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2022-01-10 第三代半导体风向
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▲ 双向OBC将成为新能源汽车标配,而OBC用碳化硅是最划算的,因此未来对碳化硅的需求非常乐观。

▲ 派恩杰现阶段将把大部分产能用于保障OBC的供应,未来三年将大幅扩充SiC产能,相比过去三年预计将增长超过8倍。

▲ 目前,只有派恩杰等2家国内企业通过车企OBC碳化硅测试,国产SiC MOSFET进展慢主要遭遇了3道门槛。

▲ 全球汽车级碳化硅供给紧张,缺口高达100万片,目前某龙头企业的SiC MOSFET交期长达560天。

整车厂对OBC的要求是主要是成本低、尺寸小。成本方面,相比硅系统,采用SiC系统可以帮助OBC节省20%成本;尺寸方面,SiC系统不仅可以将功率器件和栅极驱动的数量减少30%以上,而且碳化硅高频特性的好处在于可以使用高速电机,电机重量可以减少66%。同时,对于消费者来说,由于SiC 系统在3 kW/L的功率密度下可实现 97%的峰值系统效率,因此消费者每年平均可以节省40美元(约255元人民币)的电费,当然也更环保。

据了解,1个OBC通常要用到1-3个SiC模块,每个模块通常需要用到4-6颗SiC MOSFET,因此随着新能源汽车渗透率不断攀升,OBC对SiC MOSFET的需求也将大幅提升。国产OBC的出货量全球领先,这也将有利于国产SiC MOSFET的导入。以得润为例,2020年他们的OBC在欧洲市场出货约20万套,市占率近15%,他们未来的目标是拿下全球近20%的市场份额。中国市场更是本土OBC企业的“天下”,根据EV时代数据,2021上半年国内OBC装机量为99.0679万套,前10大企业依次是威迈斯、新美亚、弗迪动力、富特科技、铁城科技、力华集团、欣锐科技、科士达-华阳、台达电子、麦格米特,而威迈斯、新美亚和比亚迪合计占45.0%的份额。据黄兴介绍,目前派恩杰的大部分产能都将用于保障OBC订单的交付,他们将扩产产能,预计未来三家的出货量相比过去三年将增长8倍。

随着派恩杰供货OBC,国产SiC MOSFET在“上车”路上找到了第一个落脚点,这将加速国产SiC MOSFET技术的成熟,以及它在电驱逆变器中的渗透。但尽管如此,其他国产SiC要顺利上车并不容易。


蔚来高级副总裁曾澍湘前段时间表示,他们的电驱碳化硅模块主要采用进口产品,还没有任何国产化的成分。黄兴告诉“三代半风向”,尽管已有多家国产碳化硅企业在向比亚迪、小鹏等车企送样,但目前只有2家企业通过国内车企OBC碳化硅测试,“派恩杰是唯一一家国内创业公司,另一家是央企”。

目前国产SiC二极管在很多领域的应用已经铺开,而汽车专用的碳化硅模块还有待技术的开发和验证。黄兴认为,国产SiC MOSFET发展较慢主要有3道门槛。首先,全球第一款商用SiC MOSFET发布于2011年,整个行业相对较新,因此存在许多难点有待进一步去攻克,其中碳化硅材料模型数据的缺失是最为关键的。目前为止,很多商用的软件对碳化硅电子迁移率、雪崩击穿、栅氧生长等方面的仿真预测都不够准确,这就给SiC MOSFET设计带来了很大的难度。而派恩杰的SiC MOSFET之所以能够率先“上车”,主要得益于他们在碳化硅材料模型方面的长期技术积累,极大地缩短了设计开发的时间,据介绍,派恩杰fab端的器件良率在99%以上。其次,研发费用非常高。据黄兴提供的数据,同样尺寸的硅基MOS晶圆成本约为500元/片,而SiC MOSFET晶圆需要3万元/片。开发一个料号(200片)的硅基MOS预算仅10万元,而相比之下,SiC MOSFET需要600万元以上。如果要开发几十款料号,SiC MOSFET成本就急剧飙升,而且由于数据模型的缺失,一旦SiC MOSFET流片失败,产生的研发浪费将非常高。第三,SiC MOSFET的迭代速度也很关键。由于SiC MOSFET加工难度比较大,很多工厂不具备条件,会极大地限制企业的研发速度,这是目前很多公司很难推出成熟产品的重要原因之一。

黄兴透露,派恩杰与全球体量最大的碳化硅代工厂X-Fab达成了深度的合作,X-Fab在工程级迭代周期上,给了派恩杰很大的支持,使得他们的产品可以迅速迭代。据介绍,截至目前,派恩杰已经发布了50余款650V/1200V/1700V SiC SBD、SiC MOS器件产品。2020年重点推出了应用于OBC的650V SiC MOSFET,2021年2月发布了应用于汽车电驱的1200V SiC MOSFET。


与此同时,国内SiC MOSFET上车之路还有2大瓶颈有待打破。黄兴告诉“三代半风向”,目前几乎所有的汽车品牌都明确表示要采用碳化硅技术,“仅中国汽车市场每年的SiC需求量就至少需要100万片”。但是全球SiC产能严重不足,据他估算,而全球碳化硅供给缺口高达100万片。“据我们了解,目前某国际龙头企业的SiC MOSFET交期刚刚从52周延长到80周(560天)”,黄兴认为,现在碳化硅供应链资源相对比较稀缺,全球产能仅供汽车领域都不够了,为此汽车厂商都在争抢供应链资源。黄兴认为,目前主要产能瓶颈在于碳化硅材料端,他呼吁器件企业要与中国本土碳化硅材料厂商开展深度合作,在材料研发、相关测试、验证上进行协同创新,帮助原材料厂商释放产能。此外,国内碳化硅上车比较缺失的部分还包括碳化硅功率模块。黄兴表示,碳化硅的高频、高速、低功耗特性对功率模块设计提出了非常高的要求,传统的功率模块设计已经很难适用。据了解,派恩杰的车用碳化硅模块研发已经取得较大的进展,正着力选址建造车用碳化硅模块封装产线。

“我们现在预计2022年初动工,到2022年底大概会有样品出来”,黄兴表示,2022年下半年,派恩杰的产能将大大提升。他表示,派恩杰将利用自身在芯片方面的优势,从材料的挑选、芯片的筛选,到模块设计,联合上下游建一整套完整的可靠性数据模型,让碳化硅模块更符合车规要求。除了汽车市场外,黄兴还在储能、工业等领域看到了很多的新兴的增量市场,为此,展望2022年时,他表示,除了要加强供应链合作、保障产能爬坡和供应交付外,派恩杰将继续挖掘碳化硅更多应用潜力,对产品技术进行创新迭代,同时致力于本土人才的培养,扩展全球市场的战略布局。

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    本文由ChangeArmy转载自第三代半导体风向,原文标题为:车规SiC缺口超100万片?一企业出货量或增800%,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

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