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受制于硅基IGBT的材料極限，目前電動汽車的高壓系統普遍采用的是400V電壓平臺。如果想要將電壓平臺從400V提升到800V甚至更高的水平，進而提高充電功率、縮短充電時間，就必須要尋找硅基IGBT的替代方案。
SiC功率器件正是在這種背景下被推上風口的。相較于傳統的硅基材料，SiC由于具備耐高壓、耐高溫、高頻等優勢，已經被普遍認為是800V平臺量產應用的關鍵支撐技術，目前很多車企推出的800V高壓平臺都是基于SiC研發。在此趨勢下，預計未來幾年SiC器件將隨著800V平臺的大規模上車進入快速爆發階段。
800V平臺布局熱下，SiC借勢而起
在新能源汽車的普及過程中，續航里程不足和補能速度慢一直是制約行業發展的兩大痛點。為此，業界提出了一系列的解決方案，包括推廣換電模式，研發更長續航里程車型，發展快充技術等。
其中換電模式雖然在補能效率上獲得了業界的肯定，但因初期投資大，現階段行業標準不統一，目前還面臨著商業推廣難度大、成本高等問題。而長續航里程車型，在單次續航提升的同時，如果充電效率沒有得到革命性的提升，充電等待時間其實也是水漲船高，并不能從根本上緩解續航焦慮。比較之下，快充技術由于可以通過優化單次補能效率，真正打造媲美燃油車的補能體驗，正獲得越來越多車企的青睞。
現階段快充技術主要有兩種：低壓大電流快充和800V甚至更高水平的高壓快充技術。其中大電流快充相較于高電壓方案，會因為短時間內電流大幅攀升而導致溫度急劇升高，這就對電控、線束和散熱的要求較高，目前只有Tesla、極氪等少數品牌在開展相關的探索或應用。絕大多數的主流車企均選擇了高壓快充方案，特別是800V高壓快充，已經被很多整車廠提上了日程。
比如小鵬汽車剛剛在廣州車展上亮相的全新SUV車型小鵬G9，就首次采用了800V高壓SiC平臺。據悉，為充分發揮800V平臺的超充技術優勢，小鵬汽車還將鋪設中國首批量產的480kW高壓超充樁，以實現充電5分鐘最高可補充200公里續航。該車計劃于明年三季度開啟交付。
同樣在此次車展上亮相的長城沙龍汽車首款車型機甲龍，也表示支持800V超級快充，峰值電流高達600A，充電10分鐘，即可實現CLTC續航401公里。還有零跑，也在布局800V 超高壓充電，其800V平臺將在 2024 年第四季度量產，在朱江明看來，這是800V 充電出現的最佳時機，目前相關的配套都還不太成熟。
另外，比亞迪e平臺3.0、東風嵐圖、吉利SEA浩瀚架構、現代E-GMP、奔馳EVA、通用奧特能等也都選擇了800V高電壓平臺，并進行了相應的布局，車型應用范圍開始從高端車型往下探。就量產時間來看，各大車企基于該技術方案的新車將于明后年陸續上市，這意味著明年有望成為我國800V高壓平臺發展元年，而真正要到800V產品大年，預計要到2024年左右。
根據華創證券預測，2021-2023年，國內800V產業有望實現從0到1的突破，在這之后將進入一個爆發期，2023-2025年復合增速有望超過70%，然后在2025-2030年進入穩步增長階段，復合增速約為20%。
在800V平臺走熱背后，SiC功率器件的規模化應用起到了重要支撐作用。在傳統的車規級功率半導體中，以硅基IGBT占據主導，但由于硅材料物理性能的限制，如果將其應用于800V平臺，在高開關頻率及高壓下損耗會大幅提升，無法很好地支撐高壓平臺演進。
而SiC器件由于把碳原子加入到用于制造半導體的高純硅晶體結構中，很好地突破了傳統硅基材料的極限，實現更大的禁帶寬度、更高的臨界擊穿場強和熱導率等優異的材料特性，可充分滿足整車架構朝800V高壓方向邁進時的耐高壓、耐高溫、高頻等需求，提升整個系統的效率。比如在主逆變器上，據悉采用SiC模塊替代IGBT模塊，其系統效率可以提高5%左右。
不僅如此，SiC 還具有體積小、功率密度大等優勢，可以助力電動汽車減小模塊體積重量、提升續航能力。據相關分析數據顯示，在車載充電系統中采用SiC器件，與硅器件相比，其體積可減少60%。續航方面，與使用純硅芯片的電動汽車相比，搭載SiC芯片的電動汽車行駛距離平均延長了6%。
但這也帶來了材料成本的增加。據了解，目前SiC的價格大約是Si的3-5倍，在相同性能的產品條件下，用SiC替代硅基IGBT成本大約會增加3000元。但如果就整個系統的綜合成本來看，最終使用SiC合計大約會產生約2000元左右的成本降低。
正因為如此，在當前電動汽車續航和補能焦慮遲遲未得到解決的情況下，SiC +800V組合被視為了一個主流方向。而伴隨著800V平臺的推進，目前很多整車廠也在同步布局SiC賽道。比如吉利，就在自研SiC功率芯片，并計劃于2023年正式量產。與此同時，吉利還在今年8月與羅姆達成了合作，利用后者的SiC方案開發高效電控系統和車載充電系統。
零跑的碳化硅控制器也計劃于 2023 年年底量產。據朱江明介紹，屆時這套碳化硅控制器可以將電驅功率上限再提高 300kW，并且提高 4% 以上的續航。還有蔚來汽車，首臺碳化硅電驅系統C樣件也已經于今年6月在南京先進制造技術中心正式下線，將在2022年隨著蔚來ET7的交付正式量產。
在此背景下， 2023年汽車行業有望迎來碳化硅電機控制器的量產爆發。如果考慮車載OBC、充電樁等領域的SiC使用滲透提升，需求量將更大。據TrendForce集邦咨詢研究顯示,隨著電動車滲透率不斷升高，以及整車架構朝800V高壓方向邁進，預估2025年全球電動車市場對6英寸SiC晶圓需求可達169萬片。
多方勢力暗戰車用SiC，本土企業加速突圍
伴隨著SiC在新能源汽車領域的“走熱”，傳統的汽車功率半導體企業正在該領域掀起新一輪擴產熱潮。
日前博世宣布開始大規模量產由SiC這一創新材料制成的功率半導體，并將持續擴大產能，旨在將產出提高至上億顆的水平。此前博世已經開始擴建羅伊特林根工廠的無塵車間，同時著手研發功率密度更高的第二代SiC芯片，預計將于2022年投入大規模量產。
東芝、羅姆半導體、富士電機等日本廠商也在積極增產車用SiC功率半導體。其中東芝被曝計劃在2023年將旗下姬路半導體工廠的SiC功率半導體產量擴增至2020年度的3倍，并于2025年進一步擴增至10倍。
羅姆半導體則計劃投資500億日元，在2025年之前將SiC功率半導體產能提高至現行的5倍以上。為更好地聚焦新能源汽車市場，今年10月下旬羅姆與正海集團共同宣布成立一家合資公司——海姆希科，以專注于SiC功率模塊的設計和制造。
據了解，海姆希科的SiC功率模塊計劃于2022年開始在日本羅姆工廠進行小批量生產，2023年在閔行區工廠內進行大批量生產。其第一代產品主要面向電動車逆變器領域，根據客戶車型及應用場景不同，逆變器效率將提升3%至6%左右。
而在國內，隨著新能源汽車的快速發展，也吸引了一批企業密集布局。據此前發布的《新能源汽車產業發展規劃》，2025年我國新能源新車銷量將占總銷量20%的目標，也即是600萬輛(按年銷3000萬輛計算)左右。然而按照目前新能源汽車的發展趨勢，顯然好于預期。
日前，中國科學院院士、中國電動車百人會副理事長歐陽明高就表示，預計明年新能源汽車的市場滲透率就將超過20%，達到500萬輛的規模，2025年進一步增長至700萬-1000萬輛。
這意味著中國有望成為SiC需求最大市場。據相關預測數據顯示，到2025年，新能源汽車和充電樁領域的SiC市場規模將達到17.78億美元，約占SiC總市場規模的七成左右。而中國得益于新能源汽車的快速發展，有望貢獻近半數的市場。
因此，以比亞迪半導體、斯達半導、中國中車、三安光電、華潤微電子、派恩杰等本土企業也都在積極發力，發力車用SiC。其中三安光電已經在湖南建設了國內首條碳化硅全產業鏈生產線，涵蓋長晶、晶圓、外延、芯片、研發、封測環節，于今年6月正式點亮投產。據悉，下一步光伏、新能源和汽車的OBC、DC-DC、主驅都是其重點發力方向。
另外在車用SiC領域，國內也開始涌現一批新銳力量，并密集獲得資本的加持。今年以來，包括派恩杰、瞻芯電子、阿基米德半導體、積塔半導體、臻驅科技、芯聚能半導體、基本半導體、利普思半導體等在內的多家本土企業均獲得了新的融資，累計融資規模超百億元。
其中僅積塔半導體，在最新一輪融資中就獲得了80億元的資本加持，充分凸顯了資本對其的看好。阿基米德半導體也于近日獲得了3億元天使輪融資,用于推動車規級光伏SiC/IGBT落地。
伴隨著相關企業的密集布局，據統計現階段國內碳化硅項目已經有100多個(包括其他非車用項目)。基于此，本土企業在車用SiC領域已經取得了一定的突破。
例如比亞迪基于在車規級功率半導體領域多年的研發，已經成功在漢EV上使用其自主研發的SiC模塊。到2023年，比亞迪計劃將在旗下所有電動車中用SiC功率半導體全面替代IGBT。利普思半導體的SiC產品也已于今年下半年開始量產，將于2022年完成乘用車SiC模塊產品量產。
派恩杰則于近日宣布SiC MOSFET產品在新能源汽車OBC應用驗證取得了重大突破，獲得了新能源汽車龍頭企業數千萬訂單，并已開始低調供貨，目前該公司正著力選址建造車用SiC模塊封裝產線。
盡管如此，車用第三代半導體領域，仍以美國、日本、歐洲等成熟市場的半導體企業占據主導地位，自主企業由于在車用領域真正有產品導入的并不多，整體份額還十分有限。據相關分析數據顯示，目前第三代半導體主要環節國產化率仍然較低，超過 80%的產品要依賴進口。這意味著本土企業要想真正在車用SiC領域實現自主突圍，還有很長一段路要走，尤其是如何滿足車規的高標準要求，是幾乎所有本土企業亟待解決的問題。
而且SiC的應用本身還要考慮技術升級和市場效應問題，并不會在短時間就完成對硅基IGBT的替代。據相關機構預計，即便到2025-2026年，SiC的滲透率也不會超過20%，80%甚至更多還會是硅基IGBT。這背后， SiC 長晶技術壁壘高、器件良率低以及成本經濟性等都是亟待攻克的問題。
但值得關注的，由于芯片短缺的持續蔓延，讓越來越多的本土企業意識到了供應鏈自主可控的重要性，一些自主車企也在有意識地扶持本土玩家。吉利就于今年5月份通過旗下威睿電動汽車與碳化硅企業芯聚能半導體等，合資成立了廣東芯粵能半導體有限公司，來布局碳化硅賽道。
上汽集團則在近日通過旗下市場化私募股權投資平臺尚頎資本出資了5億元，參與積塔半導體的A輪投資，以助力積塔半導體加快IGBT和SiC功率器件等的研發進程，推動汽車核心芯片自主可控。而在今年年初，尚頎資本還參與投資了上海瀚薪，布局SiC賽道。
在自主車企和半導體廠商的“組合拳”下，汽車SiC領域正打開新一輪競爭局面。
(原標題：助力800V高壓平臺上車，自主SiC加速搶風口)
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