国产SiC在汽车主驱上的替代已经起步

来源: 芯查查资讯 作者:程文智 2024-11-18 09:33:16
目前国内SiC产业链日趋完善,国内企业从材料到辅材、衬底、外延、加工设备,包括设计、代工基本都有覆盖。每个细分行业都有典型的代表企业,技术水平也跟国际头部厂商的差距不大。

  自从2017年特斯拉发布第一款基于SiC主驱的电动汽车后,2020年,比亚迪也发布了其SiC主驱汽车,随后各个Tie 1和主机厂都纷纷投身SiC平台的研发。据统计,2023年公开的国产SiC车型合计有142款,乘用车为76款。

   

  目前,汽车主驱中采用的SiC器件以1200V SiC MOSFET为主。当然,400V的平台目前也是采用750V的SiC在做一些替代。不久前,在EEVIA主办的以“创新、突破、绿色发展”为主题的第12届中国硬科技产业链创新趋势峰会暨百家媒体论坛上,清纯半导体(宁波)有限公司市场经理詹旭标带来了《车载电驱&供电电源用SiC技术最新发展趋势》的主题这样表示。

图:清纯半导体(宁波)有限公司市场经理詹旭标

   

SiC产业及技术现状

  目前的SiC市场仍然以国外企业占主导地位。据Yole统计,2025年全球SiC市场规模将接近60亿美元,并且年复合增长率预计到36.7%左右。目前整个市场的头部5家企业(分别为ST、安森美、英飞凌、Wolfspeed和罗姆)市场份额合计高达91.9%。如果把第六、第七名加进去统计,整个市场份额可能会达到95%-98%。这些企业基本是以国外为主,目前国内的占比是非常小的。

图:SiC市场规模

 

  在产能方面,国内国外SiC都在积极扩产。其中Wolfspeed计划投入65亿美元扩充产能;英飞凌也计划总投资50亿欧元用来扩充产能;罗姆计划从2021年到2027年投入约37亿美元扩产。

图:国际SiCA企业产能规划

 

  相比国际厂商的巨大投入,国内厂商的投入相对有限,目前国产的产能扩产投入约为1000亿元,且很分散,还没有形成投入企业。

图:国内SiC厂商产能规划(衬底)

 

  据业内一些机构预测,2026年国内SiC产能规划为468万片/年,大约能满足3,000万辆新能源汽车的需求。按照中国整个汽车生产大概是2,700万辆左右,2023年首次突破3,000万辆达到3,009.89万辆,因此,整个SiC行业如果能达到预计产能的话,将会有过剩风险。

   

  当然,SiC器件除了可以用在新能源汽车主驱上,也可以用在光伏、储能,以及充电桩上。

图:目前主流SiC MOSFET两种主流结构对比

   

  技术方面,目前主流SiC MOSFET主要有两种设计方案:

  一是平面栅结构器件,比如Wolfspeed、ST和安森美就是采用此类设计方案。平面栅结构的MOSFET目前出货量最大、可靠性更高,工艺非常成熟,此类器件用在了汽车、光伏和储能上。

  二是沟槽栅结构,罗姆、英飞凌和博世等厂商就是采用了此类设计方案。

   

  沟槽栅和平面栅结构各有优缺点,其中平面栅工艺成熟,高温下导通电阻相对较低;而沟槽栅具有较低的RSP,就是比导通电阻更低,但高温下的热性能不如平面栅结构。

   

  近十年来,国际主流SiC厂商每过3~6年,就会有一次产品迭代,每次技术迭代其Rsp就会下降20%~25%。比如,目前国际主流SiC厂商的1200V SiC MOSFET的Rsp约为2.3~2.8mΩ,但国内的1200V SiC MOSFET的Rsp约为2.8~3.3mΩ。

   

国内SiC器件开始全面替代

  目前国内SiC产业链日趋完善,国内企业从材料到辅材、衬底、外延、加工设备,包括设计、代工基本都有覆盖。每个细分行业都有典型的代表企业,技术水平也跟国际头部厂商的差距不大。

   

  清纯半导体的詹旭标认为,目前国内SiC技术与国际SiC技术的差距在可接受范围内。他以清纯半导体的技术路线跟ST和罗姆等SiC头部企业对比分析道,“我们基本是一年一迭代的节奏在快速更新我们的技术,比如我们第一代产品的Rsp在3.3mΩ,去年发布的第二代产品已经做到了2.8mΩ。”

   

  目前清纯半导体的第二代SiC MOSFET Rsp值与2022年ST的1200V SiC MOSFET相当。但清纯半导体今年会推出其第三代产品,Rsp可以做到2.4mΩ・cm2,与国际厂商们明年的产品相当。

图:清纯半导体与国际SiC企业产品对比

 

  清纯半导体甚至还拿自己的产品与国际厂商在新能源汽车中使用最多,最成熟的器件做过1:1的对比,在相同的驱动、相同的参数、相同的开发板上做详细的对比。对比后发现,在相同的参属下,清纯半导体的串扰抑制能力、耐受能力,以及振荡方面都做得更好。

图:清纯半导体超低导通电阻芯片开发

 

  据詹旭标透露,目前清纯半导体在市场上大概售出了400万颗SiC MOSFET,产品失效率低于1PPM。

   

  他还特别提到,目前国产SiC MOSFET在光储充封面已经大批量使用,国产车规级SiC MOSFET技术与产能已经对标国际水平,但由于各种原因,SiC MOSFET在乘用车主驱方面仍然依赖进口,但这个局面2到3年后会大幅改善,因为国产SiC MOSFET在汽车主驱上的替代也已经开始。比如清纯半导体的SiC MOSFET产品已经拿到了多个主机厂的定点。

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