前景与机遇，罗兰贝格发布碳化硅与电车白皮书

时间： 2024-07-22 来源：SMC（桑德斯微电子公众号）

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近日，全球知名咨询公司罗兰贝格公开了一份关于碳化硅器件与电车行业的白皮书。

碳化硅材料的大规模应用，是电车系统向800V及更高电压过渡的重要里程碑。这一技术转变有望带来更高效的动力传动，提供更卓越的性能、更长的续航里程和更短的充电时间。这三个关键因素让碳化硅更快、更广泛的进入电车市场。

转变: 从400V迈向800V

预计到2030年，每3辆电车中就有一辆配备800V及更高的电压系统。

从目前占市场主导的400V架构向800V+过渡的同时，其中的车规功率器件也将从硅基材料转变为碳化硅。

运用碳化硅技术后，更高的直流母线电平提高了传输效率，缩短了充电时间，并减轻整车重量。SiC MOSFET实现800V+架构，会为电车应用带来显著的复合性能优势，包括续航里程、性能和高温适应性等打开终端市场的关键因素。

▲2022-2030半导体逆变器技术占比 | 图源: Roland Berger

技术转变周期的阵痛

全新的生产工艺，更高的成本

普及运用碳化硅技术有三个阻碍：其一，技术本身尚未完全成熟；其二，生产过程中需要转换到更大的晶圆尺寸（6英寸和8英寸）；这也直接导致了第三个主要阻碍，即高昂的制造成本。

在近期，主要的成本驱动因素将是碳化硅元件制造过程中的良品率。碳化硅元件制造商目前正在通过引入先进的制造技术（如晶圆切割）来减少这些损耗。

▲碳化硅器件产能与价格预测 | 图源: Roland Berger

过往经验引发投资风潮

几年前由结构性失衡引发的半导体供应危机，对于汽车行业来说仍历历在目。为降低碳化硅器件的采购成本，避免碳化硅供应再次短缺的威胁，许多电车制造商和相关产业链供应商已经开始与半导体制造商尝试建立更稳固的战略合作关系，并通过供应链本土化来降低未来风险。

因此，受电车应用需求大量增加及汽车行业投资意愿高涨的刺激，整个半导体行业已经进入一个宏大的投资周期。在2022至2030年期间，至少将有17座以上碳化硅晶圆厂开工建设，并会将全球产能推向超过每月160万片的总体规模。

▲各区域晶圆厂数量预测 | 图源: Roland Berger

这一投资浪潮遍布全球多个地区，也间接印证了近年来讨论的去全球化理论。在某种程度上，这是对半导体危机和更广泛的不确定性的一种自然反应。而另一个原因则来自全球监管机构目前对宽带隙电子元件的密切关注。

从过往稀缺到短暂过剩

电车销量的激进预测曾促使碳化硅产能大幅增加，但目前电车销量已进入增长乏力的阶段。对于制造商来说，创建和维持盈利的电车业务仍然充满挑战。

为应对当前的市场放缓，中期电车需求预期已经下调，使预测增长曲线向后推移了三至五年。同时，这也将影响碳化硅半导体器件的需求。

▲碳化硅器件总体仍呈上升态势 | 图源: Roland Berger

然而业界普遍认为，这只是碳化硅需求的短期下滑，虽会带来短暂不确定性，但不会对全球碳化硅生产能力的宏观部署产生重大影响。

从长远来看，目前预测的由于电车所引起的产能过剩阶段会十分短暂。

此外，全球碳化硅需求与汽车行业需求之间的不匹配将是昙花一现。随着碳化硅制造能力的提升，其它行业将迅速填补这一缺口。事实上，除汽车外，碳化硅器件还适用于任何需要高效率、高功率、低成本的应用领域。

▲碳化硅器件在各领域的占比预测 | 图源: Roland Berger

相关车企应如何应对

随着汽车行业对碳化硅的需求短暂下降，原始设备制造商迎来了建立或加强与半导体供应商合作的难得机遇。

现在，电车相关企业与半导体供应商建立关系并开展更紧密合作的时机已经成熟，无论是以采购承诺亦或联合研发的形式。

此外，从不同地区的供应商进行多样化采购，将使电车厂商有能力打造更本土化的碳化硅供应链，从而提高供应链弹性并降低风险。

▲图源: Roland Berger

SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。2015年，SMC布局碳化硅产品的设计、研发与制造，并推出了一系列节能可靠、高性价比的大功率碳化硅产品器件，可广泛运用于包括新能源汽车、光伏、储能、电源等各个领域。

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