自從2016年4月，特斯拉打響了SiC MOSFET的第一槍之后，SiC成為半導(dǎo)體廠商激烈涌進(jìn)的熱門(mén)賽道，SiC也在加速進(jìn)入汽車。近來(lái)，我們發(fā)現(xiàn)有越來(lái)越多的車廠陸續(xù)開(kāi)始與SiC廠商簽訂合作，尤其是此次“缺芯”帶來(lái)的重?fù)簟?/p>
他們都與哪些SiC企業(yè)合作呢？這就要看下全球SiC產(chǎn)業(yè)的格局。當(dāng)下SiC主要由歐美日把持，美國(guó)全球獨(dú)大，全球SiC產(chǎn)量大部分來(lái)自于美國(guó)的Cree、Ⅱ-Ⅵ；歐洲則以SiC襯底、外延、器件為主，代表公司有英飛凌、意法半導(dǎo)體等；日本在設(shè)備和模塊方面較具優(yōu)勢(shì)，典型企業(yè)有羅姆、三菱電機(jī)、富士電機(jī)等。這些實(shí)力較為雄厚的SiC大廠成為車廠所依賴的對(duì)象。還包括一些Tier 1的大廠，如博世、德國(guó)大陸等，這些Tier 1廠商都紛紛推出了電驅(qū)動(dòng)模塊，且部分已經(jīng)量產(chǎn)落地，憑借自身在機(jī)械制造領(lǐng)域的深厚經(jīng)驗(yàn)，在電機(jī)、減速器領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)較為明顯。而國(guó)內(nèi)的一些SiC企業(yè)也開(kāi)始加入這個(gè)行列，漸漸分得一杯羹。
抱緊SiC巨頭的大腿
近日，Wolfspeed（前身為 Cree）宣布，公司已經(jīng)與通用達(dá)成了SiC供應(yīng)協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，通用汽車打算在其基于 Ultium Drive 的下一代電動(dòng)汽車中轉(zhuǎn)向更節(jié)能的碳化硅電力電子設(shè)備。作為協(xié)議的一部分，通用汽車將參與Wolfspeed供應(yīng)保證計(jì)劃 （WS AoSP），旨在為電動(dòng)汽車生產(chǎn)提供國(guó)內(nèi)、可持續(xù)和可擴(kuò)展的材料。協(xié)議指出，通用所需的碳化硅功率器件解決方案將在國(guó)內(nèi)采購(gòu)，在 Wolfspeed 位于紐約馬西的新莫霍克谷工廠生產(chǎn)。
而在此之前，2019年5月，Cree 宣布就被大眾選為“未來(lái)汽車供應(yīng)軌跡”的碳化硅合作伙伴；此外，英飛凌也是大眾FAST項(xiàng)目戰(zhàn)略合作伙伴，他們的合作點(diǎn)集中在大眾MEB電力驅(qū)動(dòng)控制解決方案中的功率模塊。
據(jù)悉Wolfspeed已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)達(dá)成了總額超過(guò) 13 億美元的多年長(zhǎng)期材料協(xié)議，憑借總額超過(guò) 150 億美元的器件管道（pipeline），以及比之前的設(shè)施計(jì)劃大 30 倍的產(chǎn)能增加。Wolfspeed正在推進(jìn)多個(gè)產(chǎn)業(yè)從Si到SiC的重要轉(zhuǎn)型。
Wolfspeed這個(gè)名字是Cree最近修改的，在過(guò)去六年中它是該公司的碳化硅材料品牌，Wolfspeed 的名字“既體現(xiàn)了狼的高貴品質(zhì)——領(lǐng)導(dǎo)力、智慧和耐力——以及速度，其特點(diǎn)是公司創(chuàng)新和運(yùn)營(yíng)的速度……”。Cree這幾年陸續(xù)剝離了三分之二的業(yè)務(wù)，將重心放在了SiC技術(shù)和生產(chǎn)上。
據(jù)Wolfspeed 晶圓廠運(yùn)營(yíng)高級(jí)副總裁 Rex Felton 表示，“無(wú)論何時(shí)你與三大汽車制造商達(dá)成任何部分的協(xié)議，這種承諾都代表著一大步，” Felton稱?！斑@證明了該行業(yè)致力于提供非常創(chuàng)新的電氣化解決方案，而碳化硅是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的核心。”“我們已經(jīng)在用汽車產(chǎn)品填充工廠的產(chǎn)能道路上走得很好，但這對(duì)于完全填滿它，我們還有很長(zhǎng)的路要走，”Felton 說(shuō)?！岸椅艺J(rèn)為肯定會(huì)引起更多行業(yè)參與者對(duì)我們碳化硅解決方案的關(guān)注。”
據(jù)悉，碳化硅功率器件解決方案將在Wolfspeed 位于紐約馬西的具有200 毫米能力的莫霍克谷工廠生產(chǎn)，這是世界上最大的碳化硅制造工廠。這個(gè)最先進(jìn)的工廠將于 2022 年初啟動(dòng)。
再往前追溯，從1980年代起，豐田旗下的豐田中央研究所就開(kāi)始和電裝共同推進(jìn)SiC的研究，2007年豐田開(kāi)始參與到開(kāi)發(fā)中。去年4月，電裝和豐田合資成立MIRISE，進(jìn)行下一代先進(jìn)車載半導(dǎo)體的研究和開(kāi)發(fā)。
豐田認(rèn)為，影響混合動(dòng)力車燃效的各因素中，大約20％的電力損耗是功率半導(dǎo)體造成的。因此，功率半導(dǎo)體的高效率化是提高燃效的關(guān)鍵技術(shù)之一。自主開(kāi)發(fā)功率半導(dǎo)體，提高車輛的效率，非常必要。這幾年，豐田也正在將主要電子元件業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到電裝。此舉足以顯示出他們對(duì)車載半導(dǎo)體的重視。
2018年3月，上汽和英飛凌成立合資企業(yè)上汽英飛凌汽車功率半導(dǎo)體（上海）有限公司；此后也有外媒報(bào)道，上汽正在探索如何確保其碳化硅芯片供應(yīng)途徑，包括與零組件制造商組建合資企業(yè)。
2019年9月，意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）被選中為即將上市的電動(dòng)汽車中的雷諾-日產(chǎn)-三菱（聯(lián)盟）提供高效碳化硅（SiC）電力電子設(shè)備，用于車載充電器（OBC）。作為雷諾-日產(chǎn)-三菱選擇的SiC技術(shù)合作伙伴，ST將提供設(shè)計(jì)支持，以幫助最大化OBC性能和可靠性。
2021年6月，雷諾集團(tuán)和意法半導(dǎo)體又宣布，雙方達(dá)成了戰(zhàn)略合作，意法半導(dǎo)體將確保在2026-2030年滿足雷諾的寬禁帶（第三代半導(dǎo)體）器件產(chǎn)量需求。同時(shí)，雙方還將合作開(kāi)發(fā)高效、尺寸合適的SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）技術(shù)和產(chǎn)品，以提高電動(dòng)和混動(dòng)汽車的功率性能。
2021年8月，羅姆透露，已與中國(guó)汽車大型企業(yè)吉利汽車在節(jié)能性高的新一代半導(dǎo)體領(lǐng)域展開(kāi)技術(shù)合作。據(jù)稱，吉利將在目前處于開(kāi)發(fā)階段的純電動(dòng)汽車（EV）的核心系統(tǒng)中采用羅姆生產(chǎn)的新一代半導(dǎo)體，另外雙方今后還將在該領(lǐng)域推進(jìn)共同開(kāi)發(fā)。早在2020年2月，日本電動(dòng)汽車企業(yè)GLM 宣布，與羅姆開(kāi)發(fā)碳化硅800V系統(tǒng)。本田汽車公司、日產(chǎn)汽車公司也均和羅姆公司就HEV／EV應(yīng)用SiC半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行了多年的合作研究。
Tier 1廠商也成為香餑餑
而除了這些傳統(tǒng)的SiC巨頭，汽車Tier 1廠商也成為車企的合作對(duì)象。譬如博世于2019年10月在德國(guó)正式宣布其開(kāi)始碳化硅相關(guān)業(yè)務(wù)，生產(chǎn)基地位于德國(guó)羅伊特林根，主要來(lái)生產(chǎn)碳化硅的晶圓以及MOSFET。德國(guó)大陸集團(tuán)子公司Vitesco Technologies（緯湃）在電控領(lǐng)域、電子領(lǐng)域有很多產(chǎn)品都是市場(chǎng)份額前三。
2021年3月25日，德國(guó)緯湃宣布，獲得現(xiàn)代汽車一份訂單，價(jià)值“數(shù)億歐元（超過(guò)7億人民幣）”，將為現(xiàn)代提供800V碳化硅逆變器。據(jù)該公司介紹，這是該技術(shù)首次“大量”成為主流，與傳統(tǒng)的400v系統(tǒng)相比，它提高了效率、充電功率和充電時(shí)間（大多數(shù)情況下僅為20分鐘）。如果這種向更高電壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變成功，我們可能很快就會(huì)看到更多制造商逐漸轉(zhuǎn)向 800 V 標(biāo)稱電壓。
緯湃科技首選羅姆半導(dǎo)體作為碳化硅（SiC）功率器件合作伙伴，緯湃科技計(jì)劃從2025年開(kāi)始量產(chǎn)首臺(tái)碳化硅逆變器，屆時(shí)市場(chǎng)對(duì)碳化硅解決方案的需求預(yù)計(jì)大幅提升。
2021年4月21日，江淮汽車與博世簽訂了碳化硅逆變器等方面戰(zhàn)略協(xié)議。雙方就400V和800V電驅(qū)系統(tǒng)、碳化硅逆變器和電驅(qū)橋全方面開(kāi)展交流合作。針對(duì)400V高速單減系統(tǒng)匹配純電輕卡項(xiàng)目在2021年雙方共同開(kāi)發(fā)協(xié)作，爭(zhēng)取2021年年底具備小批量投放市場(chǎng)條件。
博世從1970年開(kāi)始就已經(jīng)在做半導(dǎo)體相關(guān)的產(chǎn)品。在汽車領(lǐng)域，從最初的ASICS，到傳感器再到功率半導(dǎo)體，以及到最新的碳化硅的功率半導(dǎo)體，博世正在逐漸壯大自己，此次缺芯，博世也深感危機(jī)，投資10億歐元自建12英寸晶圓廠，主要生產(chǎn)專用集成電路（ASICs）和功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，工藝節(jié)點(diǎn)主要在65nm。
國(guó)產(chǎn)SiC廠商嶄露頭角
面對(duì)如此龐大的需求，在國(guó)內(nèi)車企的大力支持和勇敢試錯(cuò)的情況下，國(guó)內(nèi)SiC廠商也被推上了潮頭。
2016年12月，北汽新能源與中車時(shí)代簽署戰(zhàn)略協(xié)議，重點(diǎn)圍繞IGBT模塊、碳化硅等技術(shù)進(jìn)行合作。目前中車時(shí)代電氣域建有6英寸SiC（碳化硅）的產(chǎn)業(yè)化基地，據(jù)《湖南日?qǐng)?bào)》報(bào)道，中車時(shí)代電氣擁有目前國(guó)際SiC（碳化硅）芯片生產(chǎn)線的最高標(biāo)準(zhǔn)。
2020年9月29日，三安集成與金龍新能源簽署戰(zhàn)略協(xié)議，共同推進(jìn)碳化硅功率器件在新能源客車電機(jī)控制器、輔驅(qū)控制器的樣機(jī)試制以及批量應(yīng)用。今年6月23日，三安光電宣布總投資160億元的湖南三安半導(dǎo)體基地一期項(xiàng)目正式點(diǎn)亮投產(chǎn)，將打造國(guó)內(nèi)首條、全球第三條碳化硅垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)悉，該產(chǎn)線可月產(chǎn)3萬(wàn)片6英寸碳化硅晶圓。
2020年11月18日，精進(jìn)電動(dòng)發(fā)布了車用碳化硅控制器，并透露獲得了大眾TRATON的批量訂單；其自主研發(fā)的碳化硅（SiC）控制器具有高開(kāi)關(guān)頻率，高效率，高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。并采用精進(jìn)電動(dòng)的最新輔助電源系統(tǒng)專利技術(shù)。此功能可確保在24V低壓丟失時(shí)車輛安全行駛。該產(chǎn)品適用于中、高電壓等級(jí)的乘用車、商用車以及物流車等。
另外，據(jù)基本半導(dǎo)體總經(jīng)理和巍巍在2020年透露，他們和一汽、北汽、華域、藍(lán)海華騰進(jìn)行合作。其車規(guī)級(jí)碳化硅模塊在2019年第四季度已開(kāi)始上車測(cè)試；2021年，廣東芯聚能半導(dǎo)體有限公司總裁周曉陽(yáng)表示，國(guó)產(chǎn)新能源車開(kāi)始引入碳化硅MOSFET到主驅(qū)上，反應(yīng)良好。
結(jié)語(yǔ)
很顯然，現(xiàn)在碳化硅已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外車廠的布局重點(diǎn)，相信未來(lái)會(huì)有很多車企將加強(qiáng)與SiC廠商的合作，例如小鵬汽車希望與產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴，共同推進(jìn)碳化硅在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的標(biāo)準(zhǔn)化；理想汽車創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼CEO李想曾表示，碳化硅電驅(qū)系統(tǒng)是理想汽車高壓純電平臺(tái)的四個(gè)核心技術(shù)之一。在新能源車爆火的今天，碳化硅已經(jīng)徹底被推向了技術(shù)浪潮的巔峰。
