領(lǐng)先于智能電源和智能感知技術(shù)的安森美(onsemi)宣布與德國(guó)大眾汽車集團(tuán) (VW)簽署戰(zhàn)略協(xié)議，為大眾汽車集團(tuán)的下一代平臺(tái)系列提供模塊和半導(dǎo)體器件，以實(shí)現(xiàn)完整的電動(dòng)汽車 (EV) 主驅(qū)逆變器解決方案。安森美所提供的半導(dǎo)體將作為整體系統(tǒng)優(yōu)化的一部分，形成能夠支持大眾車型前軸和后軸主驅(qū)逆變器的解決方案。

安森美將首先交付其 EliteSiC 1200 V 主驅(qū)逆變器電源模塊，作為協(xié)議的一部分。EliteSiC 電源模塊具備引腳兼容特性，可輕松地將解決方案擴(kuò)展到不同的功率級(jí)別和多種電機(jī)。在過(guò)去的一年多里，兩家公司的團(tuán)隊(duì)攜手合作優(yōu)化下一代平臺(tái)的電源模塊，開(kāi)發(fā)和評(píng)估預(yù)生產(chǎn)樣品。

在汽車電動(dòng)化的驅(qū)動(dòng)下，電力電子器件可謂是量?jī)r(jià)齊升。而電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了以晶閘管為核心的第一階段、以MOSFET和IGBT為代表的第二階段，現(xiàn)在正在進(jìn)入以寬禁帶半導(dǎo)體器件為核心的新發(fā)展階段。

汽車所引爆的SiC需求正在急劇增長(zhǎng)，根據(jù)投資銀行Canaccord Genuity預(yù)計(jì)，碳化硅晶圓產(chǎn)能將從2021年的12.5萬(wàn)片6英寸晶圓增加到2030年的超過(guò)400萬(wàn)片6英寸當(dāng)量晶圓，來(lái)滿足電動(dòng)汽車市場(chǎng)的需求。800V SiC已經(jīng)從2021年開(kāi)始就逐漸在市場(chǎng)滲透。SiC功率元件作為各家電動(dòng)汽車性能致勝的一大依賴技術(shù)，整車廠們無(wú)不在爭(zhēng)相綁定未來(lái)幾年的SiC供應(yīng)?？v觀整個(gè)SiC芯片市場(chǎng)，主要的碳化硅芯片制造商包括英飛凌、安森美、羅姆、意法半導(dǎo)體（STM）和Wolfspeed，無(wú)疑，這些SiC芯片供應(yīng)商正成為車企爭(zhēng)相綁定的“寵兒”。


01 EV的優(yōu)勢(shì)

新一代電力電子器件也同時(shí)在推動(dòng)MOSFET和IGBT的發(fā)展，這也帶動(dòng)SiC和GaN等寬禁帶半導(dǎo)體的日益普及。電動(dòng)汽車則成為了SiC的核心應(yīng)用場(chǎng)景。

EV是Electric Vehicle的縮寫(xiě)，也稱為“電動(dòng)汽車”。最初是電力驅(qū)動(dòng)的交通工具的總稱，但一般情況下僅指汽車。

EV主要有四大元素：將家用交流電源（AC）轉(zhuǎn)換為直流電源（DC）的車載充電器，存儲(chǔ)充電電量用的電池，控制來(lái)自電池的電力并將其輸送至電機(jī)的逆變器，將接收到的電力轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的電機(jī)。

傳統(tǒng)的汽車大多數(shù)配備發(fā)動(dòng)機(jī)，利用燃燒燃料產(chǎn)生的能量來(lái)行駛。而EV則使用電力和電機(jī)來(lái)代替發(fā)動(dòng)機(jī)。


EV的優(yōu)勢(shì)：

1、燃料成本低

EV使用電力代替汽油。在夜間充電電費(fèi)更便宜，因此利用夜間充電可以使電費(fèi)低于燃油費(fèi)。


2、環(huán)保

在汽車中，EV被歸類為對(duì)地球環(huán)境友好的“新一代環(huán)保汽車”之一。由于它不排放任何含有二氧化碳和大氣污染物質(zhì)的廢氣，因而有助于防止全球變暖。


02 SiC功率元器件是EV的關(guān)鍵

EV的銷量與日俱增，但要想在未來(lái)更加普及，需要解決如何有效使用電力的問(wèn)題，就是用Si（硅）和C（碳）化合后的SiC（碳化硅）制造而成的“SiC功率元器件”。

SiC功率元器件是非常適合“有效轉(zhuǎn)換功率”的電子產(chǎn)品，可用于EV的車載充電器和電池逆變器中。SiC器件要比Si器件有著更低的導(dǎo)通損耗、更高的工作頻率和更高的工作電壓等等。

考慮到未來(lái)電動(dòng)車需要更長(zhǎng)的行駛里程、更短的充電時(shí)間和更高的電池容量，在車用半導(dǎo)體中，SiC將會(huì)是未來(lái)趨勢(shì)，SiC 器件在 EV/HEV 上的應(yīng)用主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載DC/DC）、電動(dòng)汽車車載充電系統(tǒng)（OBC）及非車載充電樁等方面。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為新能源汽車的“心臟”，直接影響到整車的能源效率、續(xù)航里程等。對(duì)新能源汽車整車使用性能具有較大影響。

在當(dāng)前集成化趨勢(shì)下，電機(jī)+減速器+逆變器集成的“三合一”電驅(qū)動(dòng)模塊將成為市場(chǎng)主流。電驅(qū)動(dòng)集成系統(tǒng)將加速SiC器件在電動(dòng)汽車中的量產(chǎn)落地。

盡管碳化硅器件成本較高，但它推進(jìn)了電池成本的下降和續(xù)航里程的提升，降低了單車成本，無(wú)疑是新能源汽車最佳選擇。其中，SiC SBD、SiC MOSFET 器件主要應(yīng)用于OBC 與DC/DC，SiC MOSFET主要用于電驅(qū)動(dòng)。



03 Wolfspeed的SiC汽車朋友圈：

奔馳、路虎、Lucid Motors、通用、大眾

曾幾何時(shí)，“Wolfspeed”只是Cree中最小的一部分業(yè)務(wù)，Cree的主要業(yè)務(wù)為L(zhǎng)ED和照明，2017財(cái)年Cree的在SiC領(lǐng)域的收入僅為 2.2億美元，而照明的收入約為7億美元，LED 5.5 億。此后的5年，由于汽車、光伏等對(duì)SiC這一技術(shù)的需求發(fā)展和對(duì)SiC的專注，Wolfspeed已經(jīng)從曾經(jīng)的丑小鴨搖身一變?yōu)槊利惖陌滋禊Z。

Wolfspeed是第一家在2011年發(fā)布具有商業(yè)資格的SiC MOSFET的公司。目前Wolfspeed 在SiC這個(gè)利基市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，市場(chǎng)份額為60%。Wolfspeed還擁有世界上最大的碳化硅制造工廠——位于紐約馬西的莫霍克谷工廠，該工廠于 2022年4月開(kāi)業(yè)。強(qiáng)大的SiC能力和地位使得Wolfspeed收獲了一眾車廠的青睞。

2023年1月4日，Wolfspeed宣布將為未來(lái)的梅賽德斯-奔馳電動(dòng)汽車 (EV) 平臺(tái)提供碳化硅器件，從而提高動(dòng)力系統(tǒng)的效率。Wolfspeed 的半導(dǎo)體將被整合到梅賽德斯-奔馳多款車型的下一代動(dòng)力總成系統(tǒng)中。

2022年10月31日，捷豹路虎和Wolfspeed宣布建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，為下一代電動(dòng)汽車提供碳化硅半導(dǎo)體用于車輛的逆變器，管理從電池到電動(dòng)機(jī)的電力傳輸。首批采用這種先進(jìn)技術(shù)的路虎攬勝汽車將于 2024 年上市，而全新的全電動(dòng)捷豹品牌將于次年上市。

2022年4月25日，美國(guó)豪華電動(dòng)車初創(chuàng)車廠Lucid Motors與Wolfspeed簽訂了多年協(xié)議，由Wolfspeed生產(chǎn)和供應(yīng)碳化硅器件。Lucid Air的逆變器采用Wolfspeed的XM3碳化硅電源模塊。XM3電源模塊具有低開(kāi)關(guān)損耗、最小電阻和高功率密度，有助于提高 Lucid 163 磅、670 馬力（74 千克 500 千瓦）電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度。

Wolfspeed的汽車級(jí)1200V碳化硅XM3半橋電源模塊（圖源：Wolfspeed）

2021年10月4日，通用汽車和Wolfspeed宣布了一項(xiàng)戰(zhàn)略供應(yīng)商協(xié)議，Wolfspeed將為通用汽車未來(lái)的電動(dòng)汽車項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和提供碳化硅功率器件解決方案。碳化硅將專門(mén)用于通用汽車下一代電動(dòng)汽車Ultium Drive單元中包含的集成電力電子設(shè)備。

2019年5月14日，彼時(shí)還叫Cree的Wolfspeed就被選為大眾汽車集團(tuán)“未來(lái)汽車供應(yīng)軌道”計(jì)劃 (FAST) 的獨(dú)家碳化硅合作伙伴。大眾汽車集團(tuán)和Cree將與一級(jí)供應(yīng)商和功率模塊供應(yīng)商合作，為大眾汽車集團(tuán)未來(lái)的車輛設(shè)計(jì)基于碳化硅的解決方案。


04 ST的汽車朋友圈：特斯拉、雷諾、現(xiàn)代

眾所周知，特斯拉是引爆SiC市場(chǎng)的第一人，彼時(shí)特斯拉就是從ST采購(gòu)的SiC功率芯片。不過(guò)據(jù)多個(gè)機(jī)構(gòu)的猜測(cè)，特斯拉好像有其他潛在客戶。近幾年，隨著ST的不斷發(fā)展壯大，尤其是收購(gòu)了SiC襯底供應(yīng)商N(yùn)orstel以來(lái)，ST正在攬貨更多整車廠的長(zhǎng)約。

2022年10月5日，意法半導(dǎo)體宣布將在意大利建立綜合碳化硅基板制造工廠，SiC襯底制造設(shè)施與現(xiàn)有的SiC器件制造設(shè)施一起建在意法半導(dǎo)體位于意大利卡塔尼亞的工廠，將成為歐洲第一家量產(chǎn)150mm SiC外延襯底的工廠，將生產(chǎn)流程中的所有步驟整合在一起。ST希望到2024年實(shí)現(xiàn)40%的內(nèi)部襯底采購(gòu)，而此SiC的垂直整合策略將是很大的一個(gè)助推劑。

而且ST正在擴(kuò)增SiC產(chǎn)能，2022年ST資本支出金額為35.2億美元，今年預(yù)估年增13.6%至40億美元，主要用于提升其 300 毫米晶圓制造和碳化硅制造能力。

2022年12月14日，意法半導(dǎo)體發(fā)布了可提高電動(dòng)汽車性能和續(xù)航里程的大功率模塊。意法半導(dǎo)體的新碳化硅功率模塊已用在現(xiàn)代汽車公司的 E-GMP電動(dòng)汽車平臺(tái)，以及共享該平臺(tái)的起亞 EV6 等多款車型。

2021年6月25日，雷諾集團(tuán)和意法半導(dǎo)體宣布在電力電子領(lǐng)域達(dá)成戰(zhàn)略合作，兩家公司將根據(jù)對(duì)雷諾集團(tuán)對(duì)碳化硅 (SiC) 器件、氮化鎵 (GaN) 晶體管以及相關(guān)封裝和模塊的技術(shù)需求的了解，合作開(kāi)發(fā)高效、尺寸合適的模塊化組件。ST將確保在2026-2030年滿足雷諾的寬禁帶（第三代半導(dǎo)體）器件產(chǎn)量需求。


05 英飛凌：Stellantis、上汽

英飛凌目前正在積極擴(kuò)大其SiC制造能力，到2027年，英飛凌的SiC制造能力即將增長(zhǎng)十倍，其目標(biāo)是在本十年末達(dá)到30%的市場(chǎng)份額。

2022年11月14日，英飛凌與全球汽車制造商Stellantis簽署了一份不具約束力的諒解備忘錄，英飛凌將在下半年保留制造能力并向Stellantis的Tier 1供應(yīng) CoolSiC?裸片芯片。潛在采購(gòu)量和產(chǎn)能儲(chǔ)備的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) 10 億歐元。

2018年3月，上汽和英飛凌成立合資企業(yè)上汽英飛凌汽車功率半導(dǎo)體（上海）有限公司。此后也有外媒報(bào)道，上汽正在探索如何確保其碳化硅芯片供應(yīng)途徑，包括與零組件制造商組建合資企業(yè)。


06 羅姆：本田、Lucid、馬自達(dá)

羅姆在SiC領(lǐng)域的研究很早，2010年羅姆是全球率先量產(chǎn)SiC MOSFET、2012年率先推出全SiC功率模塊、2015年溝槽型 SiC MOSFET（第三代）的供應(yīng)商。2020 年，ROHM 完成了其最新（第4代）SiC MOSFET 的開(kāi)發(fā)。

2022年12月14日，羅姆宣布將聯(lián)手日立Astemo，為本田等車企供應(yīng)SiC MOSFET。日立 Astemo的逆變器計(jì)劃從2025年開(kāi)始供應(yīng)新能源汽車市場(chǎng)，而首批產(chǎn)品大概率是供應(yīng)本田汽車。

2022年11月12日，ROHM、馬自達(dá)和Imasen簽署聯(lián)合協(xié)議，開(kāi)發(fā)使用 ROHM SiC 功率模塊的 e-Axle 逆變器。通過(guò)此次合作，ROHM 將通過(guò)從成品車逆向研究功率半導(dǎo)體所需的性能和最佳驅(qū)動(dòng)方法，開(kāi)發(fā)出更具競(jìng)爭(zhēng)力的 SiC MOSFET 和模塊。

2022年3月8日，先進(jìn)豪華電動(dòng)汽車公司Lucid選擇了ROHM的SiC MOSFET。其第一款汽車 Lucid Air 采用了ROHM的SCT3040K和SCT3080K，幫助Lucid 縮小了設(shè)計(jì)尺寸并降低了功率損耗，從而實(shí)現(xiàn)了高充電效率。


07 安森美：特斯拉、蔚來(lái)、現(xiàn)代、奔馳和大眾

安森美擁有19個(gè)晶圓制造和封裝制造基地，收購(gòu)了SiC襯底供應(yīng)商GTAT之后更是底氣很足，安森美迅速成長(zhǎng)為全球少有的具備垂直整合的SiC供應(yīng)鏈的廠商，包括批量SiC晶錠生長(zhǎng)、襯底、外延、器件制造、一流的集成模塊和分立封裝解決方案。安森美也在全球范圍內(nèi)提高碳化硅產(chǎn)量的投資。包括特斯拉、蔚來(lái)、現(xiàn)代、奔馳和大眾等都是安森美的客戶。

2023年1月26日，安森美宣布與德國(guó)大眾汽車公司(VW)簽署戰(zhàn)略協(xié)議，提供模塊和半導(dǎo)體。一年多來(lái)，兩家公司的團(tuán)隊(duì)一直在合作優(yōu)化下一代平臺(tái)的電源模塊，并正在開(kāi)發(fā)和評(píng)估預(yù)生產(chǎn)樣品。據(jù)悉，安森美將首先交付其 EliteSiC 1200 V 牽引逆變器電源模塊。

2023年1月5日，安森美宣布其EliteSiC系列碳化硅功率模塊已被起亞（Kia Corporation）選中用于EV6 GT車型，在該電動(dòng)汽車的主驅(qū)逆變器中，EliteSiC功率模塊實(shí)現(xiàn)了從電池的直流800V到后軸交流驅(qū)動(dòng)的高效電源轉(zhuǎn)換。安森美表示會(huì)繼續(xù)與現(xiàn)代起亞汽車集團(tuán)合作，將EliteSiC技術(shù)用于其即將推出的基于電動(dòng)化全球模塊型平臺(tái)（E-GMP）的高性能電動(dòng)汽車。

2022年11月16日，安森美宣布梅賽德斯-奔馳在其主驅(qū)逆變器中采用安森美的SiC技術(shù)，這是兩家公司戰(zhàn)略合作的一部分。安森美的VE-Trac SiC模塊提高了梅賽德斯-奔馳純電動(dòng)汽車VISION EQXX主驅(qū)逆變器的能效并減輕了其重量，使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程增加10%。

2022年5月12日，安森美宣布蔚來(lái)為其下一代電動(dòng)車(EV)選用了安森美的最新VE-TracTM Direct SiC功率模塊。VE-Trac Direct SiC是個(gè)集成的單面直接水冷 (SSDC)功率模塊，采用6組配置，導(dǎo)通電阻低至1.7 mΩ。該平臺(tái)采用了安森美的第二代SiC MOSFET技術(shù)，使性能、能效和質(zhì)量都達(dá)到新的水平。


08 日本電裝與豐田聯(lián)系密切

2003年日本電裝（DENSO）將一直從事車載半導(dǎo)體研究的部門(mén)拆分，成立了全面開(kāi)發(fā)功率半導(dǎo)體的團(tuán)隊(duì)，持續(xù)針對(duì)SiC材料的堅(jiān)韌性和易用性進(jìn)行培育。日本電裝也一直在開(kāi)發(fā)從晶圓到功率模塊的全方位技術(shù)，電裝的SiC技術(shù)稱為“REVOSIC”。

整車方面，豐田跟電裝的合作密切。豐田中央研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和電裝公司從1980年開(kāi)始合作開(kāi)發(fā)SiC半導(dǎo)體材料。2020年4月，電裝和豐田合資成立“MIRISE Technologies”。據(jù)日本電裝介紹，豐田的4款車型LEXUS RZ、bZ4X、MIRAI及Prius均采用了他們的SiC產(chǎn)品。


09 三安光電收獲神秘廠商長(zhǎng)約

除了上述這些SiC芯片大廠之外，國(guó)內(nèi)的SiC企業(yè)也開(kāi)始漸露頭角。2022年11月18日，三安光電發(fā)布公告稱，獲得了一家從事新能源汽車車企38億的合同，并承諾自2024年至2027年確保向湖南三安每年采購(gòu)碳化硅芯片。

在此之前，2022年3月25日，理想汽車（車和家）與三安光電投資成立半導(dǎo)體公司——蘇州斯科半導(dǎo)體，注冊(cè)資本3億元。業(yè)內(nèi)推測(cè)，兩者合資公司未來(lái)將主要從事新能源乘用車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器SiC芯片的研發(fā)。

相信隨著國(guó)內(nèi)車企的快速發(fā)展、大力支持和勇敢試錯(cuò)的情況下，國(guó)內(nèi)SiC芯片供應(yīng)廠商也將占有一席之地。


結(jié)語(yǔ)

汽車市場(chǎng)目前是SiC芯片最大的應(yīng)用領(lǐng)域，SiC憑借優(yōu)良特性成為各大車廠追捧的香餑餑，為了確?？煽抗?yīng)，一家整車廠簽訂多家SiC芯片制造商是行業(yè)普遍現(xiàn)象，預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)有很多車企將與SiC供應(yīng)商進(jìn)行強(qiáng)綁定的合作。而站在SiC芯片供應(yīng)商的角度來(lái)看，在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的市場(chǎng)，雖然SiC的產(chǎn)能一直在擴(kuò)大，但是SiC在質(zhì)量、產(chǎn)量和成本上還有很大的提升空間，誰(shuí)能拿出更優(yōu)良的SiC產(chǎn)品，誰(shuí)就能掌握車企的大單。SiC芯片制造商對(duì)待碳化硅就像對(duì)待下一個(gè)淘金熱。