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【2021-2022专题】助力SiC上车倒计时:从800V系统,到SiC投资扩产与商业化加速

来源:爱集微

#芯智驾#

#2022专题#

01-09 18:37

【编者按】2021年,半导体行业依然在挑战中前行。后疫情时代、产能紧张、地缘政治等因素仍深刻地影响着全球半导体产业链及生态。2022年,全球半导体行业如何发展?新的挑战又会从何而来?为了厘清这些问题,《集微网》特推出【2021-2022专题】,围绕热点话题、热门技术和应用、重大事件等多维度梳理,为上下游企业提供参考镜鉴。

集微网消息,2021年,以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体市场开始从最初的狂热步入到冷静的发展阶段,SiC上车的产业化进程正在加快,2022年或将开启SiC规模量产“元年”。过去一年,哪些关键事件加速了这一产业进程?根据集微网不完全的盘点发现,从全球车企、Tier1、上游SiC供应链都在合力赋能SiC上车,其中,我们也看到这一赛道的竞争正在加剧,以及本土供应商面临的机会和挑战。

全球车企、Tier1积极布局800V

2021年国庆期间,“高速服务区排队4小时充电1小时”的新闻引发舆论热议,击中了新能源汽车产业发展的要害。这两年来,产业一味地增加动力电池的续航里程,边际效应也开始降低。为切实地缓解消费者的里程焦虑和充电焦虑,攻破新能源汽车产业发展道路上的这两大痛点,2021年全球各大汽车厂商/品牌纷纷规划800V高压系统车型。

其实早在2019年,保时捷Taycan就率先量产800V电压平台,将最大充电功率提升到了350kW,可以在22.5分钟把Taycan Tuebo S容量93.4kWh的动力电池从5%充至80%,提供300公里的续航能力。

2021年全球新能源汽车市场渗透率快速提升,也加快800V电压平台的应用从高端车型往下探。例如,小鹏汽车在2021年广州车展上亮相的全新SUV车型小鹏G9,首次采用了800V高压SiC平台。为充分发挥800V平台的超充技术优势,小鹏汽车还将铺设中国首批量产的480kW高压超充桩,以实现充电5分钟最高可补充200公里续航,该车计划于2022年三季度开启交付。同样在此次车展上亮相的长城沙龙汽车首款车型机甲龙,也表示支持800V超级快充,峰值电流高达600A,充电10分钟,即可实现CLTC续航401公里。

同时,比亚迪e平台3.0、东风岚图、吉利SEA浩瀚架构、现代E-GMP、奔驰EVA、通用奥特能等也都选择了800V高电压平台,并进行了相应的布局。

此外,汽车头部Tier1已在基于800V平台打造驱动系统。例如,传动系统巨头采埃孚7月发布了全新的电驱产品,即采用SiC功率芯片的电控和动力脱开机构的三合一电驱动系统,该系统将基于800V电压平台打造,预计将于2022年年底之前在国内投入量产。纬湃科技7月也带来了其兼容800V电压平台的第四代三合一电驱动产品EMR4。

可见,未来几年,新能源汽车800V高压方案将是新能源汽车主流平台,而SiC功率半导体也将成为必然选择,尤其在主驱逆变器这块首当其冲,SiC替代Si是大势所趋。

产业链上游积极投资扩产

相关数据预测,到2025年,电动汽车用SiC半导体的使用率将从目前的30%上升到60%以上,SiC晶圆市场规模将从2021年的2.18亿美元扩大到8.11亿美元。但众所周知,SiC上车也面临产能不足与成本高居不下这两道难关,为此,产业链上游供应商积极投资扩产储备产能,并从技术端提高良率和可靠性等,加速SiC上车规模效应,以达到成本优势。

2021年8月,碳化硅龙头科锐透露,公司有望在2022年初建成世界上最大的SiC工厂,使其能够充分利用未来几十年的增长机遇。随后宣布将扩大与ST现有的长期碳化硅晶圆供应协议,科锐将在未来几年内为后者供应6英寸碳化硅晶圆。

在8英寸方面,ST也取得重大突破。7月27日,ST宣布瑞典北雪平工厂制造出首批200mm (8英寸)SiC晶圆片,将用于生产下一代电力电子芯片的产品原型。SiC晶圆升级到200mm标志着ST面向汽车和工业客户的扩产计划取得重要的阶段性成功,巩固其在这一开创性技术领域的领导地位,提高了电力电子芯片的轻量化和能效,降低客户获取产品的总拥有成本。

8月,安森美宣布以4.15亿美元现金收购SiC生产商GT Advanced Technologies,并计划投资扩大GTAT的研发工作,以推进150mm和200mm SiC晶体生长技术,同时还投资于更广泛的SiC供应链,包括Fab产能和封装。

预计SiC的需求不断增长,Wolfspeed仍继续扩张产能,Wolfspeed电源产品高级总监GuyMoxey表示,“随着我们在北卡罗来纳州的材料工厂和位于纽约州北部的新莫霍克谷工厂的扩建,我们预计对碳化硅的需求会不断增长,并在大约三年前开始认真投资扩大产能。新工厂将是世界上最大的200毫米和汽车级碳化硅制造工厂。我们还认为,未来几十年对碳化硅的需求只会增加,因此在MohawkValley工厂建成后,我们的产能扩张将需要继续。”

既是tier 1又是SiC芯片IDM厂商的博世12月表示经过多年的研发,目前准备开始大规模量产由SiC这一创新材料制成的功率半导体,以提供给全球各大汽车生产商。为满足日益增长的碳化硅功率半导体需求,2021年,博世已在罗伊特林根晶圆工厂增建了1000平方米无尘车间,到2023年底,博世还将新建3000平方米无尘车间,同时,博世在着手研发功率密度更高的第二代碳化硅芯片,预计将于2022年投入大规模量产。

面对潜力巨大的市场,SK集团计划在SiC半导体晶圆业务上投资7000亿韩元,以到2025年成为世界尖端材料市场的龙头,将SiC晶圆的生产能力从今年的3万片增加到2025年的60万片,将全球市场占有率从5%提高到26%。另外,SK集团今年1月向生产SiC功率半导体的韩国企业Yes Power technologies投资268亿韩元,收购了该公司33.6%的股份。

跨界入局者也有。例如,8月,鸿海收购旺宏在新竹科学园区的6英寸晶圆厂房及设备,称将聚焦电动车以及第三代化合物半导体SiC应用,并将快速打进电动汽车供应链。

半导体供应商+车企“组合拳”,加快商业化落地

根据市调机构Yole Development报告预计,到2026年SiC电源芯片市场规模将达到44.8亿美元,较2020年增长6倍。蓝海市场少不了激烈的竞争,从各大厂商SiC商业化进度来看,市场已相当热闹。

英飞凌6月上市的电动车逆变器SiC模组将应用于现代汽车下一代电动车,现代汽车集团电气化开发团队负责人Jin-Hwan Jung博士表示:“全球模块化电动平台(E-GMP)的800 V系统为下一代电动汽车奠定了技术基础,缩短了充电时间。通过使用基于英飞凌CoolSiC电源模块的牵引逆变器,我们能够将车辆的行驶里程提高5%以上,因为与基于硅的解决方案相比,这种SiC解决方案的损耗更低,并提高了效率。”

意法半导体、科锐均与雷诺签署SiC产品供应合同,前者供应电池驱动/混合动力车电力电子系统产品和相关封装解决方案,后者供应6英寸SiC晶圆。

罗姆SiC功率元件电控系统将被应用于吉利开发中的纯电动车平台,10月,还宣布与正海集团成立SiC功率模块业务合资公司,将结合正海集团公司的逆变器技术、两家公司的模块技术以及ROHM的尖端SiC芯片,开发高效的电源模块,通过这家新公司开发的模块产品已被计划用于电动汽车领域,并将从2022年开始批量生产。

11月,Wolfspeed在举办的投资者大会透露,Wolfspeed已与通用汽车签署战略供应商协议,为通用汽车的电动汽车(EV)开发和交付SiC功率器件,通用汽车将专门在其下一代电动汽车的Ultium Drive推进装置中使用Wolfspeed的产品。

实现从无到有的突破,本土供应商有望崛起

从上文可以看出,车用第三代半导体领域仍以欧美日等成熟市场的半导体企业占据主导地位。相关数据显示,目前第三代半导体主要环节国产化率仍然较低,超过80%的产品要依赖进口。

而中汽协近期预测称,2022年新能源汽车的市场渗透率将超过20%,达到500万辆的规模,2025年将进一步增长至700万-1000万辆,这意味着中国有望成为SiC需求最大市场。而且,去年年底以来的全球汽车缺芯强有力地证明了构建自主可控供应链的重要性。

其实,这两年,以比亚迪半导体、斯达半导、中国中车、三安光电、华润微电子、派恩杰等本土企业也都在积极发力车用SiC领域。例如,三安光电已经在湖南建设了国内首条碳化硅全产业链生产线,涵盖长晶、晶圆、外延、芯片、研发、封测环节,于今年6月正式点亮投产。

同时,投资热潮下,国内也开始涌现一批新锐力量,并密集获得资本的加持。今年以来,包括派恩杰、瞻芯电子、阿基米德半导体、积塔半导体、臻驱科技、芯聚能半导体、基本半导体、利普思半导体等在内的多家本土企业均获得了新的融资,累计融资规模超百亿元,将合力助推SiC落地与上车。

尤为值得一提的是,本土企业在车用SiC领域已经取得了一定的突破。12月24日,在首届集微汽车半导体生态峰会上,广东芯聚能半导体有限公司总裁周晓阳也表示,芯聚能SiC模块将用于主逆变器,且已通过国内前三大主机厂车载可靠性测试、夏季标定和耐久测试,系统环境耐久试验考核,预计2022年Q1量产。

12月26日,由中车时代电气C-Car平台孵化的全新一代产品C-Power 220s在第二届新能源乘用车自主电驱创新技术高峰论坛正式发布,该产品是国内首款基于自主SiC大功率电驱产品,系统效率最高可达94%。

虽然,本土企业要想真正在车用SiC领域实现自主突围,仍任重道远,尤其是如何满足车规的高标准要求,是几乎所有本土企业亟待解决的问题,但目前已经实现了从无到有的突破,相信规模量产只是时间问题,国内SiC供应链需要珍惜时间窗口,潜心研发并一步一个脚印向前发展,毕竟市场就在不远的未来,集邦咨询的报告显示,随着电动车渗透率不断升高,以及整车架构朝800V高压方向迈进,预估2025年全球电动车市场对6英寸SiC晶圆需求可达169万片。

(校对/Jimmy)

责编: Carrie

Sharon

作者

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邮箱:dusha@lunion.com.cn

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无畏红尘中打滚,有破有立

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