SiC已成汽車(chē)新賣(mài)點(diǎn),未來(lái)5年價(jià)格有望降至IGBT 3倍以?xún)?/h1>
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翠展微電子內部人士認為,“SiC的材料性能比Si基更好,要等它的成本下降到足夠低的時(shí)候才會(huì )普及,我們預計,SiC的成本下降至Si基成本的2倍左右,整個(gè)系統的成本也會(huì )降下來(lái)?!?/p>
作者|Andy 校對|日新
集微網(wǎng)消息,功率器件作為汽車(chē)電動(dòng)化的重要增量器件,近年來(lái)受益下游市場(chǎng)景氣快速增長(cháng),其中,IGBT與SiC分別作為第二代、第三代功率器件的代表,兩者的上車(chē)之爭從未停歇,相比IGBT,SiC在寬禁帶、擊穿電場(chǎng)、熱導率以及工作溫度等方面擁有明顯優(yōu)勢,取代IGBT似乎正成為新趨勢,部分有實(shí)力的主機廠(chǎng)已在同時(shí)布局IGBT與SiC車(chē)型。
不過(guò)SiC也存在一些不足,“單講技術(shù)的話(huà),我們可以在實(shí)驗室研究很先進(jìn)的技術(shù)、很先進(jìn)的材料,但從做生意的角度看,撇開(kāi)成本是沒(méi)法談(SiC)商業(yè)前景及未來(lái)市場(chǎng),成本太高是無(wú)法落地的?!贝湔刮㈦娮觾炔咳耸?,“SiC的材料性能比Si基更好,要等它的成本下降到足夠低的時(shí)候才會(huì )普及,我們預計,SiC的成本下降至Si基成本的2倍左右,整個(gè)SiC電驅系統的價(jià)值才能得到提升?!?/span>SiC上車(chē)提速SiC為第三代半導體代表之一,在寬禁帶、擊穿電場(chǎng)、熱導率以及工作溫度等4大關(guān)鍵指標上較Si基材料具有明顯優(yōu)勢,英飛凌認為,SiC的禁帶比Si大3倍,可轉化為10倍的擊穿電場(chǎng);熱導率也是Si的3倍,支持200℃高溫工作,而Si為150℃,SiC更適于在車(chē)載等惡劣環(huán)境下工作,因此,SiC被認為是功率器件中Si的極佳替代材料。
SiC及Si基材料4大關(guān)鍵性能比較(來(lái)源:英飛凌)據PSIC論壇披露數據,與IGBT相比,SiC器件體積可縮小到IGBT的1/3以上,重量也可減少40%以上,且不同工況下SiC功耗降幅達60%以上。業(yè)內人士認為,IGBT換成SiC可以提高3-8%的逆變器效率,“未來(lái)SiC將會(huì )替代IGBT,這是發(fā)展趨勢?!蓖k妱?dòng)項目總工劉波也表示,采用SiC器件的車(chē)型能獲得3%-5%的續航里程提升。需指出的是,電動(dòng)汽車(chē)的快充以及長(cháng)續航需求也在推進(jìn)SiC器件加快發(fā)展。補能時(shí)間長(cháng)、里程焦慮仍是目前影響電動(dòng)車(chē)消費的因素之一,由于IGBT耐壓能力相對有限,主流快充平臺電壓多為400V,要實(shí)現更短時(shí)間完成補能,800V、1200V充電平臺已成為新的研究與應用方向,而SiC更強的耐壓能力,正讓其成為未來(lái)高壓充電平臺的新選擇。市場(chǎng)分析咨詢(xún)機構Yole認為,在電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)的強勁驅動(dòng)下,未來(lái)幾年SiC市場(chǎng)呈現高增長(cháng)趨勢,SiC器件市場(chǎng)規模也將從2021年的10億美元增長(cháng)至2027年的70億美元,并帶動(dòng)SiC產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)迎來(lái)營(yíng)收的高增長(cháng)期。據了解,目前已有特斯拉Model 3、比亞迪漢、蔚來(lái)ES7/ET7/ET5、小鵬G9、Smart精靈、五菱凱捷混合動(dòng)力版和五菱星辰混動(dòng)版等車(chē)型在使用或嘗試采用SiC器件,在逆變器、車(chē)載充電機(OBC)、DC/DC轉換器等部件中得到應用。三安光電副總經(jīng)理陳東坡認為,2023年-2024年,長(cháng)續航里程車(chē)型基本都會(huì )導入SiC器件,滲透率或將達40%。受益市場(chǎng)景氣驅動(dòng),國內SiC產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)近年來(lái)不斷加大技術(shù)及市場(chǎng)布局,進(jìn)入2022年以來(lái),SiC領(lǐng)域相關(guān)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)明顯增多,其中,環(huán)旭電子SiC逆變器已開(kāi)始量產(chǎn)出貨;威睿電動(dòng)所發(fā)布的200kW SiC電驅動(dòng)總成已于6月21日下線(xiàn);比亞迪半導體推出全新1200V 1040A SiC功率模塊;芯塔電子完成數千萬(wàn)元天使輪融資,發(fā)力車(chē)規級SiC MOSFET國產(chǎn)化;芯粵能加快推進(jìn)24萬(wàn)片6英寸和24萬(wàn)片8英寸SiC晶圓芯片項目,預計明年5月底投產(chǎn);主攻動(dòng)力電池的寧德時(shí)代也以投資重投天科的方式進(jìn)入SiC領(lǐng)域;華潤微、三安光電、斯達半導、欣銳科技、東尼電子、新潔能等企業(yè)同樣在加快SiC相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品儲備。
成本過(guò)高仍是最大阻力事實(shí)上,SiC在半導體領(lǐng)域的應用可追溯到上世紀中葉,而Cree自1987年成立以來(lái),一直在推動(dòng)SiC功率器件技術(shù)的發(fā)展,但相較Si基產(chǎn)品來(lái)說(shuō),SiC發(fā)展始終較為緩慢。Si基是目前半導體領(lǐng)域成熟且高效的材料,擁有成熟的商業(yè)環(huán)境以及齊全的產(chǎn)業(yè)配套,帶來(lái)了較低的使用成本。有研硅招股書(shū)顯示,2021年6英寸、8英寸Si基拋光片的價(jià)格大約分別為89元/片、210元/片;而SiC襯底價(jià)格高昂,Wolfspeed等多方機構數據顯示,4吋SiC襯底的價(jià)格在2000-3000元/片,6吋價(jià)格則在6000元-8000元/片,相同尺寸下,SiC襯底的價(jià)格是Si基拋光片的30倍,且全球約7成SiC襯底產(chǎn)能掌控在Cree手中。即便單片SiC襯底可以制造更多芯片,但生產(chǎn)為成品后,SiC器件的價(jià)格也比IGBT高出很多,業(yè)內人士表示,“SiC MOSFET價(jià)格是同級別IGBT的8倍以上,成本過(guò)高,是造成SiC推廣難的重要原因?!贝湔刮㈦娮觾炔咳耸恳渤窒嗤^(guān)點(diǎn),其認為,“單講技術(shù)的話(huà),我們可以在實(shí)驗室研究很先進(jìn)的技術(shù)、很先進(jìn)的材料,但從做生意的角度看,撇開(kāi)成本是沒(méi)法談(SiC)商業(yè)前景及未來(lái)市場(chǎng),成本太高是無(wú)法落地的?!?/span>公開(kāi)資料顯示,目前純電動(dòng)汽車(chē)中,電池成本最高,約占整車(chē)成本的40%;其次為IGBT,成本占比約為8%,如果全部采用SiC材料,單車(chē)的功率器件成本將與電池相當,“這對主機廠(chǎng)來(lái)說(shuō),是很難承受的成本壓力?!睒I(yè)內人士表示。翠展微電子內部人士進(jìn)一步分析認為,“SiC不適于所有車(chē)型,對長(cháng)續航的中高端車(chē)型來(lái)說(shuō),SiC有上車(chē)機會(huì ),目前選配SiC器件的車(chē)型,基本都是25萬(wàn)元以上的汽車(chē),大部分價(jià)格在40萬(wàn)元左右。部分A級國產(chǎn)車(chē)為了增加賣(mài)點(diǎn)也會(huì )選用SiC上車(chē)。而在A(yíng)00、A0等車(chē)型上,幾乎不會(huì )選用SiC,而是選用IGBT?!?/span>據了解,即便是使用IGBT,主機廠(chǎng)也在極盡所能壓縮成本,五菱宏光MINI EV作為A00級新能源汽車(chē)代表,主打高性?xún)r(jià)比,日本名古屋大學(xué)一份拆解報告顯示,為了降低IGBT成本支出,該車(chē)省去了動(dòng)能回收裝置,以此減少I(mǎi)GBT使用量,同時(shí)采用的是工業(yè)級IGBT,而非車(chē)規級產(chǎn)品;并在散熱裝置上采用風(fēng)冷而非主流的水冷方案,從而降低整車(chē)IGBT使用成本。顯然,對經(jīng)濟車(chē)型來(lái)說(shuō),并不適于選用成本高昂的SiC器件,即便是中高端車(chē)型,也并非全車(chē)選用SiC,而是部分選用,業(yè)內專(zhuān)家也表示,“不能簡(jiǎn)單地認為SiC比IGBT更高級,兩者是并存的關(guān)系,SiC取代IGBT取決于成本結構,這需要一個(gè)過(guò)程?!?/span>未來(lái)隨著(zhù)成本持續下降,翠展微電子內部人士認為,“SiC的材料性能比Si基更好,要等它的成本下降到足夠低的時(shí)候才會(huì )普及,我們預計,SiC的成本下降至Si基成本的2倍左右,整個(gè)SiC電驅系統的價(jià)值才能得到提升?!睋私?,2016年SiC單管市場(chǎng)價(jià)格約為110元/顆,目前已下降至約50元/顆,業(yè)內人士表示,“根據過(guò)去幾年的價(jià)格趨勢,SiC大概需要5年價(jià)格會(huì )下降一半;后續產(chǎn)能上來(lái),這個(gè)價(jià)格降幅會(huì )加快,預計還需要4-5年的時(shí)間,相同規格的SiC價(jià)格可以降到IGBT的3倍以?xún)??!?/span>
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翠展微電子內部人士認為,“SiC的材料性能比Si基更好,要等它的成本下降到足夠低的時(shí)候才會(huì )普及,我們預計,SiC的成本下降至Si基成本的2倍左右,整個(gè)系統的成本也會(huì )降下來(lái)?!?/p>
作者|Andy 校對|日新
不過(guò)SiC也存在一些不足,“單講技術(shù)的話(huà),我們可以在實(shí)驗室研究很先進(jìn)的技術(shù)、很先進(jìn)的材料,但從做生意的角度看,撇開(kāi)成本是沒(méi)法談(SiC)商業(yè)前景及未來(lái)市場(chǎng),成本太高是無(wú)法落地的?!贝湔刮㈦娮觾炔咳耸?,“SiC的材料性能比Si基更好,要等它的成本下降到足夠低的時(shí)候才會(huì )普及,我們預計,SiC的成本下降至Si基成本的2倍左右,整個(gè)SiC電驅系統的價(jià)值才能得到提升?!?/span>SiC上車(chē)提速SiC為第三代半導體代表之一,在寬禁帶、擊穿電場(chǎng)、熱導率以及工作溫度等4大關(guān)鍵指標上較Si基材料具有明顯優(yōu)勢,英飛凌認為,SiC的禁帶比Si大3倍,可轉化為10倍的擊穿電場(chǎng);熱導率也是Si的3倍,支持200℃高溫工作,而Si為150℃,SiC更適于在車(chē)載等惡劣環(huán)境下工作,因此,SiC被認為是功率器件中Si的極佳替代材料。


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