SiC功率器件發展分析

目前大多數車企的首選方案是高電壓快充方案(800V)，由于IGBT已經達到硅基材料的物理極限，難以滿足新能源汽車未來提高續航能力、減輕汽車重量、縮短充電時間等要求，碳化硅器件在未來存在明顯優勢。


1. 不同功率器件的特性及適用場景


功率器件根據其不同的特性有不同的應用范圍。

SiC器件能夠適應更復雜的工作環境。

 

高壓平臺下SiC功率器件性能優勢更加明顯：一方面，在800V 平臺下SiC 器件損耗顯著低于IGBT，在常用的25%的負載下其損耗低于IGBT 80%；另一方面，在400V電壓平臺下，SiC能夠比IGBT器件擁有2-4%的效率提升，而在750V電壓平臺下其提升幅度則可增大至3.5%-8%。


2. SiC功率器件市場將迎高速發展


碳化硅功率器件憑借耐高壓、耐高溫的特點，可有效地應用于新能源汽車等領域，預計2025年碳化硅功率器件的市場規模將增長至48.32億美元，其中52%將會應用于汽車領域。碳化硅功率器件市場的高速增長也將推動導電型碳化硅襯底的需求釋放。


光伏發電打開碳化硅襯底市場空間


采用碳化硅器件可有效提高光伏發電轉換效率：碳化硅MOSFET 或碳化硅MOSFET 與碳化硅SBD 結合的功率模塊的光伏逆變器，轉換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設備循環壽命提升50倍。


越來越多的公司投資碳化硅光伏逆變器，預計在2048 年，光伏逆變器中碳化硅功率器件占比可達85%。




3. SiC功率器件在新能源汽車系統不同組件中的應用情況


正是由于SiC功率器件的諸多特性，才使其可以在混合動力及純電動車中大范圍的應用。新能源汽車系統架構中涉及到功率半導體應用的組件包括：電機驅動系統、車載充電系統(OBC)、電源轉換系統(車載 DC/DC)和非車載充電樁，


電機驅動系統：碳化硅功率器件主要應用于新能源汽車電機驅動系統中的電機控制器，可減小電力電子系統體積、提高功率密度等。

 

4. 企業布局：多企業布局SiC功率器件


近年來，越來越多的整車企業開始布局碳化硅功率器件，如蔚來、江淮、比亞迪、一汽集團、吉利汽車等在內的多家企業，加速SiC功率器件相關布局。


蔚來：計劃2022年一季度開始交付的蔚來首款轎車ET7，該車將是全球首款應用碳化硅功率模塊的電動車之一。在新技術的支持下，ET7的續航里程能夠超過1000公里。


江淮：2021年4月江淮汽車與博世動力總成系統中國區在上海簽訂了SiC逆變器方面的戰略協議。


比亞迪：比亞迪擴建模塊式生產線，對外招標采購SiC分選機和SiC測試機；計劃到2023年，在旗下所有電動車中用SiC功率半導體全面替代IGBT。2021年6月30日，比亞迪半導體上市申請獲受理，計劃投資31億元建設3個項目，其中包括建設SiC晶圓生產線。該項目總投資超過7.3億，年產能達到24萬片。


一汽：一汽集團合資企業蘇州億馬半導體的碳化硅模塊項目正式投產，一期投資2億元。


吉利：2021年8月，吉利汽車宣布此阿勇羅姆SiC器件，吉利將利用羅姆的先進SiC功率解決方案，開發高效電控系統和車載充電系統。2021年5月旗下威睿電動與SiC功率廠商芯聚能合資成立廣東芯粵能半導體，布局車規級功率半導體，與芯聚能產業鏈上下形成聯動。