电动汽车瞄准碳化硅半导体

　　本刊编辑整理

　　根据半导体行业协会和波士顿咨询集团数据，到2030年半导体行业的规模将翻一番，达到1万亿美元以上。而随着汽车产业走向新能源电动化的浪潮，半导体行业又迎来一个新的“蓝海”赛道。

　　从整车机构部件看，半导体广泛分布于汽车的各个控制及电源管理系统，它相当于汽车的大脑，分为功能芯片、功率半导体和传感器三大类，从胎压监测系统、水温传感器、摄像头，到动力系统、底盘安全系统、自动驾驶域控制器，芯片的应用贯穿其中。随着汽车智能化、网联化、电气化，汽车所需芯片数量成倍增长，从以往一辆传统汽车需要500～600颗芯片，到现在一辆高端新能源汽车就需要高达2000颗车规级芯片。

　　700亿美元的汽车半导体市场

　　根据MarketsandMarkets发布的《2022至2027年全球汽车半导体市场预测报告》预计，汽车半导体市场将从2022年的429亿美元增长到2027年的700亿美元，年复合增长率10.1%。该领域的主要玩家有来自德国的博世、大陆、英飞凌，来自美国的森萨塔、博格华纳、ADI，来自荷兰的恩智浦，来自日本的电装、瑞萨电子，以及来自瑞士的意法半导体、TE等企业。

　　该报告还给出了其它预测：

　　● 乘用车市场有望在此预测期内以最高的年复合增长率增长

　　乘用车市场增长可归功于全球范围内对乘用车的巨大需求，特别是亚太地区。中产阶级人口的增加和可支配收入的提高，加速了中国、印度、泰国、印度尼西亚和马来西亚等国家对乘用车的需求。半导体电子产品不仅有助于提高汽车的性能，还能在更大程度上提高安全性、减少碳排放。道路基础设施的迅速改善，廉价劳动力的容易获得，消费者购买力的提高，以及对更安全汽车需求提高，推动了新兴经济体汽车市场的增长。购买力的增加，也提高了对具有更多安全和先进功能的汽车的需求。高级驾驶辅助系统（ADAS）技术以及自动驾驶汽车的进一步普及，均有助于美国、德国和英国等发达国家汽车半导体市场的增长。

　　● 电动车和混合动力车市场将为汽车半导体市场带来最高的年复合增长率

　　在此预测期内，电动/混合动力汽车的汽车半导体市场估计将以最高的年复合增长率增长。越来越多的消费者开始采用更环保、更清洁的技术，越来越多的政府也开始设立目标、授权，有望促使电动/混合燃料汽车需求大幅上升。这反过来也促使了该领域半导体市场在此预测期内飞速增长。由于电动汽车和混合动力汽车在动力系统的应用中需要更多的半导体，电动汽车/混合动力汽车所用的半导体平均含量几乎是内燃机动力汽车（包括汽油和柴油动力汽车）的两倍。

　　另一方面，在政策端受益于碳中和推动，电动化浪潮迭起，新能源汽车快速起量。从全球禁售燃油车时间表来看，我国预计2040年将全面禁售汽油及燃油车，预计到2050年电能将占据整体交通领域45%的份额，化石能源占比将降低至10%。

　　我们可以看到，在智能化浪潮和碳中和政策的双重推动下，汽车行业将迎来价值向成长的重估机会，汽车芯片也将在智能化赋能下重估。

　　碳化硅功率器件更受青睐

　　通用电气集团前董事长兼CEO杰克·韦尔奇有句名言：“如果你没有竞争优势，那么就不要参与竞争。”这句名言传达了一个非常重要的战略观点：在市场上成功的关键是要拥有竞争优势，如果一个企业或产品没有与其他竞争者明显差异化的优势，那么就很难在市场上获得成功。如果我们放大到汽车半导体领域的较量来看，“小红人”碳化硅便是这句话的很好印证。

　　与硅（Si）相比，碳化硅（SiC）是一种介电击穿强度更大、饱和电子漂移速度更快且热导率更高的半导体材料。因此，与硅器件相比，当用于半导体器件中时，碳化硅器件可以提供高耐压、高速开关和低导通电阻。鉴于该特性，其将成为有助于降低能耗和缩小系统尺寸的下一代低损耗器件。与传统的功率半导体技术相比，碳化硅可以提高电动汽车的续航能力、效率和性能。据东芝半导体研究，通过更改2kVA单相逆变器产品的开关元件（将IGBT替换为SiC MOSFET），额定运行期间每个器件的损耗降低了约41%。这主要归功于SiC MOSFET卓越的开关能力。

　　使用SiC器件能使电动车减少重量并延长电池寿命，使电车平均续航里程超过600公里。据中国半导体行业协会预计，采用碳化硅能使整车成本节省约2000美元，包括节省600美元电池成本、600美元汽车空间成本，节省1000美元散热系统成本。新能源车的大量应用推动了SiC MOSFET价格下降，使SiC更具市场竞争力。

　　据Yole于2022年的预测，SiC器件的全球市场在2027年将增长至62.87亿美元，年复合增长率34%，其中新能源车为碳化硅的主要应用市场。

　　企业联手布局未来市场

　　碳化硅市场未来欣欣向荣，在这发展过程中，强强联合的事件已频频发生。Wolfspeed、安森美、英飞凌这些半导体领域的头部玩家，早已开始着手部局。

　　Wolfspeed 作为站在从硅基产品向碳化硅基技术转型前沿的一家美国企业，不断提升技术效率和节约能源，致力于塑造半导体市场的未来。 据悉，Wolfspeed目前在北卡罗来纳州达勒姆总部所制造的碳化硅材料占全球60%以上，同时也正在进行高达65亿美元的产能扩充计划，以期大幅提升产能。该产能扩充计划包括了 2022年4月开业的200mm莫霍克谷器件工厂、正在建设中的位于北卡罗来纳州占地445英亩的碳化硅材料工厂以及2023年2月宣布的将在德国萨尔州建设高度自动化、采用前沿技术的200mm晶圆制造工厂。

　　2023年1月，Wolfspeed宣布与梅赛德斯-奔驰达成合作。Wolfspeed 将为梅赛德斯-奔驰供应碳化硅器件，赋能其未来电动汽车平台，为其动力总成带来更高效率。梅赛德斯-奔驰部分汽车线的新一代动力总成系统将采用 Wolfspeed 半导体。

　　2023年2月， Wolfspeed与采埃孚集团宣布建立战略合作伙伴关系，包括建立一座联合创新实验室，共同推动碳化硅系统和器件技术在出行、工业和能源应用领域的进步。

　　今年1月，安森美的EliteSiC系列碳化硅功率模块已被起亚选中用于EV6 GT车型。这款电动汽车从零速加速到60英里/小时只需3.4秒，最高时速达161英里/小时。在该高性能电动汽车的主驱逆变器中，EliteSiC功率模块实现了从电池的直流800V到后轴交流驱动的高效电源转换。3月，安森美与宝马集团（BMW）签署长期供货协议（LTSA），宝马集团未来的电动动力传动系统将配备安森美的EliteSiC芯片，从而有助于提升电动汽车（EV）的续航能力。

　　2022年底，英飞凌与Stellantis签署了一份非约束性谅解备忘录，双方即将开展为期多年的碳化硅半导体供应合作。英飞凌将预留产能，并在2025年至2030年间向Stellantis的一级Tier1供应商提供CoolSiC™裸片。此次协议潜在的采购量和产能储备估值将远超10亿欧元。

　　值得一提的是，在全球半导体市场高景气行情下，本土半导体产业链也在加速市场拓展。近年来，国家陆续出台政策鼓励碳化硅行业发展与创新，有效提升相关产业材料的发展。目前，国内相关企业虽然仍在初步发展阶段，但同时也意味着企业成长将带来更好的商业价值，为实现国产替代持续贡献力量。

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