢(shì)，但對(duì)比硅材料還是有著很大差距，對(duì)應(yīng)到成品器件上也是如此。

中科院電工所這張SiC MOSFET和IGBT價(jià)格對(duì)比圖也鮮明地說明了這一點(diǎn)。

然而，在車企眼中，“碳化硅貴”只是一個(gè)局部問題，在系統(tǒng)層面它反而可以節(jié)省成本。

上文有提到，盡管單獨(dú)看車規(guī)級(jí)碳化硅芯片的成本有所增加，但使用碳化硅器件節(jié)省的電池、被動(dòng)元器件、冷卻系統(tǒng)等系統(tǒng)成本，會(huì)超過增加的成本，同時(shí)使用效率和用戶體驗(yàn)也有明顯的提升。這也是未來車規(guī)級(jí)碳化硅芯片會(huì)在需求端持續(xù)高速增長(zhǎng)的關(guān)鍵原因之一。

與此同時(shí)，業(yè)界也正在從諸多途徑來嘗試進(jìn)一步降低成本，包括新型晶體生長(zhǎng)法、高效率晶圓加工技術(shù)，以及晶圓尺寸邁向8英寸。

與硅基晶圓發(fā)展路徑相同，未來碳化硅襯底也將持續(xù)提升晶片尺寸，降低單位面積芯片成本，推進(jìn)碳化硅器件的成本下降。

據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，在相同尺寸的芯片下，8英寸襯底片可切出的芯片數(shù)量相比6英寸襯底片提高約90%，同時(shí)降低約7%的邊緣浪費(fèi)，帶來生產(chǎn)力和效率的大幅提升。伴隨著尺寸擴(kuò)張帶來的規(guī)模效應(yīng)以及自動(dòng)化產(chǎn)線帶來的相關(guān)成本的降低，Wolfspeed預(yù)計(jì)至2024年，8英寸襯底帶來的單位芯片成本相較于2022年6英寸襯底的單位芯片成本降低超過60%，這將持續(xù)推進(jìn)碳化硅產(chǎn)品的降價(jià)，加速對(duì)硅基器件的替代。

碳化硅襯底尺寸越大、良率越高，其單位成本就越低。當(dāng)前國(guó)內(nèi)SiC襯底的主流尺寸為4或6英寸，而Wolfspeed、ST等國(guó)際大廠早已開始或已經(jīng)實(shí)現(xiàn)8英寸襯底的量產(chǎn)。擴(kuò)徑有著極高的技術(shù)壁壘，不同尺寸的SiC襯底之間有大約5年的差距。

在Yole的功率SiC預(yù)測(cè)中，6英寸仍將是未來五年的領(lǐng)先平臺(tái)。但在降低成本及更大晶圓直徑的拉動(dòng)下，8英寸SiC晶圓被認(rèn)為是擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)鍵步驟，目標(biāo)顯然是提高產(chǎn)量并在下一輪競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)在這個(gè)過程中，碳化硅材料和整體器件成本有望顯著下降，提升下游客戶的替代意愿，進(jìn)而拉升碳化硅功率器件的市場(chǎng)滲透率。

綜合以上幾點(diǎn)因素來看，碳化硅市場(chǎng)即將迎來加速擴(kuò)張階段。但有一點(diǎn)需要明確的是，SiC盡管有諸多性能優(yōu)勢(shì)，但其并不能全面替代硅基器件，因?yàn)楹芏鄡?yōu)勢(shì)在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中并不明顯，并且很多領(lǐng)域并不需要特別高的器件性能就能實(shí)現(xiàn)功能滿足。相反地，SiC晶圓制備困難、產(chǎn)量低、成本高，且刻蝕困難等原因也是其發(fā)展的阻礙要素。

因此，SiC在可預(yù)見的未來并不會(huì)全面替代硅材料，兩者將長(zhǎng)期并存、交叉互補(bǔ)。

03

國(guó)產(chǎn)碳化硅奮起，彎道超車好機(jī)遇？

TrendForce表示，目前車用SiC功率元件市場(chǎng)，主要由歐美IDM大廠掌控，關(guān)鍵供應(yīng)商意法半導(dǎo)體、安森美半導(dǎo)體、Wolfspeed、英飛凌及羅姆等在此領(lǐng)域深耕已久，與各大車企及Tier1廠商互動(dòng)密切。

但是在蓬勃發(fā)展的電動(dòng)汽車需求和半導(dǎo)體自給自足的長(zhǎng)期目標(biāo)的推動(dòng)下，中國(guó)也在致力于發(fā)展SiC產(chǎn)業(yè)。早在2021年3月發(fā)布的最新五年計(jì)劃（2021-2025）中，北京就將SiC確定為“第三代半導(dǎo)體”中最有前途的技術(shù)之一，認(rèn)為碳化硅對(duì)中國(guó)的“新基建”至關(guān)重要。

SiC在中國(guó)的發(fā)展勢(shì)頭源于強(qiáng)勁的電動(dòng)車需求。自從比亞迪在2020年推出漢EV——中國(guó)第一輛基于SiC主逆變器的電動(dòng)車以來，從蔚來、小鵬這些造車新勢(shì)力到上汽、北汽、吉利等眾多中國(guó)電動(dòng)車OEM正在推出基于SiC器件的車型，這也給本土供應(yīng)商提供了新的發(fā)展機(jī)會(huì)。

從產(chǎn)業(yè)模式看，與國(guó)外產(chǎn)業(yè)鏈主要以縱向多環(huán)節(jié)整合為主不同，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)較為分散，除三安光電以及中電科下屬研究所采用產(chǎn)業(yè)鏈全覆蓋模式之外，更多廠商選擇專注于產(chǎn)業(yè)鏈中某個(gè)特定環(huán)節(jié)。

目前我國(guó)碳化硅產(chǎn)業(yè)整體處于早期階段，但本土企業(yè)已開始加大布局力度，在技術(shù)升級(jí)與下游客戶導(dǎo)入上均實(shí)現(xiàn)突破，國(guó)產(chǎn)替代正有序推進(jìn)。雖然缺乏領(lǐng)先的IDM企業(yè)，但國(guó)產(chǎn)廠商在SiC襯底、外延片、器件和封裝方面都有很好的定位，可以通過利用整體制造能力來彌補(bǔ)不足。

相較國(guó)外的碳化硅公司，國(guó)內(nèi)的相關(guān)企業(yè)更具備彎道超車的優(yōu)勢(shì)，這點(diǎn)從材料、芯片和模塊等產(chǎn)品角度也能看到，雙方差異遠(yuǎn)沒有傳統(tǒng)硅產(chǎn)業(yè)那么大，只是在產(chǎn)能和晶圓規(guī)模上還有不少需要追趕的空間，首要目標(biāo)還是解決產(chǎn)能被預(yù)訂一空的問題。在打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈的前提下，中國(guó)的汽車、工業(yè)與儲(chǔ)能作為當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下仍然維持穩(wěn)健的態(tài)勢(shì)，這對(duì)碳化硅產(chǎn)業(yè)的普及提供更多機(jī)遇。

從行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)角度來看，美歐日為主導(dǎo)，海外廠商例如Wolfspeed已突破8英寸節(jié)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)企業(yè)還處于4、6英寸襯底導(dǎo)入階段。但是國(guó)內(nèi)企業(yè)目前正在加速追趕，不斷突破襯底材料、外延、芯片和封裝測(cè)試瓶頸，開發(fā)新工藝和新技術(shù)，降低材料的缺陷密度、提高產(chǎn)品良率和降低成本，專利和市占率持續(xù)提升，國(guó)內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)化帶有“學(xué)研”基因極為突出。

同時(shí)，資本市場(chǎng)已經(jīng)開始采取長(zhǎng)線策略，近期不少碳化硅相關(guān)的公司在投融資上的動(dòng)作都不小。據(jù)財(cái)聯(lián)社創(chuàng)投通數(shù)據(jù)顯示，2022年至今，碳化硅領(lǐng)域一級(jí)市場(chǎng)累計(jì)完成73起投資。其中，國(guó)資LP方面，來自深圳、蘇州、上海和杭州的國(guó)資機(jī)構(gòu)尤為活躍，并傾向于投資支持本地的碳化硅相關(guān)企業(yè)的融資發(fā)展。

對(duì)于一個(gè)正處于產(chǎn)業(yè)化起步加速階段的行業(yè)來說，勢(shì)必需要更多更持續(xù)的資本投入，才能繼續(xù)攪動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)。從2023年的碳化硅投融資現(xiàn)狀來看，無論是頭部企業(yè)還是初創(chuàng)公司，仍在享受著資本注入帶來的快速發(fā)展紅利。

04

結(jié)語

盡管特斯拉減量碳化硅一事鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，但碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈廠商在擴(kuò)產(chǎn)以及與車企合作方面依舊頻繁。

可見，碳化硅在電動(dòng)汽車市場(chǎng)的應(yīng)用不會(huì)受到影響。碳化硅領(lǐng)域企業(yè)紛紛將電動(dòng)汽車列為企業(yè)的戰(zhàn)略方向，這也從側(cè)面說明，碳化硅器件相較于硅基器件，依然為電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)方案的最優(yōu)解。碳化硅器件能夠提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程、縮短充電時(shí)間，在高溫高頻環(huán)境下保持更好的穩(wěn)定性，進(jìn)而提升電動(dòng)汽車的整車性能。

若未來碳化硅的成本能夠進(jìn)一步降低、產(chǎn)品良率和產(chǎn)能供給提升，碳化硅相較硅基器件的各項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì)會(huì)促使碳化硅器件成為車規(guī)領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。

從另一個(gè)角度來看，如果特斯拉真的要減少碳化硅器件用量，這反而會(huì)使得碳化硅器件供應(yīng)商能夠服務(wù)更多的汽車企業(yè)，其他車企的主流車型將較少受限于碳化硅器件的產(chǎn)能供應(yīng)，導(dǎo)入碳化硅的節(jié)奏也會(huì)加快。

這將進(jìn)一步推動(dòng)碳化硅技術(shù)的進(jìn)步和普及，為碳化硅行業(yè)的發(fā)展提供新的前進(jìn)方向和路徑，有利于碳化硅在汽車更廣泛領(lǐng)域的普及化應(yīng)用。

總而言之，特斯拉“風(fēng)波”，并沒有給碳化硅產(chǎn)業(yè)帶來不利影響，甚至在行業(yè)的聚焦下更增添了幾分熱度。