智能驾驶 | 碳化硅SiC的70%需求源自汽车，大厂靠什么主导市场？
作者： 时间：2024-04-30 16:58:03 阅读：184
新能源车与内燃机汽车的总拥有成本在不断拉近，并且许多国家为实现净零目标而采取监管行动，因此，新能源车在全球范围内持续受到关注，这一趋势对半导体有利，本文侧重讲述其中的碳化硅（SiC）。
图注：碳化硅SiC在汽车中的应用包括充电逆变系统、电控系统
与硅基器件相比，碳化硅器件常用于电动汽车动力总成，主要为逆变器，也被用于DC-DC转换器、车载充电器，其优势是更高的开关频率、热阻和击穿电压。根据机构麦肯锡的数据，碳化硅器件目前市场规模约20亿美元，预计到2030年将达到110亿-140亿美元，复合年增长率估计为26%。新能源车销售激增、碳化硅在汽车逆变器中进一步普及，预计碳化硅70%的需求将源自新能源车。其中，中国是新能源车需求最高的国家，预计将占汽车碳化硅总需求的40%左右。细分来看，800V纯电车的动力总成最有可能使用基于碳化硅的逆变器，预计到2030年，纯电车预计将占新能源车产量的75%（高于2022年的50%），而混合动力、插电车将各占25%。到2030年，800V动力总成的市场渗透率将超过50%（高于2022年的不到5%）。可以说碳化硅在新能源车领域的前景较好。新能源车向800V平台的过渡导致对SiC器件需求增加，再加上供应链和政经环境在发生变化，汽车OEM对基于碳化硅的逆变器、碳化硅芯片采用多种采购模式。这种转变造就了碳化硅制造商和汽车OEM之间合作关系多样化，包括长期供应协议、战略和开发合作伙伴关系，甚至包括制造设施的共同投资和合资协议。
图注：在逆变器的设计中，汽车OEM开始参与碳化硅的采购。
麦肯锡调查分析显示，18家汽车整车厂占2030年纯电动汽车销量的75%以上，其中，12家整车厂（占2030年纯电动汽车销量的60%以上）已经宣布与碳化硅制造商建立2个或更多合作伙伴关系。此外，5家整车厂（约占纯电动汽车销量的15%）宣布与1家碳化硅厂商合作，只有1家整车厂（约占纯电动汽车销量的2%）没有与碳化硅厂商合作。虽然这种分析仅限于已公开的合作伙伴关系，但汽车OEM通过非独家合作伙伴关系实现多元化、确保其供应链安全的趋势明显。
目前的碳化硅制造商高度集中，碳化硅晶圆、器件的前2家制造商控制着约55%至75%的碳化硅市场份额。图注：2022年，碳化硅晶圆和器件市场的前2名厂商控制着55%-75%的市场份额。碳化硅晶圆和器件制造的垂直整合可以提高良率5到10个百分点，利润率提高10到15个百分点。部分原因在于产量损失降低、消除了工艺中每个步骤的利润堆积。通过更好地控制设计、晶圆和器件制造之间的闭环反馈，实现更快的良率提升。图注：碳化硅采用晶圆和器件垂直整合的模式，可以显著提高利润和良率。从战略上讲，垂直整合的碳化硅制造商还可以为汽车OEM保障供应。领先的碳化硅制造商通过并购和合作伙伴关系向垂直整合发展，在晶圆材料制造方面增加上游产能，包括意法半导体收购Norstel、安森美收购GT Advanced Technologies（GTAT）以及罗姆半导体收购SiCrystal等，这些收购表明了对垂直整合的运营、财务和战略利益的信心。过渡到8英寸晶圆，有利于获取利润和市场优势预计碳化硅将从6英寸晶圆过渡到8英寸晶圆，2024年或2025年8英寸晶圆的应用规模开始扩大，到2030年市场渗透率将达到50%。一旦克服了技术挑战，8英寸晶圆将为制造商提供毛利率优势，这些技术挑战包括损耗降低、自动化水平提高，以及利用旧设备的能力。麦肯锡认为，这种转型的毛利率收益约为5至10个百分点，具体取决于垂直整合的水平。美国碳化硅8英寸晶圆的量产预计将于2024年和2025年开始，届时行业领先的制造商将提升产能，应对来自中端电动汽车OEM的需求和价格压力，以及通过转换为8英寸碳化硅晶圆制造的成本控制。与6英寸晶圆相比，8英寸晶圆由于良率较低，其基板每平方英寸仍然相对昂贵。然而，由于工艺良率的提高和新型晶圆技术提高，预计未来10年，这种成本差距将缩小。例如，与传统的多线锯（multiwire saws）晶圆技术相比，激光切割技术有可能使一个单晶晶圆（monocrystalline boule）产生的晶圆数量增加一倍以上；先进的晶圆技术，比如氢分解，可以进一步提高产量等等。在逆变器模块方面，越来越多的汽车OEM更愿意定义模块，而半导体供应商只提供裸芯片。汽车OEM正在加快对碳化硅模块的投资，并与国内封装厂和国际IDM合作，建立技术壁垒。例如，理想汽车已与三安半导体合作，共同建立碳化硅功率模块封装生产线，预计将于2024年投产；蔚来正在开发自己的电机逆变器，并与安森美等碳化硅器件供应商签订了长期供应协议；长城汽车在转型过程中，也将碳化硅技术作为关键战略，他们不仅建立了自己的封装生产线，还投资了碳化硅衬底制造商同光半导体。
越来越多的汽车OEM为800V高压平台量身定制碳化硅模块，本文讲述了这个趋势下，汽车OEM在碳化硅采购上的模式变化，以及碳化硅龙头厂商得以成功的关键。在这个领域，中国汽车OEM开始采购本土碳化硅产品，因为在整个碳化硅价值链，从设备供应到晶圆/器件制造，再到系统集成，中国玩家都在崛起，特别是中国设备供应商已覆盖所有主要设备碳化硅制造步骤。
