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新能源汽车即将引爆SiC器件大战2020-03-03 10:05·宽禁带联盟新能源汽车产业前景无忧2020年注定是新能源汽车不平凡的一年。在经历了全球经济下行，国内新能源汽车补贴退坡的情况下，专家预计2020年全球电动乘用车销量将达到260万辆左右，比2019年增长约20%。按绝对值计算，中国仍将是最大的电动车市场，预计2020年，中国电动乘用车的年销量将达到120万辆，从而使中国在年底前实现500万辆电动车的目标。同时，2020年将是欧洲电动汽车突破性的一年。大多数汽车制造商有望实现其2020年至2021年全系列车型二氧化碳排放量的目标。预计2020年欧洲电动汽车销量将超过80万辆。最重要的是，在2019年新能源汽车市场不被看好的情况下，国际各大整车企尤其是汽车动力总成等零配件公司仍然不遗余力将研发及合作重心聚焦于新能源汽车，产业注定要开始腾飞。再次回味SiC到底有多香新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括三大部分：电机驱动器、车载充电器（OBC）/非车载充电桩、电源转换系统（车载DC/DC）。SiC材料在高压、高温、高效率、高频率、抗辐射等应用领域优异的物理和化学特性决定了SiC器件在新能源汽车的应用中具有极大的优势，极大的提高了现有能源的转换效率。在新能源汽车电机驱动系统中的应用在电驱动领域，SiC器件的优势主要在于控制器效率提升、功率密度提升以及开关频率的提升, 降低开关损耗，简化电路的热处理系统，而降低成本、重量、大小及功率逆变器的复杂性。由于SiC器件的小体积、低散热要求、高工作结温等特性，可帮助将电驱动控制器体积减小80%以上，是提升控制器功率密度的必然选择。在新能源汽车电源转换中的应用车载DC/DC变换器的功能是将动力电池输出的高压直流电转换为 12V、24V、48V 等低压直流电，为仪表盘、车灯、雨刷、空调、音响、电动转向、ABS、发动机控制、安全气囊等车载低压用电设备和各类控制器提供电能。SiC器件比Si基MOSFET更快，比Si基IGBT功率更大。SiC功率器件可缩小电路的尺寸，降低重量、缩减无源器件的成本以及对冷却系统的需求，明显降低了整个系统的重量和体积（缩小40%~70%）。在新能源汽车充电模块中的应用基于SiC技术的功率开关管和功率二极管，比Si基器件的特性有很大提高， SiC器件更适合高频、高压和高温的工作环境，车载充电器和充电桩使用SiC器件后将充分发挥高频、高温和高压三方面的优势，可实现充电系统高效化、小型化和高可靠性。而除了技术上的优势，SiC功率器件在新能源汽车中的应用也将加速车企的新能源汽车产物升级，为新能源汽车产业开拓更加广阔的市场空间。理想很丰满现实却很骨感尽管SiC基电力电子器件优点多多，但目前其在新能源汽车、尤其是电机驱动部分的渗透率十分之低。综合参照Yole与IHS Markit的数据，2019年SiC电力电子器件市场规模约为5.07亿美元，而其中新能源汽车应用的市场规模占比不到3%，仅1500万美元。全球有且仅有特斯拉Model 3的电驱动主逆变器采用了意法半导体生产的全SiC功率模块。根据现有的技术方案，每辆新能源汽车使用的功率半导体器件大约在700美元。EV Sales最新数据显示，2019年全球销售新能源汽车约221万辆，那么2019年新能源汽车中的功率半导体市场规模约为15.5亿美元。对比sic在新能源汽车中的市场规模，再多的优点都显得苍白无力。但先抑后扬才是主旋律。曙光已现未来可期尽管市场现有情况不如人意，但应用于新能源汽车的第三代半导体产业链的公司中，大的国际上、中游公司，已经在疯狂的扩产、提升产能了。而市场化的运作里，上游公司投入一般都是领先下游应用1-2年的时间，这说明下游的应用成本将会迅速的降低，马上就要用到实际产物上来了。上游公司扩产迅速，势必导致价格大战近年来，整体市场对于SiC器件的需求呈上升趋势，进一步促进了SiC器件的产业化进程的同时，也使得上游晶圆供应进一步吃紧。在晶圆方面，国际上为数不多的公司（Cree、II-VI、昭和电工等）能够提供稳定的产量，因此各大上游材料公司纷纷扩产应对紧缺。多的不说，看龙头公司怎么做：仅仅2019年，上游巨头Cree两次宣布其扩产计划，投资近10亿美元，分别在北卡罗来纳州和纽约州建造全新满足车规级标准的8英寸功率和射频晶圆制造工厂。在这之前，Cree 6寸SiC晶圆年产能约50万片。扩产之后呢？根据财报数据，与2017财年第一季度（也就是cree开始扩大产能的第一阶段）相比较，能够带来SiC晶圆制造产能的30倍增长。将使得科锐能够满足SiC材料和器件在未来5年乃至更长远的预期增长。上游的扩产最终结果将带动成本降价，试错的机会将会大幅增加，技术也会迅速提升。这是正相关的积极意义。但必须注意的是，国外公司披露的扩产进度往往滞后于实际进度。有业内专家指出，国外龙头公司的扩产周期短、投产速度快，国内的公司无论是技术还是资金投入往往跟不上。等国外公司真正开始量产，国内上游厂商面临的市场竞争情况将会非常惨烈。中游公司锁定货源，不够不够远远不够？意法半导体作为第三代半导体产业链中游市场占有率超过90%的厂家（2018年数据），同时也是特斯拉MODEL 3 全SiC模块的定制化供应商，值得引起我们更多关注。2019年以来，意法半导体为了确保能够晶圆供给量并补充内部产能缺口，满足未来几年客户在汽车和工业项目产物方面的强劲增长的需求，短短一年内，与上游SiC材料公司签订的供货协议高达6.2亿美元。我们来简单的计算一下：每一辆特斯拉model 3中总共需要24个sic模块（平均每个模块包含2个sic mos），1片6英寸SiC晶圆能提供72个sic模块（即144个sic mos），即1片6英寸SiC晶满足3辆全sic模块新能源汽车的需求。意法半导体第一次协议中锁定的25万片晶圆，能够满足类似特斯拉model 3车型共75万台的使用需求。根据特斯拉的销售数据，其2019年新能源汽车产能（即销量）共计36.8万台，其中model 3车型30万台。而随着特斯拉中国超级工厂的建成，将会提升其产能至50万台/年，并逐年增加。因此意法半导体第一次锁定的25万片晶圆，哪怕全部供货给特斯拉，也只需要不到一年半的时间即可消耗。提前锁定1～2年的货源属于公司正常行为，那么意法半导体在一年之内连续追加货源锁定协议，意欲何为？原因只有一个——意法半导体明确意识到，除了特斯拉，其他的车公司同样有能力或者希望在新能源汽车中尝试全sic模块，这种需求势必引起一波抢购热潮。下游公司试错机会增加，想要就能有！目前下游应用车企中仅有特斯拉使用全sic模块，不是因为sic不好，一开始的原因是其成本过高，且普通的车厂技术也不到位，所以这种新技术还无法渗透到大众车型中去。但随着技术和产业化程度的不断提升，成本问题已经屈居第二了（2019年中，单个器件价格已经达到公司甜蜜点），最主要的原因在于批量化程度达不到需求，类似于意法半导体这种公司供货首先只会提供给市场份额稳定的下游大公司，其他车企想要也没有。但是随着上游的扩产，这个问题很快会得到解决。几乎所有汽车制造商，特别是中国公司，都计划于未来几年在主逆变器中应用SiC电力电子器件。过去两年，一度姐见证了整个行业的变化，也了解了很多公司在这个过程中面临的各种困难和心酸，但一度姐始终保持谨慎而乐观的态度来看待整个行业未来的发展。虽然2020年的开篇看起来困难重重，但与第三代半导体相关的科技领域却有了更多生机，客观环境和市场需求也一定会推动技术、产业继续向前迈进！与父母相处几个月之后，眼看母亲的病情有所好转，杨仁荣再次离家开始奋斗。这一次他不再孤军奋战，父母成了他坚实的后盾，在亲情的加成下，相信杨仁荣能奋斗出属于自己的一片天！