這些變化背后的“始作俑者”竟是特斯拉。自特斯拉在引入碳化硅MOSFET到主驅(qū)上并迅速量產(chǎn)后，國(guó)內(nèi)新能源汽車也開始跟進(jìn)，且得到了市場(chǎng)的廣泛接受。

 

去年7月，比亞迪新上市的漢EV旗艦車型其中電控部分使用的SiCMOSFET功率器件是比亞迪自主研發(fā)制造的具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的零部件。據(jù)稱，這也是首款采用SiC模塊的國(guó)產(chǎn)新能源汽車。無(wú)獨(dú)有偶，國(guó)內(nèi)另外一家新能源車企－－北汽新能源也正在測(cè)試在新能源汽車上采用SiC器件。

 

在規(guī)模應(yīng)用后，隨著成本的進(jìn)一步下降，未來(lái)將越來(lái)越多的電動(dòng)汽車采用SiC模塊，車用將是SiC模塊最大的增長(zhǎng)動(dòng)力。

 

 

 

SiC成為新能源汽車最佳選擇

 

作為第三代半導(dǎo)體的代表，SiC材料具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場(chǎng)、高的熱導(dǎo)率、高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，因此在IGBT、MOSFET等功率半導(dǎo)體中應(yīng)用尤為廣泛，SiC成為實(shí)現(xiàn)新能源汽車最佳性能的理想選擇。目前，新能源汽車系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到功率半導(dǎo)體應(yīng)用的組件包括三大部分：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、車載充電器（OBC）／非車載充電樁、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載DC／DC）。

 

相比于IGBT，SiC是更為先進(jìn)的做控制器的電力電子芯片。雖然成本是IGBT的8－10倍，但SiC可以大幅度提高電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩嵘姍C(jī)比功率。在做到高頻率和高效率的同時(shí)，體積還非常小，約比IGBT小70－80％。此外，SiC還具有高頻率但損耗低的優(yōu)勢(shì)，從而將新能源車效率再提高10％左右。這就意味著，電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程得到提升的同時(shí)，電池成本有可能大幅下降。

 

在這一點(diǎn)上，特斯拉為追求行駛里程僅5％的提升，不惜以貴幾倍的代價(jià)在業(yè)界率先全面采用SiC替代IGBT，Model3的控制器就是利用的SiC材料。比亞迪也宣布將在2023年全方位采用SiC替代，預(yù)計(jì)在2025年全面用SiC取代IGBT。

 

根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2017－2023年，SiC功率器件市場(chǎng)將以每年31％的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，2023年將超過(guò)15億美元；而SiC行業(yè)龍頭Cree則表現(xiàn)得更為樂(lè)觀，其預(yù)計(jì)到2022年，SiC在電動(dòng)車用市場(chǎng)空間將快速成長(zhǎng)到24億美元，是2017年車用SiC整體收入（700萬(wàn)美元）的342倍。

 

 

應(yīng)用研發(fā)落后國(guó)外 國(guó)企道路阻且長(zhǎng)

 

從產(chǎn)業(yè)格局看，目前全球SiC產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國(guó)、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢(shì)。其中美國(guó)全球獨(dú)大，占有全球SiC產(chǎn)量的70％－80％；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，在全球電力電子市場(chǎng)擁有強(qiáng)大的話語(yǔ)權(quán)；日本是設(shè)備和模塊開發(fā)方面的絕對(duì)領(lǐng)先者。

 

日本：目前SiC器件在電動(dòng)汽車（含混合動(dòng)力汽車）上應(yīng)用發(fā)展最快的是日本企業(yè)，典型為豐田公司，早在2014年5月他們正式發(fā)布了基于SiC半導(dǎo)體器件的零部件——應(yīng)用于新能源汽車的功率控制單元（PCU）。另外，本田汽車公司、日產(chǎn)汽車公司均和羅姆公司就HEV／EV應(yīng)用SiC半導(dǎo)體技術(shù)，共同開發(fā)出了使用SiC半導(dǎo)體器件的高功率電源模塊，將轉(zhuǎn)換器和逆變器的二極管和晶體管全部由硅器件改為SiC器件。

 

美國(guó)：除了特斯拉，福特汽車公司2015年底宣布計(jì)劃為電動(dòng)汽車項(xiàng)目投資45億美元，另外SiC技術(shù)的著名企業(yè)美國(guó)Cree公司開發(fā)了多款適合于新能源汽車使用的SiC功率模塊，并和合作伙伴合作推出了使用SiC功率模塊和二極管 的電動(dòng)汽車充電樁整體解決方案。

 

中國(guó)：應(yīng)用方面，比亞迪也己投巨資布局第三代半導(dǎo)體材料SiC。目前，比亞迪己經(jīng)成功研發(fā)了SiC MOSFET。預(yù)計(jì)到2023年，比亞迪將在旗下的電動(dòng)車中，實(shí)現(xiàn)SiC基車用功率半導(dǎo)體對(duì)硅基IUBT的全面替代。

 

雖然我國(guó)開展第三代半導(dǎo)體材料和器件方面的研究工作比較晚，但也有一些企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化方面己初具規(guī)模，如SiC襯底制造商：北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司；SiC外延制造商：東莞天域半導(dǎo)體科技有限公司、瀚天天成電子科技（廈門）有限公司；SiC器件制造商：南京國(guó)盛電子有限公司、泰科天潤(rùn)半導(dǎo)體科技（北京）有限公司。同時(shí)我國(guó)多家半導(dǎo)體廠商也在積極布局SiC和GaN器件，華潤(rùn)華晶微電子和華虹宏力就是其中的代表企業(yè)。

 

總體來(lái)看，在汽車電力電子技術(shù)上，我國(guó)很多技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈空白，建立在現(xiàn)代功率半導(dǎo)體基礎(chǔ)上的電子電路、芯片和模塊幾乎全都依賴進(jìn)口。目前，以碳化硅、氮化鎵等為代表的第三代寬禁帶功率半導(dǎo)體在新能源汽車上的應(yīng)用成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，然而在這些領(lǐng)域，我國(guó)在其應(yīng)用研發(fā)上明顯落后于國(guó)外，國(guó)內(nèi)企業(yè)還有較長(zhǎng)的路要走。

 

曙光已現(xiàn)未來(lái)可期

 

盡管市場(chǎng)現(xiàn)有情況不如人意，但應(yīng)用于新能源汽車的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)中，大的國(guó)際上、中游企業(yè)，已經(jīng)在瘋狂的擴(kuò)產(chǎn)、提升產(chǎn)能了。而市場(chǎng)化的運(yùn)作里，上游企業(yè)投入一般都是領(lǐng)先下游應(yīng)用1－2年的時(shí)間，這說(shuō)明下游的應(yīng)用成本將會(huì)迅速的降低，馬上就要用到實(shí)際產(chǎn)品上來(lái)了。

 

開始也提到過(guò)，上游巨頭Cree兩次宣布其擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，投資近10億美元。上游的擴(kuò)產(chǎn)最終結(jié)果將帶動(dòng)成本降價(jià)，試錯(cuò)的機(jī)會(huì)將會(huì)大幅增加，技術(shù)也會(huì)迅速提升。這是正相關(guān)的積極意義。

 

但必須注意的是，國(guó)外企業(yè)披露的擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)度往往滯后于實(shí)際進(jìn)度。面對(duì)國(guó)外龍頭企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)周期短、投產(chǎn)速度快，國(guó)內(nèi)的企業(yè)無(wú)論是技術(shù)還是資金投入往往跟不上。等國(guó)外企業(yè)真正開始量產(chǎn)，國(guó)內(nèi)上游廠商面臨的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況將會(huì)非常嚴(yán)重。

 

 

但在未來(lái)新能源汽車市場(chǎng)轉(zhuǎn)移到中國(guó)后，國(guó)內(nèi)成長(zhǎng)起來(lái)的大鵬、蔚來(lái)、理想等新能源車企的量產(chǎn)將會(huì)和國(guó)內(nèi)碳化硅廠商一起協(xié)同發(fā)展。相比起國(guó)外孤軍奮戰(zhàn)的特斯拉，國(guó)內(nèi)新能源汽車市場(chǎng)將會(huì)為碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)更多的機(jī)會(huì)。