碳化硅器件的優(yōu)勢(shì)
根據(jù)CASA，Mouser宿百，從公開(kāi)報(bào)價(jià)來(lái)看趁仙，1200V SiC SBD與同類Si器件的差距約4.5倍。根據(jù)CASA調(diào)研垦页，1200V SiC SBD實(shí)際成交價(jià)與Si器件價(jià)差已縮小至 2-2.5 倍之間雀费，已經(jīng)達(dá)到了甜蜜點(diǎn)。
1痊焊、輕量化盏袄，效率提升；在400V電壓平臺(tái)下薄啥，SiC能夠比IGBT器件擁有2-4%的效率提升辕羽，而在750V電壓平臺(tái)下其提升幅度則可增大至3.5%-8%。
2垄惧、加快充電速度刁愿；極氪001 400V 平臺(tái)，充電效率：10%-80% SOC充電時(shí)間為30分鐘到逊；充電5分鐘铣口，NEDC續(xù)航里程可增加120公里。
碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈
碳化硅功率器件的制備過(guò)程包含了：SiC粉末合成觉壶、單晶生長(zhǎng)脑题、晶片切磨拋、外延（鍍膜）铜靶、前道工藝（芯片制備）叔遂、后道封裝。產(chǎn)業(yè)鏈分為：上游襯底→芯片→分立器件→模塊。襯底通常起支撐作用掏熬，外延是器件所需的特定薄膜佑稠，器件結(jié)構(gòu)即利用光刻、刻蝕等工序加工出具有一定電路圖形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)旗芬。
襯底 占 SiC 器件成本的 47%舌胶，外延成本占 23%，前段占 19%疮丛，設(shè)計(jì)占 6%幔嫂。
碳化硅襯底制備過(guò)程主要存在以下難點(diǎn)：一是對(duì)溫度和壓力的控制要求高，其生長(zhǎng)溫度在2300℃以上誊薄；二是長(zhǎng)晶速度慢轨功，7 天的時(shí)間大約可生長(zhǎng) 2cm 碳化硅晶棒值朋；三是晶型要求高、良率低，只有少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的單晶型碳化硅才可作為半導(dǎo)體材料凳宙；四是切割磨損高识窿，由于碳化硅的硬度極大换团，在對(duì)其進(jìn)行切割時(shí)加工難度較高且磨損多把还。
襯底當(dāng)中主要分兩類，一類是高絕緣俏脊、高純度半絕緣型的襯底全谤，這種主要用在5G、工業(yè)爷贫；一類是N型導(dǎo)電型襯底认然，主要是車用，碳化硅的器件都是基于N型導(dǎo)電型的襯底在后續(xù)加工把它給制作出來(lái)漫萄。
分立器件：基于傳統(tǒng)igbt器件的積累卷员，SiC分立器件基于芯片做常規(guī)化固定化的的封裝即可，可以用在充電樁里腾务，作為快充應(yīng)用子刮。車內(nèi)的OBC、DC/DC等也是基于分立器件封裝的窑睁。
模塊：多個(gè)芯片以定制化設(shè)計(jì)進(jìn)行封裝。例如ST給特斯拉model做單管封裝葵孤，每個(gè)里面封了兩個(gè)芯片担钮，用24個(gè)并聯(lián)，一共48個(gè)芯片尤仍，封成了一個(gè)模塊箫津，做在了特斯拉的model3里面；比亞迪漢也是自己做的模塊形式。一定數(shù)量芯片封裝成為模塊苏遥，一般不是用充電樁或者是車載充電器里面饼拍，一般用在電驅(qū)動(dòng)的逆變器里。
碳化硅和氮化鎵同樣都是優(yōu)質(zhì)的材料田炭，但碳化硅的熱導(dǎo)率是氮化鎵熱導(dǎo)率的約3倍师抄，具有更強(qiáng)的導(dǎo)熱能力，器件壽命更長(zhǎng)教硫，可靠性更高叨吮，系統(tǒng)所需的散熱系統(tǒng)更小。而氮化鎵的生產(chǎn)工藝更復(fù)雜瞬矩，相比碳化硅難度更高茶鉴。因此，第三代半導(dǎo)體目前普遍采用碳化硅作為襯底材料景用，在高壓和高可靠性領(lǐng)域選擇碳化硅外延涵叮，在高頻領(lǐng)域選擇氮化鎵外延。
由于碳化硅具有較高的禁帶寬度伞插，碳化硅功率器件可承受較高的電壓和功率割粮，其器件體積可變得更小，約為硅基器件的1/10蜂怎；同樣由于碳化硅較高的禁帶寬度穆刻，碳化硅器件的電阻將變得更低，約為硅基器件的1/100杠步；此外氢伟，在相同的電壓和轉(zhuǎn)換頻率下，碳化硅器件的能量損失也更小幽歼。
全球 碳化硅襯底 產(chǎn)業(yè)目前是美國(guó)一家獨(dú)大朵锣，約占60%的份額，全球SiC產(chǎn)量大部分來(lái)自于美國(guó)的Cree甸私、Ⅱ-Ⅵ诚些，羅姆，日立皇型。其中诬烹，Gree 的市場(chǎng)份額約為 45%；中國(guó)企業(yè)起步較晚弃鸦，中國(guó)企業(yè)市占率約10%绞吁，主要集中在 4英寸和 6英寸的領(lǐng)域。
產(chǎn)業(yè)鏈中游的外延材料包括SiC外延設(shè)備以及外延片唬格，SiC外延片對(duì)SIC器件的性能起到了關(guān)鍵性作用家破。全球SiC外延設(shè)備市場(chǎng)被德國(guó)的 Axitron颜说、意大利的 LPE以及日本的 TEL和 Nuflare四大龍頭企業(yè)壟斷，CR4約為 100%汰聋，
2019年门粪，SiC 外延片出貨量為 790 萬(wàn)片，預(yù)計(jì) 2025 年達(dá)到 2130 萬(wàn)片烹困，GAGR 為 18%玄妈。
SiC功率器件的生產(chǎn)過(guò)程包括設(shè)計(jì)、制造和封裝測(cè)試韭邓，對(duì)于穩(wěn)定性要求較高措近，因此國(guó)產(chǎn)廠商切入較為緩慢，主要以 IDM為主女淑，少量為純?cè)O(shè)計(jì)企業(yè)瞭郑。根據(jù)2020年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國(guó)的CREE和日本的Rohm占據(jù)了全球碳化硅功率器件市場(chǎng)的主要份額鸭你，市占率分別是 27%和 22%屈张。
CREE?預(yù)估 2024年 400 萬(wàn)片。?
Rohm 預(yù)估 2024年 160 萬(wàn)片袱巨，市占 30%阁谆。?
國(guó)內(nèi) 2021 年 20 多條產(chǎn)線，30 多萬(wàn)片 6 寸產(chǎn)能愉老。
一些Tier 1的大廠场绿，如博世、德國(guó)大陸等嫉入，這些Tier 1廠商都紛紛推出了電驅(qū)動(dòng)模塊焰盗，且部分已經(jīng)量產(chǎn)落地，憑借自身在機(jī)械制造領(lǐng)域的深厚經(jīng)驗(yàn)咒林，在電機(jī)熬拒、減速器領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)較為明顯。
成本?
目前 6 寸導(dǎo)電型襯底片的市場(chǎng)零售價(jià)約 1000 美元/片, 目前 4垫竞、6 寸片價(jià)格是硅的 60 倍以上澎粟，但是由于高頻、高壓的性能欢瞪，可以降低對(duì)無(wú)源器件的使用活烙，這同時(shí)能節(jié)省系統(tǒng)成本，碳化硅的系統(tǒng)成本目前是硅的 2-8 倍遣鼓。
結(jié)合國(guó)際技術(shù)路線對(duì)成本考量瓣颅，到 2025年有望下降至 500 美元以下，硅基和 sic 基的成本差距會(huì)在 2 倍內(nèi)譬正，一些高電壓大電流的功率器件會(huì)被碳化硅替代和滲透宫补。
Wolfspeed （ Cree）汽車中應(yīng)用
Wolfspeed 宣布與通用達(dá)成了SiC供應(yīng)協(xié)議。通用汽車將參與Wolfspeed 供應(yīng)保證計(jì)劃 (WS AoSP)曾我，旨在為電動(dòng)汽車生產(chǎn)提供國(guó)內(nèi)粉怕、可持續(xù)和可擴(kuò)展的材料。
Wolfspeed 已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)達(dá)成了總額超過(guò) 13 億美元的多年長(zhǎng)期材料協(xié)議抒巢，憑借總額超過(guò) 150 億美元的器件管道（pipeline）贫贝，以及比之前的設(shè)施計(jì)劃大 30 倍的產(chǎn)能增加。Wolfspeed正在推進(jìn)多個(gè)產(chǎn)業(yè)從Si到SiC的重要轉(zhuǎn)型蛉谜。
Wolfspeed這個(gè)名字是Cree最近修改的稚晚，Wolfspeed 的名字“既體現(xiàn)了狼的高貴品質(zhì)——領(lǐng)導(dǎo)力、智慧和耐力——以及速度型诚，其特點(diǎn)是公司創(chuàng)新和運(yùn)營(yíng)的速度……”客燕。Cree這幾年陸續(xù)剝離了三分之二的業(yè)務(wù)，將重心放在了SiC技術(shù)和生產(chǎn)上狰贯。
特斯拉Model 3上所使用的器件全部更換為SiC后也搓，平均 2輛汽車就需要消耗一片 6英寸SiC晶圓。特斯拉一家消耗 50萬(wàn)片SiC晶圓涵紊。全球SiC晶圓的年產(chǎn)能才約為 40-60萬(wàn)片傍妒。
國(guó)產(chǎn)SiC廠商嶄露頭角
產(chǎn)能規(guī)劃?
中車時(shí)代：2016年12月，北汽新能源與 中車時(shí)代 簽署戰(zhàn)略協(xié)議摸柄，重點(diǎn)圍繞IGBT模塊颤练、碳化硅等技術(shù)進(jìn)行合作。目前中車時(shí)代電氣域建有6英寸SiC（碳化硅）的產(chǎn)業(yè)化基地驱负，據(jù)《湖南日?qǐng)?bào)》報(bào)道嗦玖，中車時(shí)代電氣擁有目前國(guó)際SiC（碳化硅）芯片生產(chǎn)線的最高標(biāo)準(zhǔn)。
比亞迪半導(dǎo)體：目前使用 CREE电媳，2022 年開(kāi)始使用踏揣，車規(guī)產(chǎn)品；
三安集成：2020年9月29日匾乓，三安集成 與 金龍新能源簽署戰(zhàn)略協(xié)議捞稿，共同推進(jìn)碳化硅功率器件在新能源客車電機(jī)控制器、輔驅(qū)控制器的樣機(jī)試制以及批量應(yīng)用拼缝。2020年6月23日娱局，三安光電宣布總投資160億元的湖南三安半導(dǎo)體基地一期項(xiàng)目正式點(diǎn)亮投產(chǎn)，將打造國(guó)內(nèi)首條咧七、全球第三條碳化硅垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈衰齐。該產(chǎn)線可月產(chǎn)3萬(wàn)片6英寸碳化硅晶圓。2021年11月開(kāi)始继阻，月產(chǎn)達(dá)到 3000 片耻涛。?
露笑科技：碳化硅項(xiàng)目從 2020 年 11 月份破土開(kāi)工建設(shè)废酷，2021 年 3月份一期廠房結(jié)頂，5 月份公輔設(shè)備開(kāi)始安裝調(diào)試抹缕，6 月份部分設(shè)備開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)安裝澈蟆。隨著襯底加工設(shè)備、清洗設(shè)備和測(cè)試設(shè)備的逐步到位及加工工藝優(yōu)化卓研，2021年9月 實(shí)現(xiàn) 6 英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底片的小批量生產(chǎn)趴俘。當(dāng)前6寸片CREE報(bào)價(jià) 900多美金，實(shí)際市場(chǎng)價(jià)格 1100-1200 多美金/片奏赘，露笑100 臺(tái)爐子量產(chǎn)后成本有望在 350 - 400美金/片寥闪。
精進(jìn)電動(dòng)：發(fā)布了車用碳化硅控制器，并透露獲得了大眾 TRATON的批量訂單磨淌；其自主研發(fā)的碳化硅（SiC）控制器具有高開(kāi)關(guān)頻率疲憋，高效率，高功率密度等優(yōu)點(diǎn)伦糯。
欣銳科技：公司公告柜某，公司生產(chǎn)的車載電源大部分都使用SiC器件。也做大功率充電這塊敛纲，主要是PBU和DCBC這塊喂击，
英搏爾：是國(guó)內(nèi)少數(shù)具備新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)自主研發(fā)、全工藝生產(chǎn)能力的領(lǐng)先企業(yè)淤翔，可以為車企提供包括驅(qū)動(dòng)總成翰绊、電源總成，以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)旁壮、電機(jī)控制器监嗜、充電機(jī)等動(dòng)力域核心模塊產(chǎn)品。公司產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)從A00級(jí)抡谐、A級(jí)裁奇、B級(jí)、MPV麦撵、SUV等全系乘用車型量產(chǎn)配套刽肠，單車配套產(chǎn)品價(jià)值量也有效提升，
斯達(dá)和比亞迪主要做碳化硅模塊的封裝免胃，未來(lái)可能會(huì)做芯片音五。中車和三安可以做樣件、工業(yè)級(jí)產(chǎn)品羔沙，車規(guī)級(jí)量產(chǎn)的還沒(méi)有躺涝。襯底，國(guó)內(nèi)天科扼雏、天岳坚嗜、三安夯膀，4寸可以量產(chǎn)，6寸小批量做惶傻。
400V 和800V 電壓平臺(tái)情況
400V 和 800V 電壓平臺(tái)是針對(duì)整個(gè)新能源車整個(gè)來(lái)講棍郎，不只和電池相關(guān)，跟電驅(qū)動(dòng)也密切相關(guān)的银室。SiC對(duì)于400V下的性能提升不如800V下的大，800V平臺(tái)下SiC的優(yōu)勢(shì)更大励翼，而且800V下SiC價(jià)格提升相比較Si不明顯蜈敢。
400V 到 800V 過(guò)程中，意味著電芯價(jià)格會(huì)提高汽抚，電驅(qū)抓狭、OBC價(jià)格都會(huì)提高（用了SiC和適配800V的電子元器件）。
車載充電系統(tǒng)（OBC）：車載蓄電池充電機(jī)可將來(lái)自電池子系統(tǒng)的 DC 電源轉(zhuǎn)換為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的 AC 電源造烁。SiC 器件使得 OBC 的能量損耗減少否过、熱能管理改善。根據(jù) Wolfspeed惭蟋，OBC 采用碳化硅器件苗桂，與硅器件相比，其體積可減少 60%告组，BOM 成本將降低 15%煤伟，在400V 系統(tǒng)相同充電速度下，SiC 充電量翻倍木缝。目前便锨，全球已有超過(guò) 20 家汽車廠商在車載充電系統(tǒng)中使用碳化硅功率器件
電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載 DC/DC）：車載 DC/DC 變換器可將動(dòng)力電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電。采用碳化硅器件我碟，設(shè)備溫度積累減少放案，加之材料本身高導(dǎo)熱率、耐高溫的特點(diǎn)矫俺，散熱設(shè)備可以簡(jiǎn)化吱殉，從而減小變壓器體積。
非車載充電樁：非車載直流快速充電機(jī)可將輸入的外部 AC 電源轉(zhuǎn)換為電動(dòng)車需要的 DC 電源恳守。SiC 的高開(kāi)關(guān)速度保證了快速充電器的充電速度考婴。
光伏?
根據(jù)天科合達(dá)招股書(shū)，碳化硅 MOSFET 或碳化硅 MOSFET 與碳化硅 SBD 結(jié)合的功率模塊的光伏逆變器催烘，轉(zhuǎn)換效率可從 96%提升至99%以上沥阱，能量損耗降低 50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升 50 倍伊群。
5G?
半絕緣型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造氮化鎵射頻器件考杉。微波射頻器件是實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)送和接收的基礎(chǔ)部件策精，是無(wú)線通訊的核心。
與 2G崇棠、3G咽袜、4G 相比，5G 的頻率較高枕稀，其跳躍式的反射特性使其傳輸距離較短询刹，對(duì)功率的要求非常高。碳化硅基氮化鎵器件可滿足 5G 基站對(duì)于高頻萎坷、高速凹联、高功率的要求，突破了砷化鎵和硅基 LDMOS 器件的缺陷哆档。碳化硅基氮化鎵射頻器件已逐步成為 5G 功率放大器尤其宏基站功率放大器的主流技術(shù)路線蔽挠。
