国产碳化硅走到哪一步了？听听行业专家怎么说

6月15日，由江苏无锡锡山经济技术开发区管委会和InSemi Research主办的“2023碳化硅功率器件应用及测试技术大会”正式开幕。此次会议聚集了国内知名碳化硅企业，现场观点迸发，立足当前产业发展，共话未来的机遇与挑战。 江苏省半导体行业协会秘书长秦舒指出，江苏省是我国集成电路产业的重镇，也是集成电路产业大省，截至目前，已完成芯片设计、晶圆制造、封装测试、专用设备，核心零部件及关键材料的全产业链布局，且10多年来产业规模一直稳居全国第一。江苏省内又属无锡为关键一环。回溯历史，无锡在我国集成电路发展过程中起到了举足轻重的作用，因此有着集成电路的“黄埔军校”之称。近年来，随着华锋半导体、中环半导体、海力士二代等重大项目的引进和建设，无锡集成电路产业再创新高，去年总产值突破2000亿元。现已建成完整覆盖集成电路各环节的高精技术产业集群，与此同时，第三代半导体产业也已初具规模。 华大半导体战略规划部总经理王辉在《中国碳化硅产业发展的机遇与挑战》的主题演讲中指出，新能源汽车对里程的焦虑和双碳目标的实现，使得硅在功率上的性能被压榨到了极致。所以行业一直在探讨，要如何进一步提升功率转化，还有整个器件性能的提升。眼下，用新的材料替代成了一个主流思路。从应用场景看，碳化硅最大的发展窗口在于新能源汽车市场领域。“所以对碳化硅从业者来说，‘得汽车得天下’。”王辉表示，如果一家碳化硅企业没有抓住汽车产业变革的爆发式窗口期，在碳化硅这个事情上就不一定能持续下去。从目前整个行业的发展来看，碳化硅在车载OBC、DCDC上都已投入使用，同时特斯拉、比亚迪等车企也在大规模应用碳化硅器件。而一些尚处于开发中的车型，比如中高端车型会至少打造一套碳化硅动力平台作为备份。据华大半导体预计，整个行业会在今年或者明年爆发。尽管如此，碳化硅要完全取代硅还需要相当长的时间。王辉认为，碳化硅技术处于快速发展期，但整体应用仍受限于良率、成本、特性。在短时间内，碳化硅不会进入到硅的某些应用领域。包括在两者重合比较多的领域里，渗透率也将是逐步的。“碳化硅很贵”几乎是行业共识。但据王辉透露，国内做碳化硅的公司仍面临着盈利问题，其根本原因是衬底和外延的良率不高。而整个碳化硅衬底环节还有两个问题需要面对，“一是，有效产能和规划产能窗口期的错位。现在碳化硅衬底材料缺货非常厉害，大家都在拼命扩产，扩完以后是否能和市场需求相吻合？二是，整个碳化硅产业有可能在未来5年内向8寸迁移，我们现在投资，包括技术的迭代能不能赶上窗口期？”此外，王辉也提到，碳化硅产业只有协同创新才能把整个成本降下去。 苏州汇川联合动力有限公司高级产品经理周长国也谈到了降本问题。他表示，降本将成为整个新能源汽车行业的主旋律。从整车维度看降本体现在三方面，一是，继续压低零部件采购价格。零部件的采购价格最核心的有两个，电池和电驱动。动力电池的价格主要受到原材料的影响，对于OEM来说，想要压电池的价格和成本非常困难。所以也就出现了一种现象，整车厂带着现金去预定电池，反而在电驱动这里，都是7、8家厂商竞标一个项目，结果就是不断挤压毛利。二是，推动技术降本，以电驱来说，主要包括电机和电控。电机的主要发展方向是高速、油冷，成本大概会有15%的降幅；另外是深度集成，成本也会达到10%～15%的降幅。三是，OEM自建供应链，可以更好地掌握关键技术并控制成本，同时也可以帮助OEM与供应商进行价格谈判和博弈，其中电驱尤为明显，未来电驱的成本价格会持续下降。不过，周长国表示，目前OEM对于整个电驱的降本需求期望是年降10%，实际上因为电驱行业的恶性竞争，企业可以承受的空间最多只有3%的年降空间，这之间还会存在巨大的缺口。 BelGaN BV CEO 周贞宏发表了以《国际SiC产业投资趋势和挑战》为主题的演讲。他回忆称，在2015、2016年投碳化硅产业的时候，所有的公司都非常苦，因为没有人投，也不知道这个市场哪一天才会爆发。虽然碳化硅不是一个新事物，但早前的应用市场规模相当有限。从特斯拉Model3开始采用后，碳化硅正式迎来了快速上车期。最早特斯拉Model3里有24颗碳化硅芯片，虽然单价比IGBT贵，但是碳化硅由于可以把逆变器做得更小，节省了外围电路、电感，机械件，进而可以在整个系统层面把成本做到更低。所以整个碳化硅产业在2018、2019年呈现出缺货状态，也促成了全国多桩并购，包括材料、切割、器件领域都出现了非常多的并购。之后便是，碳化硅市场开始爆发起来，从2021年大约10亿美元，到2027年有望增加到60亿美元。周贞宏指出，要进入碳化硅赛道，并在国际赛道里占有一席之地，口袋里没有10亿美元很难有机会。因为碳化硅是以量取胜的行业，有规模效应，除非有突破性的创新，能颠覆所有的产业。同时他表示，国产碳化硅产业主要面临着两个挑战，经验不足和太分散。国内除了比亚迪、华润微等头部公司，很多碳化硅企业都是2019年后才成立。相比国际巨头，人员、规模、技术都相对欠缺。以WOLFSPEED为例，其在2022年建新厂规划的周期是48个月，这其中不仅包括建厂时间，还得通过车规级可靠性认证。另外，近年来国内对碳化硅的投入非常大，但也非常零散。“这个市场竞争非常激烈，大部分没有规模没有创新的公司，再过3年5年可能都会很难生存下去。”周贞宏认为，现有的碳化硅公司在未来仍需要更多的合作，从国内、国外，通过合作、引进超前技术或者通过创新，才能有机会从中小公司发展壮大起来。 onsemi中国区汽车市场技术负责人吴桐以其2015年参与制定的碳化硅白皮书指出，碳化硅技术主要存在三个痛点。一是，产能问题。无论是单芯片的产能还是尺寸的扩张，从6寸到8寸、良率的提升、疯狂扩建厂，都是为了实现大批量产生晶片，使成本下降。二是，封装技术问题。传统的IGBT有很多优势，包括可操作性、成本，但是在碳化硅领域，封装技术的要求有很多的提升和需求，这就需要行业对封装技术有进一步优化和升级的空间。三是，系统的整合问题。如何能进行系统整合，通过客户端更好的应用碳化硅也是一个问题。因为碳化硅并不是即插即用的，而要从系统层级，包括控制、保护、甚至包括整个三电系统、汽车的电气升级，可能都会有和碳化硅息息相关的东西，所以系统整合的升级也很重要。总体上，碳化硅技术并不是说得那么容易，不是光有碳化硅芯片就可以了，芯片还需要一个封装，需要系统才能发挥最大的价值。封装系统里面的设计难度不亚于整个芯片的设计，所以接下来可能会有很多新的技术随着封装来迭代。“我相信在未来几年，肯定会有类似的产品和碳化硅的封装模式，因为碳化硅的封装百家争鸣，每一家都有推出自己的碳化硅的封装，甚至我们很多下游客户也在做自己的封装，但是我相信，一旦有一款性能和成本都特别具备优势的技术，未来肯定是会一统天下的。” 博世汽车部件（苏州）有限公司汽车电子事业部功率半导体战略合作负责人王骏跃表示，从生产阶段来看，纯电车由于电池生产所排放的二氧化碳，实际要比燃油车高，但如果把时间线拉长一点，把利用率的过程放进来，也就是从生产制造、使用到报废的整个过程看，新能源汽车尤其是纯电车的碳排放要比燃油车少得多。举个例子，65度的电池的碳排放会比燃油车减少大约20%，如果电池更小一些，可以降低30%左右。某种程度上，尽早地禁止燃油车销售意义重大。据博世预测，2023年预计会有较多车企逐步采用800V技术，到2025年，国内乘用车和轻型商用车的销量大约在1400万台左右，其中纯电约50%，而在所有纯电车型中，碳化硅的渗透率将达到46%。到2029年，这个数据会更加可观，到时预计会有超过2000万台的乘用车和轻型商用车，其中纯电部分超过70%，碳化硅的渗透率将达到60%左右。据王骏跃介绍，今年起，博世第二代产品会陆续上线，分立产品也会逐步推向市场。另外，与模块相关的产品部分，今年会提供一些对内使用的模块，并逐步在2025年左右推出一些对外的模块产品。据悉，博世内部有一项比较独特的碳化硅CSL模块技术，预计会在2023年提供样品，到2025年左右达到批产。采用博世最新碳化硅芯片技术的全新B6 SiC模块分为两个电压等级750V和1200V，以及行业标准的PinFin冷却和集成式冷却器这两种冷却方式，同时也做到了比较低的电感和更先进的烧结技术。写在最后以碳化硅为代表的第三代半导体被视为是我国可以弯道超车的重要领域。一方面，国内碳化硅的起步时间和国外相比，并没有相差太远，包括6寸碳化硅材料已经达到和国外差不多的水平；另一方面，得益于新能源汽车行业快速发展，碳化硅上车明显提速的同时，也将带动国内产业链进一步做大变强。随着汽车电动化渗透率不断提高，国产碳化硅产业未来可期！