6月15日，由江蘇無錫錫山經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會和InSemi Research主辦的“2023碳化硅功率器件應(yīng)用及測試技術(shù)大會”正式開幕。此次會議聚集了國內(nèi)知名碳化硅企業(yè)，現(xiàn)場觀點迸發(fā)，立足當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展，共話未來的機遇與挑戰(zhàn)。
江蘇省半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會秘書長秦舒指出，江蘇省是我國集成電路產(chǎn)業(yè)的重鎮(zhèn)，也是集成電路產(chǎn)業(yè)大省，截至目前，已完成芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測試、專用設(shè)備，核心零部件及關(guān)鍵材料的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，且10多年來產(chǎn)業(yè)規(guī)模一直穩(wěn)居全國第一。
江蘇省內(nèi)又屬無錫為關(guān)鍵一環(huán)?；厮輾v史，無錫在我國集成電路發(fā)展過程中起到了舉足輕重的作用，因此有著集成電路的“黃埔軍校”之稱。近年來，隨著華鋒半導(dǎo)體、中環(huán)半導(dǎo)體、海力士二代等重大項目的引進和建設(shè)，無錫集成電路產(chǎn)業(yè)再創(chuàng)新高，去年總產(chǎn)值突破2000億元。現(xiàn)已建成完整覆蓋集成電路各環(huán)節(jié)的高精技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群，與此同時，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也已初具規(guī)模。
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華大半導(dǎo)體戰(zhàn)略規(guī)劃部總經(jīng)理王輝在《中國碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)》的主題演講中指出，新能源汽車對里程的焦慮和雙碳目標的實現(xiàn)，使得硅在功率上的性能被壓榨到了極致。所以行業(yè)一直在探討，要如何進一步提升功率轉(zhuǎn)化，還有整個器件性能的提升。眼下，用新的材料替代成了一個主流思路。
從應(yīng)用場景看，碳化硅最大的發(fā)展窗口在于新能源汽車市場領(lǐng)域。“所以對碳化硅從業(yè)者來說，‘得汽車得天下’。”王輝表示，如果一家碳化硅企業(yè)沒有抓住汽車產(chǎn)業(yè)變革的爆發(fā)式窗口期，在碳化硅這個事情上就不一定能持續(xù)下去。從目前整個行業(yè)的發(fā)展來看，碳化硅在車載OBC、DCDC上都已投入使用，同時特斯拉、比亞迪等車企也在大規(guī)模應(yīng)用碳化硅器件。而一些尚處于開發(fā)中的車型，比如中高端車型會至少打造一套碳化硅動力平臺作為備份。據(jù)華大半導(dǎo)體預(yù)計，整個行業(yè)會在今年或者明年爆發(fā)。
盡管如此，碳化硅要完全取代硅還需要相當長的時間。王輝認為，碳化硅技術(shù)處于快速發(fā)展期，但整體應(yīng)用仍受限于良率、成本、特性。在短時間內(nèi)，碳化硅不會進入到硅的某些應(yīng)用領(lǐng)域。包括在兩者重合比較多的領(lǐng)域里，滲透率也將是逐步的。
“碳化硅很貴”幾乎是行業(yè)共識。但據(jù)王輝透露，國內(nèi)做碳化硅的公司仍面臨著盈利問題，其根本原因是襯底和外延的良率不高。而整個碳化硅襯底環(huán)節(jié)還有兩個問題需要面對，“一是，有效產(chǎn)能和規(guī)劃產(chǎn)能窗口期的錯位。現(xiàn)在碳化硅襯底材料缺貨非常厲害，大家都在拼命擴產(chǎn)，擴完以后是否能和市場需求相吻合？二是，整個碳化硅產(chǎn)業(yè)有可能在未來5年內(nèi)向8寸遷移，我們現(xiàn)在投資，包括技術(shù)的迭代能不能趕上窗口期？”此外，王輝也提到，碳化硅產(chǎn)業(yè)只有協(xié)同創(chuàng)新才能把整個成本降下去。
蘇州匯川聯(lián)合動力有限公司高級產(chǎn)品經(jīng)理周長國也談到了降本問題。他表示，降本將成為整個新能源汽車行業(yè)的主旋律。從整車維度看降本體現(xiàn)在三方面，一是，繼續(xù)壓低零部件采購價格。零部件的采購價格最核心的有兩個，電池和電驅(qū)動。動力電池的價格主要受到原材料的影響，對于OEM來說，想要壓電池的價格和成本非常困難。所以也就出現(xiàn)了一種現(xiàn)象，整車廠帶著現(xiàn)金去預(yù)定電池，反而在電驅(qū)動這里，都是7、8家廠商競標一個項目，結(jié)果就是不斷擠壓毛利。
二是，推動技術(shù)降本，以電驅(qū)來說，主要包括電機和電控。電機的主要發(fā)展方向是高速、油冷，成本大概會有15%的降幅；另外是深度集成，成本也會達到10%～15%的降幅。三是，OEM自建供應(yīng)鏈，可以更好地掌握關(guān)鍵技術(shù)并控制成本，同時也可以幫助OEM與供應(yīng)商進行價格談判和博弈，其中電驅(qū)尤為明顯，未來電驅(qū)的成本價格會持續(xù)下降。
不過，周長國表示，目前OEM對于整個電驅(qū)的降本需求期望是年降10%，實際上因為電驅(qū)行業(yè)的惡性競爭，企業(yè)可以承受的空間最多只有3%的年降空間，這之間還會存在巨大的缺口。
BelGaN BV CEO 周貞宏發(fā)表了以《國際SiC產(chǎn)業(yè)投資趨勢和挑戰(zhàn)》為主題的演講。他回憶稱，在2015、2016年投碳化硅產(chǎn)業(yè)的時候，所有的公司都非常苦，因為沒有人投，也不知道這個市場哪一天才會爆發(fā)。雖然碳化硅不是一個新事物，但早前的應(yīng)用市場規(guī)模相當有限。
從特斯拉Model3開始采用后，碳化硅正式迎來了快速上車期。最早特斯拉Model3里有24顆碳化硅芯片，雖然單價比IGBT貴，但是碳化硅由于可以把逆變器做得更小，節(jié)省了外圍電路、電感，機械件，進而可以在整個系統(tǒng)層面把成本做到更低。所以整個碳化硅產(chǎn)業(yè)在2018、2019年呈現(xiàn)出缺貨狀態(tài)，也促成了全國多樁并購，包括材料、切割、器件領(lǐng)域都出現(xiàn)了非常多的并購。
之后便是，碳化硅市場開始爆發(fā)起來，從2021年大約10億美元，到2027年有望增加到60億美元。周貞宏指出，要進入碳化硅賽道，并在國際賽道里占有一席之地，口袋里沒有10億美元很難有機會。因為碳化硅是以量取勝的行業(yè)，有規(guī)模效應(yīng)，除非有突破性的創(chuàng)新，能顛覆所有的產(chǎn)業(yè)。同時他表示，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)主要面臨著兩個挑戰(zhàn)，經(jīng)驗不足和太分散。
國內(nèi)除了比亞迪、華潤微等頭部公司，很多碳化硅企業(yè)都是2019年后才成立。相比國際巨頭，人員、規(guī)模、技術(shù)都相對欠缺。以WOLFSPEED為例，其在2022年建新廠規(guī)劃的周期是48個月，這其中不僅包括建廠時間，還得通過車規(guī)級可靠性認證。
另外，近年來國內(nèi)對碳化硅的投入非常大，但也非常零散?！斑@個市場競爭非常激烈，大部分沒有規(guī)模沒有創(chuàng)新的公司，再過3年5年可能都會很難生存下去?！敝茇懞暾J為，現(xiàn)有的碳化硅公司在未來仍需要更多的合作，從國內(nèi)、國外，通過合作、引進超前技術(shù)或者通過創(chuàng)新，才能有機會從中小公司發(fā)展壯大起來。
onsemi中國區(qū)汽車市場技術(shù)負責人吳桐以其2015年參與制定的碳化硅白皮書指出，碳化硅技術(shù)主要存在三個痛點。一是，產(chǎn)能問題。無論是單芯片的產(chǎn)能還是尺寸的擴張，從6寸到8寸、良率的提升、瘋狂擴建廠，都是為了實現(xiàn)大批量產(chǎn)生晶片，使成本下降。二是，封裝技術(shù)問題。傳統(tǒng)的IGBT有很多優(yōu)勢，包括可操作性、成本，但是在碳化硅領(lǐng)域，封裝技術(shù)的要求有很多的提升和需求，這就需要行業(yè)對封裝技術(shù)有進一步優(yōu)化和升級的空間。
三是，系統(tǒng)的整合問題。如何能進行系統(tǒng)整合，通過客戶端更好的應(yīng)用碳化硅也是一個問題。因為碳化硅并不是即插即用的，而要從系統(tǒng)層級，包括控制、保護、甚至包括整個三電系統(tǒng)、汽車的電氣升級，可能都會有和碳化硅息息相關(guān)的東西，所以系統(tǒng)整合的升級也很重要。
總體上，碳化硅技術(shù)并不是說得那么容易，不是光有碳化硅芯片就可以了，芯片還需要一個封裝，需要系統(tǒng)才能發(fā)揮最大的價值。封裝系統(tǒng)里面的設(shè)計難度不亞于整個芯片的設(shè)計，所以接下來可能會有很多新的技術(shù)隨著封裝來迭代?！拔蚁嘈旁谖磥韼啄?，肯定會有類似的產(chǎn)品和碳化硅的封裝模式，因為碳化硅的封裝百家爭鳴，每一家都有推出自己的碳化硅的封裝，甚至我們很多下游客戶也在做自己的封裝，但是我相信，一旦有一款性能和成本都特別具備優(yōu)勢的技術(shù)，未來肯定是會一統(tǒng)天下的?！?/p>
博世汽車部件（蘇州）有限公司汽車電子事業(yè)部功率半導(dǎo)體戰(zhàn)略合作負責人王駿躍表示，從生產(chǎn)階段來看，純電車由于電池生產(chǎn)所排放的二氧化碳，實際要比燃油車高，但如果把時間線拉長一點，把利用率的過程放進來，也就是從生產(chǎn)制造、使用到報廢的整個過程看，新能源汽車尤其是純電車的碳排放要比燃油車少得多。舉個例子，65度的電池的碳排放會比燃油車減少大約20%，如果電池更小一些，可以降低30%左右。某種程度上，盡早地禁止燃油車銷售意義重大。
據(jù)博世預(yù)測，2023年預(yù)計會有較多車企逐步采用800V技術(shù)，到2025年，國內(nèi)乘用車和輕型商用車的銷量大約在1400萬臺左右，其中純電約50%，而在所有純電車型中，碳化硅的滲透率將達到46%。到2029年，這個數(shù)據(jù)會更加可觀，到時預(yù)計會有超過2000萬臺的乘用車和輕型商用車，其中純電部分超過70%，碳化硅的滲透率將達到60%左右。
據(jù)王駿躍介紹，今年起，博世第二代產(chǎn)品會陸續(xù)上線，分立產(chǎn)品也會逐步推向市場。另外，與模塊相關(guān)的產(chǎn)品部分，今年會提供一些對內(nèi)使用的模塊，并逐步在2025年左右推出一些對外的模塊產(chǎn)品。據(jù)悉，博世內(nèi)部有一項比較獨特的碳化硅CSL模塊技術(shù)，預(yù)計會在2023年提供樣品，到2025年左右達到批產(chǎn)。采用博世最新碳化硅芯片技術(shù)的全新B6 SiC模塊分為兩個電壓等級750V和1200V，以及行業(yè)標準的PinFin冷卻和集成式冷卻器這兩種冷卻方式，同時也做到了比較低的電感和更先進的燒結(jié)技術(shù)。
寫在最后
以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體被視為是我國可以彎道超車的重要領(lǐng)域。一方面，國內(nèi)碳化硅的起步時間和國外相比，并沒有相差太遠，包括6寸碳化硅材料已經(jīng)達到和國外差不多的水平；另一方面，得益于新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展，碳化硅上車明顯提速的同時，也將帶動國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈進一步做大變強。隨著汽車電動化滲透率不斷提高，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)未來可期！
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