高压快充风头正盛，碳化硅需求扩大，多个项目面临落地

2023-08-16 12:23:04 来源：贤集网小 中

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随着碳化硅（SiC）在电动汽车、新能源等领域的应用日益广泛，市场需求不断增长。近期，一批碳化硅项目集中开工，部分公司接到批量订单，推动了碳化硅加速量产。传播星球App联合创始人由曦向《证券日报》记者介绍，碳化硅的应用场景主要包括电动汽车、光伏发电、充电桩、电力电子等领域。近年来，我国在碳化硅领域的研究和应用取得快速发展，一些项目已经落地实施。例如，在新能源汽车的高压充电技术方面，碳化硅作为其中的关键材料，其需求正日益增长。“碳化硅作为一种优良的半导体材料，具有耐高压、导热好、耐高温等优点，是实现高压快充技术的核心材料，能够显著提高新能源汽车的充电效率和续航里程。目前碳化硅技术已经可以满足现阶段800V高压快充的需要。”盖世汽车研究院研究员王显斌在接受《证券日报》记者采访时表示。

据悉，目前国内一些知名车企如小鹏、极狐等都已经推出了采用碳化硅材料的高压快充车型。这些车型具备快速充电、长续航里程等优势。王显斌介绍，比如小鹏汽车G6全系均采用800V高压快充技术，充电10分钟续航增加300KM，755续航的后驱G6保守估计可实现500KM的实际续航；极狐阿尔法s全新hi版、阿维塔11等也都支持高压快充；理想汽车下一款MEGA将是全球首款搭载5C麒麟电池的车型，也属于高压纯电车型。洪泰基金投资人周光涛表示，碳化硅行业已从导入期进入成长期，下游电动车、光伏等行业在高电压、大电流趋势下对其需求增长。随着电气化趋势的持续推动，国产碳化硅产业链的相关配套逐步成熟，工艺成熟、成本下降将推动碳化硅功率器件实现更为广泛的市场应用。TechInsights电动汽车服务报告表示，预计碳化硅市场收益在2022年至2027年期间将以35%的复合年增长率从12亿美元增长到53亿美元。到2029年，该市场规模将增长到94亿美元（约663亿人民币），其中中国将占一半。多个碳化硅项目宣布签约和落地6月7日，意法半导体和三安光电先后官宣，双方拟合资建造一座可实现大规模量产的8英寸碳化硅器件工厂。该合资厂全部建设总额预计约32亿美元（约合人民币228亿元）。上述项目仍需监管部门批准。意法半导体介绍，预计合资工厂建设总投资约32亿美元，其中未来5年资本支出约24亿美元。具体到三安光电，其将通过子公司湖南三安在重庆设立全资子公司重庆三安半导体有限责任公司（暂定名）参与合资工厂建设，预计投资总额为70亿元。根据公告，合资公司的注册资本为6.12亿美元，湖南三安持股比例为51%，意法半导体持股比例为49%，均以货币资金分期出资。上述合资厂计划2025年第四季度开始生产，预计2028年全面落成，规划达产后每周生产1万片8英寸碳化硅晶圆。此外，三安光电将利用自有碳化硅衬底工艺，单独建造和运营一座新的8英寸碳化硅衬底制造厂，以满足合资厂的衬底需求，每年规划生产的8英寸碳化硅衬底为48万片。值得注意的是，上述合资厂将作为意法半导体在中国的专用晶圆代工厂，采用其碳化硅专利制造工艺技术，专注于为其生产碳化硅器件，以满足国内客户的需求。“合资厂的成立将有力推动碳化硅器件在中国市场的广泛采用。”三安光电首席执行官林科闯表示，这是公司朝着成为碳化硅专业晶圆代工厂这一目标迈出的重要一步。

8月8日，天科合达全资子公司江苏天科合达半导体有限公司（简称“江苏天科合达”）碳化硅晶片二期扩产项目开工活动在徐州市经济开发区成功举办。资料显示，该项目将新增16万片产能，并计划明年6月份建设完成，同年8月份竣工投产，届时江苏天科合达总产能将达到23万片。另据杭州日报报道，近期位于衢州常山县的浙江大和半导体产业园三期建设项目竣工，这标志着常山正式成为全球半导体装备核心零部件重要制造生产基地。其中由浙江富乐德半导体材料科技有限公司导入的化学气相沉积碳化硅生产线有望填补国内空白，破解集成电路半导体装备卡脖子技术问题，为半导体行业发展贡献力量。浙江大和半导体产业园三期建设项目由浙江盾源聚芯半导体科技有限公司和浙江富乐德半导体材料科技有限公司投资建设，总投资近20亿元。项目全部满产后，浙江大和半导体产业园将实现年产值近50亿元，成为集高纯石英部件、精密半导体金属部件、热电半导体制冷器件、高纯硅部件、化学气相沉积碳化硅，精密半导体陶瓷产品的生产、研发、销售为一体的全球半导体装备核心零部件重要制造生产基地。高压快充推动碳化硅加快量产脚步“整车选择高压架构是实现超级快充的必经之路，800V左右的高压在当前可支撑实现2C快充。”华为数字能源技术有限公司智能电动领域副总裁彭鹏表示，对于一辆搭载100kW电量的电动汽车而言，在当前400V电压平台、250A电流下，需要30分钟才能充电30%至80%，而如果电压提升到800V，15分钟能实现电池充满，达到4C的效率，基本满足现阶段消费者的快充需求。要构建800V高压平台，碳化硅功率器件是关键。一位业内人士告诉《中国电子报》记者，碳化硅取代硅基IGBT是不可逆的趋势，尤其是在800V充电架构之下，硅基IGBT已接近性能极限，很难满足主驱逆变器的技术需求。刘朝辉介绍，碳化硅材料性能优越，耐高温、高压、高频，是800V电压平台下功率器件的首要选择。采用SiC MOSFET可以减小开关损耗、提高工作频率，增加系统功率密度，超越采用IGBT器件系统的性能。小鹏汽车功率系统负责人表示：“采用碳化硅的高压电机控制器，CLTC（中国轻型汽车行驶工况续航）工况能量转换效率可提高3%~4%，实现整车续航里程的提升。”尽管碳化硅成本过高问题一直饱受诟病，但多位业内专家指出，整车厂一般不会单一考虑单个功率器件成本变化，而是更加关注整车成本变化。碳化硅方案能够提升整车系统效率，并未提高整车成本。“目前单个碳化硅功率器件的价值量约为硅基IGBT的3倍。但在高压平台碳化硅方案下，电驱动系统开关频率提高，线路电流减小，器件更紧凑，大大节省了电缆、动力电池、冷却系统等部件成本，综合下来，使用碳化硅可以实现不大幅增加整车成本但显著提升充电速度的效果。未来，碳化硅规模化量产之后，成本会继续下探，为降低整车成本创造更大空间。”刘朝辉预计，800V高压碳化硅平台或将在2025年后逐步普及，届时，电动汽车有望实现充电5-10分钟续航500公里，与传统油车加油3-5分钟实现的续航里程相当。整车厂系统集成助力大规模推广下游的整车企业是当前碳化硅功率半导体的最大客户。设计制造企业与承担系统集成任务的整车厂协同合作，为碳化硅市场茁壮成长提供了土壤。

积塔半导体副总经理刘建华告诉记者：“碳化硅最终的目标是要满足终端客户的需求，一定是从产品定义开始，结合终端客户的需求来规划系统集成、器件性能、产品性能，因此从设计到代工制造，再到整车厂系统集成，各个环节一定要互相配合，甚至要敢于给上下游一些试错的机会。”刘建华表示，目前碳化硅领域的上下游联动模式主要有两种：一种是由政府牵头，以项目形式串联产业链；另一种则是产业链上各家企业和整车厂、零部件企业互动。政府推动与行业联动两轮并进，这基本上遵循了当初车规级IGBT的产业联动模式，有望推动中国碳化硅产业迅速追赶国际领先企业。这也与整车厂当前的发展方向不谋而合。“我们希望能不断把这种高效的技术应用起来，支持国家的‘双碳’战略。”上汽创新研发总院捷能公司电驱业务部首席工程师王东萃告诉记者，“但是，目前碳化硅的成本仍然较高，制约了技术的大规模推广。”据悉，目前在800V高压平台上用碳化硅功率器件全面替代硅基IGBT，会使电驱系统成本增加15%-30%。同时，平台电压升高也会导致电池成本上升5%-10%，综合下来，会使整车成本增加数千元。在目前汽车市场竞争激烈的大环境中，这样的成本增加不容小觑。在应用更广的400V电压平台上，虽然400V电池包的成本相比800V成本友好一些，但目前400V的碳化硅应用增效相比800V会少一些，故400V整车也面临不小的成本压力。为了加快碳化硅国产化进程，推动碳化硅更快、更多地上车，包括上汽在内的中国多家整车企业与上游企业展开了紧密的合作，以产业链协同促进上下游共赢。与此同时，上汽通过产业金融投资也已完成了对碳化硅半导体产业链的相关布局，将包括衬底原材料企业天科合达、天岳先进，设计/制造企业华大半导体、积塔半导体、瞻芯电子等优质企业融入上汽产业生态，形成价值共创共同体，共同推动碳化硅产业链上下游的业务协同和资源整合。王东萃表示：“现在整车的集成度愈发提高，深度集成需要上下游更多合作。系统中，功率器件的空间、体积如何做到最优？性能与电机怎么紧密地结合？产品可靠性如何提高？针对这些问题，我们作为整车厂，可以和上游供应商联合定义、联合开发，共同把性能做到更好。”据王东萃预计，到2026年，碳化硅产业的良率会提高，生产规模也会扩大，届时会带动整车综合成本逐渐下降到与硅基IGBT持平，应用前景相当广阔。

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