导 读
随着电动汽车使用人数的增长，碳化硅在EV（电动汽车，Electric Vehicle）市场中越来越重要。麦肯锡统计，今年全球SiC市场约为20亿美金，预计2030年将达110亿到140亿美金，而SiC市场70%的需求都来自电动汽车。在电动汽车中，碳化硅功率器件的应用主要为两个方向，一个用于电机驱动逆变器（电机控制器），另一个用于车载电源系统，主要包括：电源转换系统（车载DC/DC）、车载充电系统（OBC）、车载空调系统（PTC和空压机）等方面。碳化硅(SiC)材料因其优越的物理特性，受到人们广泛的关注和研究。业界第一个采用碳化硅（SiC）的是特斯拉，Model 3的前后电机控制器都使用碳化硅（SiC），当特斯拉宣布Model 3.随着碳化硅的出现，市场也开始关注碳化硅最初的利基领域。那碳化硅在电动汽车领域到底起到什么作用呢？为什么会受到这么大的关注？
功率半导体器件生产经历了晶闸管、IGBT和碳化硅（SiC）三代技术，碳化硅（SiC）是目前最先进的技术，将在未来5年内成为行业主流。
SiC是碳化硅的简称，是第三代半导体材料，具有显著优势，与被称为电动汽车CPU的IGBT一样，被广泛应用于家用电器、电动汽车、高铁及城轨交通、航天航空等领域。
先说说碳化硅(SiC)的优势。
首先是功率密度的提高：众所周知汽车里面空间是非常小的，所以功率密度的提高是以后的发展趋势，SiC器件的特性可以不仅使功率半导体的封装相比较硅的方案做得更小，而且使与功率器件配套的无源器件和散热器都做得更小。
其次是系统效率的提高：比如说用在主逆变器里面，在相同功率等级下，全SiC模块的封装尺寸显著小于硅模块，同时也可以使开关损耗降低35％。在相同封装下，全SiC模块具备更高的电流输出能力，支持逆变器达到更高的功率。用SiC模块和IGBT模块相比可以提高大概5%的系统效率，对于整车厂来说的话，如果用相同的电池容量，续航里程可以高5%。
而SiC最重要的优势就是非常适合高压的应用，它耐压可达20kV。我们看到一些主流车厂已经把车的电池电压提高到了800V，以后的高压直流充电桩里面也是用的高压，在这些高压的应用里，以后SiC，特别是高压的1200V的碳化硅比硅会更有优势。
Sic这一领域的主要国际玩家有“美英法意日”，分别代指：意（法半导体 STMicroelectronics）、英（飞凌科技 Infineon）、德（北卡德罕Wolfspeed）、日（本罗姆 Rohm）和美（安森美 onsemi），这五大厂商占有全球大约70%的市场份额。
毫无疑问的“一哥”意法半导体
据Yole数据显示，意法半导体2021年碳化硅的市占率为37%，全球排名第一。意法半导体之所以能够到达碳化硅功率市场“一哥”的地位，就不得不提到其与特斯拉的天作之合了。特斯拉在Model 3车型中对碳化硅MOSFET的应用，是2018年功率半导体和碳化硅领域最引人注目的新闻之一。其中碳化硅MOSFET就是意法半导体为特斯拉定制开发的半导体器件，可能很多朋友就是从此开始进一步了解ST这家公司。据了解，搭载意法半导体的碳化硅 MOSFET 模组，也使得特斯拉的逆变器效率从Model S的82%提升至Model3的90%，并降低了传导和开关损耗，实现了续航能力的提升。而宁可亏本也要开拓市场的意法半导体，成为了在碳化硅功率器件市场中“第一个吃螃蟹的人”，牢牢掌握住了市场的主导权。
其产品线覆盖各行各业，主要有微控制器和嵌入式处理器、传感器、功率半导体器件、射频和无线通信器件、光电器件，而让广大工程师朋友们最熟悉的产品就是STM32系列，引脚兼容度高，应用场景丰富，集成度高，高性能低成本，具有丰富的学习资源，因此一推出市场，便风靡一时。
老二英飞凌穷追猛赶
根据近期的一份研报，2022年在全球碳化硅器件市场上英飞凌的市占率超过20%，与上一年持平，较2020年增加了600个基点，居于第二位。
为了维持在功率半导体领域的老大地位，英飞凌的策略是在硅基功率半导体方面保持与市场平均增速相当，同时把研发资源和资本投入倾注于碳化硅领域，追逐并赶超排名在前的意法半导体，拉开与Wolfspeed、罗姆和安森美等后来者的差距。
英飞凌的碳化硅产品供不应求。Wawer博士表示2023年的产能已经全部卖出，2024年的也是基本售完。英飞凌今年还宣布将为中国整车厂的电动汽车逆变器和车载充电机应用提供产品，合同总金额达到上亿欧元。目前已有的碳化硅订单就可使今年碳化硅产品的收入翻倍，冲击3亿欧元。英飞凌计划到本世纪20年代中期，将碳化硅功率半导体的销售额提升至10亿美元。
公司的CoolSiC系列不仅在电动汽车和新能源领域收获许多订单，还随着工业电机的re-inverterization（即以往不用逆变器的系统，现在因为性能和法规的要求改用碳化硅逆变器驱动），占据增量和存量市场。此外，部分产品也进入了新兴领域，例如机器人伺服电机、热泵和空心电机（Aircore EC Motors）。
其余三家虎视眈眈
Wolfspeed 是目前全球最大的 SiC 衬底制造商，前身为科瑞 Cree 旗下的 Wolfspeed 部门。公司成立于 1987 年，具有 30 余年的碳化硅生产经验，于 1991 年推出全球首款商 用 SiC 晶圆，2002 年推出首款 600V 商用 SiC JBS 肖特基二极管，以及在 2011 年推出全 球首款 SiC MOSFET。近年来，公司发展战略不断发生变化，将碳化硅业务作为公司未来 的主营业务，在 2019 年与 2021 年分别出售照明业务与 LED 业务，并于 2021 年 10 月将 公司名称由 Cree 更改为 Wolfspeed，从此专注于第三代化合物半导体领域的布局。尽管现在意法半导体和英飞凌的市场占比更大，但他们却需要向排名第三的企业——Wolfspeed购买碳化硅衬底。Wolfspeed首席执行官Gregg Lowe曾表示，Wolfspeed拥有30多年的历史积淀，制造了世界上约60%的碳化硅原材料，这赋予了Wolfspeed在碳化硅产业标志性的竞争优势，扩产潮接踵而至，并与知名车企形成了合作关系。
排在第四名的是日本罗姆，罗姆在2010年就收购了专做碳化硅的SiCrystal。这家碳化硅衬底供应商的中期目标是每年生产数十万片碳化硅衬底，实现上亿美元的营收，并且也开始向8英寸衬底进军，预计2023年批量生产。
第五名的安森美则抢先与客户签订了未来三年长期供应协议，总金额已达到26亿美元，其中有超过20亿美元来自电动汽车动力总成对碳化硅模块的需求，客户包括蔚来汽车和特斯拉。据悉，蔚来汽车ET7将采用安森美900V碳化硅功率模块驱动。
无论是从技术还是到应用，第三代半导体产业仍处于“起跑阶段”，创造的产值相较于第一代半导体仍难以比拟。如今，在国际大厂相继大举投资扩产，All in第三代半导体市场背后，不清楚国内产业的机会还有多大，时间窗口还有多少。
文章转载自维科网电子工程
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