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特斯拉“突變”，醉翁之意不在酒？

特斯拉之所以有如此強的能量，是因為特斯拉2018年在Model 3中開創(chuàng)了使用碳化硅的先河，被視為碳化硅上車的風向標。

在過去五年中，碳化硅市場的增長在很大程度上依賴于特斯拉，也是當今最大的采購商。而作為碳化硅上車的先驅者和電動汽車領域的帶動者，在吸引各大車企如火如荼地導入碳化硅時，特斯拉又突然調轉槍口，頗有種“背刺”的感覺。

那么，我們該如何解讀75%的含義？

特斯拉這一舉動會對行業(yè)產生什么影響？

碳化硅不香了嗎？

...

一連串問題接踵而來。行業(yè)對此進行了多種分析和解讀，筆者也跟業(yè)內人士進行了求證和探討，基本可以歸納為以下幾種理解：

1）特斯拉宣稱的75%指的是成本下降或面積下降。

從成本角度看，碳化硅最大的成本在材料端，2016年6英寸碳化硅襯底價格在2萬元一片，現(xiàn)在大概6000元左右，下降幅度挺大。從材料和工藝來講，碳化硅良率提升、厚度變薄、面積變小，能縮減成本。

從面積下降來看，特斯拉的碳化硅供應商ST（意法半導體）最新一代產品面積正好比上一代減少75%。但是器件體積減小，會提高對散熱方面的要求，所以特斯拉可能會改進其封裝能力，使用雙面水冷技術來獲得更好的散熱能力和熱泵效率。

2）整車平臺升級至800V高壓，改用1200V規(guī)格碳化硅器件。

目前，特斯拉Model 3采用的是400V架構和650V碳化硅MOS，如果升級至800V電壓架構，需要配套升級至1200V碳化硅MOS，器件用量可以下降一半，即從48顆減少到24顆。

3）除了技術升級帶來的用量減少外，還有觀點認為，特斯拉將采用硅基IGBT+碳化硅MOS的方案，變相減少碳化硅的使用量。

綜合來看，特斯拉公開聲明消息傳出后，一度帶崩相關板塊，但無論是用量減少還是面積減少，最終體現(xiàn)在特斯拉身上的就是成本下降?；蛟S特斯拉更重要的是想對產業(yè)鏈放風，考慮到現(xiàn)在產能比較緊張，讓大家能夠把價格和成本降下來。

正如云岫資本合伙人兼CTO趙占祥所言，“這可以看成傳達的潛臺詞是向碳化硅產業(yè)表示，目前價格太貴，且有效產能太小?！?/span>

因此，對于碳化硅產業(yè)不必過分擔憂。事實上，碳化硅巨頭正忙著擴產并購，無論是Wolfspeed、意法半導體、英飛凌、安森美，還是國內產業(yè)鏈公司都在積極推進建廠、驗證等工作。

同時，SiC也是2022年各大企業(yè)的營收增長利器，各大企業(yè)紛紛表示會繼續(xù)提高對SiC的投資。

意法半導體表示，SiC產能擴產預計將占2023全年資本主要支出；Wolfspeed預計在2024年前將SiC產能擴充30倍，計劃2027財年實現(xiàn)SiC市場40億美元營收；英飛凌預計到2027年將產能增加10倍。

安森美半導體表示2023年的SiC產能已經銷售一空，收入預計將從2022年的3億美元增加到10億美元大關。未來三年，安森美將為SiC提供40億美元的承諾收入，為了達成目標，安森美已經將生產SiC的晶圓廠產能翻了一番，并計劃在2023年再次翻番，然后在2024年再次翻番。

三菱電機宣布將之前宣布的截至2026年3月的投資計劃翻一番，達到約2600億日元，主要用于建設新的晶圓廠，以增加SiC功率半導體的生產；羅姆也表示，預計2025年能將SiC產能相比2021年提升6倍。

此外，以三安光電、比亞迪半導體、斯達半導體、中車時代、泰科天潤、華潤微、士蘭微、基本半導體、派恩杰等在內的本土廠商，也正在邁向SiC功率半導體“芯”征程。

可見，整個產業(yè)未有停下腳步的跡象，SiC市場前景仍然非常樂觀。

TrendForce集邦咨詢在調研報告中預測，隨著上述企業(yè)擴產與應用市場的明朗化，預計將推動2023年整體碳化硅功率元件市場產值達22.8億美元，年成長41.4%。至2026年碳化硅功率元件市場產值可望達53.3億美元。市場前景廣闊。

能看到，行業(yè)大廠都在大舉投入碳化硅產能建置。盡管特斯拉的聲明引起行業(yè)轟動，但產業(yè)鏈廠商的動態(tài)足以說明，SiC 市場前景仍然非常樂觀。

那么，推動SiC市場快速增長的原因有哪些？我們來看一下。

02

為何看好碳化硅市場？

汽車架構變革，需求激增

作為第三代半導體材料，碳化硅相較于硅材料，具有大禁帶寬度、高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導率、高抗輻射等特點，適合制造高溫、高壓、高頻、大功率的器件。

在應用場景方面，電動汽車是碳化硅最大的下游應用市場，涉及到功率器件的應用包括電驅、OBC、DC/DC和非車載充電樁等。其中，碳化硅器件主要應用于電驅中的主逆變器，能夠顯著降低電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，提高功率密度。微型輕量化的SiC器件還可以減少因車輛本身重量而導致的能耗。

這些優(yōu)勢已在特斯拉Model 3的設計中得到了很好的體現(xiàn)，給每輛車帶來了500-1000美元的成本節(jié)約。

SiC憑借優(yōu)良特性正在成為各大車廠追捧的香餑餑，目前全球有超過20家車企在車載充電系統(tǒng)中使用碳化硅。

TrendForce指出，目前電動車用芯片約1000顆，其中30 顆為第三代半導體元件（絕大多數(shù)為SiC）。未來車用功率元件將持續(xù)成長，預估第三代半導體器件的需求也會大幅增長，至少將達到100顆的規(guī)模。

800V架構趨勢下

SiC加速取代硅基IGBT

另一方面，快充是汽車另一個大規(guī)模增長領域。

隨著過去幾年電動汽車的發(fā)展趨勢，更長的續(xù)航里程是客戶的主要需求之一。然而，這反過來又產生了對快速直流充電的需求，以減少在充電站的等待時間。800V EV是滿足需求的解決方案，并已經從2021年開始滲透市場。

如果說800V會是未來新能源汽車市場的主流，那么碳化硅猶如催化劑，可以將800V高壓平臺的優(yōu)勢釋放得更加充分。這也就是SiC器件發(fā)揮重要作用的地方。

尤其是在800V架構之下，硅基IGBT已經達到性能的極限，能耗大幅上升，很難滿足主驅逆變器的技術需求，碳化硅取代硅基IGBT成為不可逆的趨勢。

在800V架構下，采用碳化硅器件優(yōu)勢明顯：

首先，碳化硅器件可以大幅減少電池的成本或提升電池續(xù)航能力。業(yè)界普遍認為，單純將IGBT替換為碳化硅，主驅逆變器的效率能提升5%-10%，前不久理想汽車在電話會議中提到，800V+SiC可以將效率提升15%。以2021年電池成本132美元/kWh來算，假設采用碳化硅將效率提升10%，那么一輛100kWh的電動汽車，在同樣的續(xù)航里程情況下，電池成本可以節(jié)省1320美元。

其次，盡管碳化硅器件的成本比硅基IGBT高，但是由于節(jié)省無源元器件、冷卻系統(tǒng)等成本，整體主驅逆變器的系統(tǒng)綜合成本卻比硅基方案系統(tǒng)成本更低。

另外，碳化硅還有助縮小驅動電機的尺寸和重量。由于碳化硅的頻率比硅基IGBT更高，因此汽車廠商轉而采用高速電機可將電機重量減少三分之一左右。

同時，IGBT近期出現(xiàn)較大程度缺貨，不僅價格連漲，業(yè)界更以“不是價格多高的問題，而是根本買不到”來形容缺貨盛況。DIGITIMES數(shù)據更是表示，IGBT缺貨問題至少在2024年中前難以解決，這也給碳化硅器件替代IGBT提供了更多機會和時間窗口。

綜合來看，SiC功率器件憑借上述特點和優(yōu)勢，正在成為電動汽車性能致勝的一大依賴技術， SiC芯片供應商正成為車企爭相綁定的“寵兒”。

碳化硅成本高的“表”與“里”

此外，成本高一直是碳化硅被吐槽的弊病。因為碳化硅在生產環(huán)節(jié)存在單晶生產周期長、環(huán)境要求高、良率低等問題，碳化硅襯底的生產中的長晶環(huán)節(jié)需要在高溫、真空環(huán)境中進行，對溫場穩(wěn)定性要求高，并且其生長速度比硅材料有數(shù)量級的差異。因此，碳化硅襯底生產工藝難度大，良率不高。這直接導致了碳化硅襯底價格高、產能低的問題。

從成本角度來看，有數(shù)據統(tǒng)計，2016年6英寸碳化硅襯底的價格在2萬元左右，現(xiàn)在最便宜的單價是6000元左右，行業(yè)巨頭Wolfspeed的單價仍高達1.3萬元。雖然其價格呈逐年下降趨勢，但對比硅材料還是有著很大差距，對應到成品器件上也是如此。

中科院電工所這張SiC MOSFET和IGBT價格對比圖也鮮明地說明了這一點。

然而，在車企眼中，“碳化硅貴”只是一個局部問題，在系統(tǒng)層面它反而可以節(jié)省成本。

上文有提到，盡管單獨看車規(guī)級碳化硅芯片的成本有所增加，但使用碳化硅器件節(jié)省的電池、被動元器件、冷卻系統(tǒng)等系統(tǒng)成本，會超過增加的成本，同時使用效率和用戶體驗也有明顯的提升。這也是未來車規(guī)級碳化硅芯片會在需求端持續(xù)高速增長的關鍵原因之一。

與此同時，業(yè)界也正在從諸多途徑來嘗試進一步降低成本，包括新型晶體生長法、高效率晶圓加工技術，以及晶圓尺寸邁向8英寸。

與硅基晶圓發(fā)展路徑相同，未來碳化硅襯底也將持續(xù)提升晶片尺寸，降低單位面積芯片成本，推進碳化硅器件的成本下降。

據Wolfspeed數(shù)據，在相同尺寸的芯片下，8英寸襯底片可切出的芯片數(shù)量相比6英寸襯底片提高約90%，同時降低約7%的邊緣浪費，帶來生產力和效率的大幅提升。伴隨著尺寸擴張帶來的規(guī)模效應以及自動化產線帶來的相關成本的降低，Wolfspeed預計至2024年，8英寸襯底帶來的單位芯片成本相較于2022年6英寸襯底的單位芯片成本降低超過60%，這將持續(xù)推進碳化硅產品的降價，加速對硅基器件的替代。

碳化硅襯底尺寸越大、良率越高，其單位成本就越低。當前國內SiC襯底的主流尺寸為4或6英寸，而Wolfspeed、ST等國際大廠早已開始或已經實現(xiàn)8英寸襯底的量產。擴徑有著極高的技術壁壘，不同尺寸的SiC襯底之間有大約5年的差距。

在Yole的功率SiC預測中，6英寸仍將是未來五年的領先平臺。但在降低成本及更大晶圓直徑的拉動下，8英寸SiC晶圓被認為是擴大生產規(guī)模的關鍵步驟，目標顯然是提高產量并在下一輪競爭中獲得優(yōu)勢。

同時在這個過程中，碳化硅材料和整體器件成本有望顯著下降，提升下游客戶的替代意愿，進而拉升碳化硅功率器件的市場滲透率。

綜合以上幾點因素來看，碳化硅市場即將迎來加速擴張階段。但有一點需要明確的是，SiC盡管有諸多性能優(yōu)勢，但其并不能全面替代硅基器件，因為很多優(yōu)勢在消費類電子產品中并不明顯，并且很多領域并不需要特別高的器件性能就能實現(xiàn)功能滿足。相反地，SiC晶圓制備困難、產量低、成本高，且刻蝕困難等原因也是其發(fā)展的阻礙要素。

因此，SiC在可預見的未來并不會全面替代硅材料，兩者將長期并存、交叉互補。

03

國產碳化硅奮起，彎道超車好機遇？

TrendForce表示，目前車用SiC功率元件市場，主要由歐美IDM大廠掌控，關鍵供應商意法半導體、安森美半導體、Wolfspeed、英飛凌及羅姆等在此領域深耕已久，與各大車企及Tier1廠商互動密切。

但是在蓬勃發(fā)展的電動汽車需求和半導體自給自足的長期目標的推動下，中國也在致力于發(fā)展SiC產業(yè)。早在2021年3月發(fā)布的最新五年計劃（2021-2025）中，北京就將SiC確定為“第三代半導體”中最有前途的技術之一，認為碳化硅對中國的“新基建”至關重要。

SiC在中國的發(fā)展勢頭源于強勁的電動車需求。自從比亞迪在2020年推出漢EV——中國第一輛基于SiC主逆變器的電動車以來，從蔚來、小鵬這些造車新勢力到上汽、北汽、吉利等眾多中國電動車OEM正在推出基于SiC器件的車型，這也給本土供應商提供了新的發(fā)展機會。

從產業(yè)模式看，與國外產業(yè)鏈主要以縱向多環(huán)節(jié)整合為主不同，國內產業(yè)鏈相對較為分散，除三安光電以及中電科下屬研究所采用產業(yè)鏈全覆蓋模式之外，更多廠商選擇專注于產業(yè)鏈中某個特定環(huán)節(jié)。

目前我國碳化硅產業(yè)整體處于早期階段，但本土企業(yè)已開始加大布局力度，在技術升級與下游客戶導入上均實現(xiàn)突破，國產替代正有序推進。雖然缺乏領先的IDM企業(yè)，但國產廠商在SiC襯底、外延片、器件和封裝方面都有很好的定位，可以通過利用整體制造能力來彌補不足。

相較國外的碳化硅公司，國內的相關企業(yè)更具備彎道超車的優(yōu)勢，這點從材料、芯片和模塊等產品角度也能看到，雙方差異遠沒有傳統(tǒng)硅產業(yè)那么大，只是在產能和晶圓規(guī)模上還有不少需要追趕的空間，首要目標還是解決產能被預訂一空的問題。在打通上下游產業(yè)鏈的前提下，中國的汽車、工業(yè)與儲能作為當前市場經濟下仍然維持穩(wěn)健的態(tài)勢，這對碳化硅產業(yè)的普及提供更多機遇。

從行業(yè)競爭角度來看，美歐日為主導，海外廠商例如Wolfspeed已突破8英寸節(jié)點，國內企業(yè)還處于4、6英寸襯底導入階段。但是國內企業(yè)目前正在加速追趕，不斷突破襯底材料、外延、芯片和封裝測試瓶頸，開發(fā)新工藝和新技術，降低材料的缺陷密度、提高產品良率和降低成本，專利和市占率持續(xù)提升，國內碳化硅產業(yè)化帶有“學研”基因極為突出。

同時，資本市場已經開始采取長線策略，近期不少碳化硅相關的公司在投融資上的動作都不小。據財聯(lián)社創(chuàng)投通數(shù)據顯示，2022年至今，碳化硅領域一級市場累計完成73起投資。其中，國資LP方面，來自深圳、蘇州、上海和杭州的國資機構尤為活躍，并傾向于投資支持本地的碳化硅相關企業(yè)的融資發(fā)展。

對于一個正處于產業(yè)化起步加速階段的行業(yè)來說，勢必需要更多更持續(xù)的資本投入，才能繼續(xù)攪動整個市場。從2023年的碳化硅投融資現(xiàn)狀來看，無論是頭部企業(yè)還是初創(chuàng)公司，仍在享受著資本注入帶來的快速發(fā)展紅利。

04

結語

盡管特斯拉減量碳化硅一事鬧得沸沸揚揚，但碳化硅產業(yè)鏈廠商在擴產以及與車企合作方面依舊頻繁。

可見，碳化硅在電動汽車市場的應用不會受到影響。碳化硅領域企業(yè)紛紛將電動汽車列為企業(yè)的戰(zhàn)略方向，這也從側面說明，碳化硅器件相較于硅基器件，依然為電動汽車電驅動方案的最優(yōu)解。碳化硅器件能夠提升電動汽車的續(xù)航里程、縮短充電時間，在高溫高頻環(huán)境下保持更好的穩(wěn)定性，進而提升電動汽車的整車性能。

若未來碳化硅的成本能夠進一步降低、產品良率和產能供給提升，碳化硅相較硅基器件的各項性能優(yōu)勢會促使碳化硅器件成為車規(guī)領域的主流產品。

從另一個角度來看，如果特斯拉真的要減少碳化硅器件用量，這反而會使得碳化硅器件供應商能夠服務更多的汽車企業(yè)，其他車企的主流車型將較少受限于碳化硅器件的產能供應，導入碳化硅的節(jié)奏也會加快。

這將進一步推動碳化硅技術的進步和普及，為碳化硅行業(yè)的發(fā)展提供新的前進方向和路徑，有利于碳化硅在汽車更廣泛領域的普及化應用。

總而言之，特斯拉“風波”，并沒有給碳化硅產業(yè)帶來不利影響，甚至在行業(yè)的聚焦下更增添了幾分熱度。