被稱為“未來十年黃金賽道”的碳化硅行業(yè)近日又隨著華為發(fā)布SiC電驅(qū)平臺再被關(guān)注，在近期特斯拉大幅減少碳化硅使用風(fēng)暴下，業(yè)界在一次次的探討中，逐步廓清了碳化硅未來使用的信心與前景。
華為的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈布局
近日華為舉辦了智能電動新品發(fā)布會，并發(fā)布了聚焦動力域的“DriveONE新一代超融合黃金動力平臺”以及“新一代全液冷超充架構(gòu)”的充電網(wǎng)絡(luò)解決方案。
其中，DriveONE新一代超融合黃金動力平臺主要包括面向B/B+級純電、B/B+級增程混動，以及A級純電車型動力總成解決方案，目標(biāo)是不斷提升整車度電里程和升油里程，實現(xiàn)同等電池電量下得到更高的行駛里程。值得注意的是，該平臺搭載了高效SiC碳化硅技術(shù)，性能、效率、充電速度及續(xù)航里程等水平領(lǐng)先業(yè)界。
作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，碳化硅頗受資本市場青睞。碳化硅（SiC）器件具有耐高溫、耐高壓、高頻特性好、轉(zhuǎn)化效率高、體積小和重量輕等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、光伏、5G通訊等領(lǐng)域。
在此碳化硅入局的絕佳窗口，華為的碳化硅布局早早拉開。本次發(fā)布智能電動產(chǎn)品之前，華為在SiC領(lǐng)域的動作以投資布局SiC供應(yīng)鏈企業(yè)為主。據(jù)化合物半導(dǎo)體市場不完全統(tǒng)計，華為通過旗下華為哈勃投資了SiC外延企業(yè)東莞天域、瀚天天成，襯底企業(yè)山東天岳、天科合達(dá)，設(shè)備相關(guān)企業(yè)特思迪，材料相關(guān)企業(yè)德智新材。
△Source：化合物半導(dǎo)體市場根據(jù)公開信息整理
由此可見，華為對SiC的投資基本覆蓋了整個產(chǎn)業(yè)鏈，這體現(xiàn)了華為對SiC的發(fā)展?jié)摿τ兄浞值男判?。早?021年，華為便指出，未來十年是第三代功率半導(dǎo)體的創(chuàng)新加速期，滲透率將全面提升。而SiC產(chǎn)業(yè)鏈爆發(fā)的拐點也將臨近，市場潛力將被充分挖掘。
各大車企早早入局，爭相綁定長期訂單
雖然SiC當(dāng)下在良率、制造工藝以及成本上依舊存在一定的難度，但國內(nèi)外業(yè)界幾乎所有汽車OEM和電動汽車初創(chuàng)公司都已經(jīng)將SiC用于電動汽車牽引逆變器和車載充電器中，或者正處于產(chǎn)品設(shè)計階段，這也足以體現(xiàn)了SiC的優(yōu)勢大于其壁壘。
從國外車廠近期動態(tài)看，寶馬、邁凱倫、大眾、奔馳、現(xiàn)代起亞等在內(nèi)的一眾車企紛紛與Wolfspeed、英飛凌、ST意法半導(dǎo)體等半導(dǎo)體廠商簽訂合作協(xié)議以確保碳化硅產(chǎn)品的穩(wěn)定供應(yīng)。
3月7日，寶馬汽車集團(tuán)（BMW）官方消息顯示，他們已與安森美簽署了長期供貨協(xié)議，安森美750V EliteSiC模塊將“上車”寶馬的400V電動動力傳動系統(tǒng)。與安森美合作的車企還包括德國大眾、起亞等。今年年初，德國大眾汽車公司(VW)與安森美簽署了一項戰(zhàn)略協(xié)議，安森美的碳化硅產(chǎn)品將用于大眾下一代平臺系列的車輛牽引逆變器解決方案；1月初，安森美官微宣布，他們的EliteSiC系列碳化硅功率模塊已被起亞EV6 GT車型采用。
此外，Wolfspeed官網(wǎng)宣布1月初，他們的碳化硅器件將被整合到梅賽德斯-奔馳多款車型的下一代動力總成系統(tǒng)中，這也意味著奔馳在為他們的SiC車型即將規(guī)?；慨a(chǎn)做好準(zhǔn)備；2月末，Exro Technologies公司宣布，他們與歐洲一家領(lǐng)先的全球汽車行業(yè)供應(yīng)商簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，合作內(nèi)容包括800V SiC線圈系統(tǒng)（Coil DriverTM）。3月，邁凱倫宣布已與意法半導(dǎo)體達(dá)成合作，下一代 IPG5 800V 逆變器將搭載由ST提供的 1200V SiC MOSFET模塊；3月末，日立能源官網(wǎng)宣布，他們獲得了吉利汽車的多年訂單，并將為吉利的極氪品牌提供其RoadPakTM功率模塊。
此外，國內(nèi)車企也毫不遜色，陸續(xù)加碼碳化硅布局。目前，國內(nèi)如比亞迪漢、蔚來、小鵬、吉利等均有量產(chǎn)車型有搭載碳化硅器件，近期動態(tài)均有更新。
如小鵬發(fā)布了扶搖平臺G6，即將搭載800V SiC技術(shù)；東風(fēng)汽車發(fā)布馬赫E品牌，將搭載自主開發(fā)的SiC控制器，還將于年底量產(chǎn)SiC模塊；哪吒GT在上海車展中上市，搭載800V SiC電驅(qū)；一汽紅旗更是大動作不斷，今年不僅將上市2款搭載“旗幟”超級架構(gòu)的SiC車型，還自主研發(fā)了基于超高頻高功率SiC模塊的紅旗HSM高效電驅(qū)系統(tǒng)，并且還完成了首款全國產(chǎn)電驅(qū)用1200V塑封2in1碳化硅功率模塊A樣件……
值得一提的是，在2023第二十屆上海國際汽車工業(yè)展覽會中，SiC車型成為了其中一大亮點。蔚來、理想、東風(fēng)、紅旗、廣汽埃安、遠(yuǎn)航汽車、極星、深藍(lán)汽車等車企高調(diào)展示了相關(guān)車型。很顯然的是，SiC上車速度開始加快了，SiC在汽車領(lǐng)域的地位也在越來越多車企的積極導(dǎo)入下不斷得到明確。
碳化硅就是吞金獸
碳化硅入局慢的根本原因還在于成本過高，這背后是研發(fā)制造的困局。
從國內(nèi)外碳化硅企業(yè)盈利情況看，最近這幾年還屬于研發(fā)投入高峰期，大部分企業(yè)還未實現(xiàn)完全盈利。
以碳化硅襯底的行業(yè)龍頭Wolfspeed（前科銳CREE）情況看，從1987年CREE將其帶出實驗室開展SiC商用生產(chǎn)線，至今步入到高速發(fā)展時期已有近45個年頭。雖然Wolfspeed近年產(chǎn)品供不應(yīng)求，其碳化硅業(yè)績卻連年虧損，2018~2020年間共計虧損8.46億美元，2021財年其毛利潤率只有30%，其中2021年第四季度凈虧損同比大增，從一年前的0.44億美元，增加到1.45億美元。
這并非是因為碳化硅不賺錢，而是Wolfspeed一直走在擴(kuò)產(chǎn)的路上。由于擴(kuò)產(chǎn)與建廠需求，Wolfspeed近三年來研發(fā)費用與銷售管理費用（注：其銷售與管理費用合并計算）皆逐年遞增，兩者相加接近營收的2/3。
Wolfspeed近兩年財報數(shù)據(jù)顯示，其資本支出保持高位，2021財年其資本支出約5.5億美元，2022財年Wolfspeed估計約為4.75億美元。另外，Wolfspeed在碳化硅的研發(fā)投入上保持在營收的30%左右，這加劇了其虧損。
盈虧有可能在一刻間翻轉(zhuǎn)，Wolfspeed對其未來已有營收預(yù)判，盡管上述報告期內(nèi)凈虧損持續(xù)擴(kuò)大，但當(dāng)其最大工廠建成并啟動生產(chǎn)和量產(chǎn)爬坡，Wolfspeed即有望迎來營收迅速增長。
Wolfspeed預(yù)計，到2024年全部完工時將帶來碳化硅晶圓制造產(chǎn)能的30倍增長。此外，在2022財年Q1的電話會議上，管理層也對該廠表達(dá)充分信心，預(yù)計新廠生產(chǎn)成本將降低50%左右，生產(chǎn)周期也將降低50%左右。伴隨2022（公歷年非財年）投產(chǎn)，Wolfspeed用于建廠的費用也將大幅降低，從而扭轉(zhuǎn)持續(xù)“失血”狀態(tài)，提升利潤率。
我國碳化硅企業(yè)也不例外，國內(nèi)主要碳化硅襯底企業(yè)包括天岳先進(jìn)、同光晶體、天科合達(dá)、爍科晶體、露笑科技等。早年碳化硅落地場景的發(fā)展速度較慢，導(dǎo)致碳化硅這一領(lǐng)域的商業(yè)化也不盡如人意，同時碳化硅襯底作為知識密集型行業(yè)，對研發(fā)投入的需求極高，使得企業(yè)先天就帶有“吞金獸”屬性。
天科合達(dá)首席科學(xué)家、中科院物理所研究員陳小龍陳小龍早期就曾透露，天科合達(dá)成立多年來，大部分時間并未實現(xiàn)盈利，這給陳小龍團(tuán)隊和投資方都帶來很大的壓力。從天科合達(dá)與天岳先進(jìn)披露的數(shù)據(jù)來看，兩家公司都存在累計未彌補(bǔ)虧損的情況。這主要是由于企業(yè)持續(xù)研發(fā)投入與前期碳化硅材料工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程較慢等影響因素。另一家大廠露笑科技也曾公開表示，因SiC產(chǎn)業(yè)前期研發(fā)及資產(chǎn)投入成本高，預(yù)計2022年凈利潤虧損人民幣2.30億~2.95億元，年增由盈轉(zhuǎn)虧。
所幸，最困苦的時光已經(jīng)過去，我國多個大廠碳化硅已取得最新進(jìn)展，相關(guān)的擴(kuò)產(chǎn)項目也在加速推進(jìn)中。唐代詩人曹松有句中國人人皆知的詩——憑君莫話封侯事，一將功成萬骨枯，碳化硅的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是以無數(shù)失敗者做分母為代價的。目前距離碳化硅的大規(guī)模落地應(yīng)用還有一段時間，碳化硅還在向著更高的切割良率、更快的生長速度、更大的晶圓尺寸以及更低的生產(chǎn)成本躍進(jìn)。
碳化硅大規(guī)模應(yīng)用“雖遲但到”
早前特斯拉率先在Model 3中采用碳化硅替代IGBT，碳化硅開始嶄露鋒芒；近日特斯拉在投資者大會上宣布，在其下一代平臺將減少75%碳化硅的方案，引起業(yè)界波動。
芯粵能總經(jīng)理徐偉在近日舉辦的第25屆中國集成電路制造年會暨供應(yīng)鏈創(chuàng)新發(fā)展大會-功率半導(dǎo)體及化合物半導(dǎo)體論壇中，對特斯拉大幅度減少碳化硅用量原因進(jìn)行了分析，他表示硅基IGBT的部分替代以及通過創(chuàng)新與改進(jìn)減少碳化硅芯片面積用量的75％或是特斯拉減少碳化硅用量的原因，根本原因還是在于當(dāng)下碳化硅成本過高。
△Source：全球半導(dǎo)體觀察現(xiàn)場拍攝
“最近主要是受到了特斯拉大幅縮減碳化硅用量消息的影響，市場出現(xiàn)了一些悲觀情緒。但感覺市場反應(yīng)有些過度?！睆闹虚L期看，碳化硅擁有優(yōu)越的電氣特性，傳統(tǒng)的硅材料無法比擬。
TrendForce集邦咨詢分析師龔瑞驕指出，碳化硅取代硅基IGBT是不可逆的趨勢，尤其是在800V充電架構(gòu)之下，硅基IGBT已經(jīng)達(dá)到性能的極限，很難滿足主驅(qū)逆變器的技術(shù)需求。從下游應(yīng)用來看，碳化硅組件是電動汽車制造商未來必須考慮的核心組件，另外光伏儲能場景也在加速導(dǎo)入，因此近幾年碳化硅市場將維持供不應(yīng)求態(tài)勢，產(chǎn)業(yè)熱度不會降低。
據(jù)TrendForce集邦咨詢了解，SiC的可靠性以及供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性確實令特斯拉信心不足，且當(dāng)前SiC功率器件價格較高，特斯拉的這一決定或許并非出于對SiC的不信任，而是基于SiC發(fā)展現(xiàn)狀所做的讓步。
據(jù)TrendForce集邦咨詢研究統(tǒng)計，隨著相關(guān)大廠與汽車、能源業(yè)者合作項目明朗化，將推動2023年整體SiC功率元件市場產(chǎn)值達(dá)22.8億美元，年成長41.4%。此外，TrendForce集邦咨詢預(yù)期，至2026年SiC功率元件市場產(chǎn)值可望達(dá)53.3億美元。
基于對新技術(shù)、新材料的變革信心，未來隨著良率的大幅提升，規(guī)模優(yōu)勢下成本的不斷下降，相信碳化硅將迎來爆發(fā)性成長。（來源：全球半導(dǎo)體觀察）
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