近日，據(jù)韓媒報(bào)道，多名業(yè)內(nèi)人士透露，LG集團(tuán)旗下子公司硅芯片有限公司（Silicon Works）日前宣布擴(kuò)大其半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，重點(diǎn)押注碳化硅PMIC以及MCU。

據(jù)了解，硅芯片公司此前更常以其驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品被業(yè)界所熟知。此次大動(dòng)作轉(zhuǎn)向碳化硅芯片領(lǐng)域，不僅透露了其對從LG集團(tuán)分拆后的發(fā)展規(guī)劃，更是從側(cè)面印證了碳化硅正在成為汽車領(lǐng)域冉冉升起的新星。

了不起的碳化硅

碳化硅（SiC）又名碳硅石、金剛砂，是一種無機(jī)物，化學(xué)式為SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽）等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。

作為第三代半導(dǎo)體的代表，碳化硅材料具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場、高的熱導(dǎo)率、高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，因此在IGBT、MOSFET等功率半導(dǎo)體中應(yīng)用尤為廣泛。

安信證券李哲團(tuán)隊(duì)此前研報(bào)曾指出，雖然當(dāng)前功率器件仍以碳基為主，但碳化硅基器件低能量損耗、耐高壓、耐高溫等優(yōu)良特性更適合功率器件使用，漸有取代碳基器件之勢。

具體來說，碳化硅基MOSFET相較于硅基MOSFET擁有高度穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，工作溫度可達(dá) 600 ℃；擊穿場強(qiáng)是硅的十倍多，因此阻斷電壓更高；導(dǎo)通損耗比硅器件小很多，而且隨溫度變化很小；熱導(dǎo)系數(shù)幾乎是硅材料的2.5倍，飽和電子漂移率是硅的2倍，所以能在更高的頻率下工作。

正是基于這些特性，碳化硅終端市場主要為新能源車以及光伏服務(wù)，尤其在新能源車的新能源車OBC、DC/DC、逆變器、充電樁，及光伏逆變器都需要大量使用功率器件。

目前，碳化硅是發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料，世界各國對其研究非常重視，紛紛投入大量的人力物力積極發(fā)展，美國、歐洲、日本、中國等紛紛從國家層面上制定了相應(yīng)的研究規(guī)劃：

美國：2014年1月，美國總統(tǒng)奧巴馬親自主導(dǎo)成立了以SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。這一舉措的背后，是美國對以SiC半導(dǎo)體為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)力支持。

歐洲：德國英飛凌公司與歐洲17家企業(yè)共同成立Smart PM（Smart Power Management）組織，拓展碳化硅在電源和電器設(shè)備中的應(yīng)用。歐洲納米科技咨詢委員會(huì)（ENIAC）的“高效率電動(dòng)汽車計(jì)劃”則專注于碳化硅功率器件在新型電動(dòng)汽車中的應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，由英飛凌公司主導(dǎo)。

日本：日本政府在2013年就將SiC納入“首相戰(zhàn)略”，認(rèn)為未來50%的節(jié)能要通過它來實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)造清潔能源的新時(shí)代。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省積極開展碳化硅的研發(fā)及生產(chǎn)，促進(jìn)碳化硅在通訊電源、混合動(dòng)力汽車、可再生能源變頻器、工業(yè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

中國：2016年，我國國務(wù)院發(fā)布《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，其中明確提到加速第三代半導(dǎo)體材料的突破等內(nèi)容。

汽車廠商們的謀而后動(dòng)

自從2016年4月，特斯拉Tesla Model 3中率先采用了以碳化硅SiC MOSFET為功率模塊的逆變器之后，截至當(dāng)前，全球已有超過20家汽車廠商在車載充電系統(tǒng)中使用碳化硅功率器件。

碳化硅市場的火爆引發(fā)了大量半導(dǎo)體廠商的涌進(jìn)，其中份額最大的當(dāng)屬美國的Cree，根據(jù)Yole最新的報(bào)告，它占了整個(gè)SiC功率器件市場的62%。

在這些半導(dǎo)體廠商為之瘋狂之時(shí)，汽車廠商們也按耐不住沖動(dòng)了。近年來，他們動(dòng)作頻頻。

豐田

作為全球知名車廠，豐田顯然十分關(guān)注這方面。2020年4月，電裝和豐田合資成立“MIRISE Technologies”，進(jìn)行下一代先進(jìn)車載半導(dǎo)體的研究和開發(fā)。MIRISE將結(jié)合豐田在整車和電裝在零部件的經(jīng)驗(yàn)，致力于三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：功率電子、傳感器、SoC，進(jìn)一步凸顯出他們對車載半導(dǎo)體的重視。

據(jù)悉，豐田中央研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和電裝公司從1980年開始合作開發(fā)SiC半導(dǎo)體材料，2014年5月他們正式發(fā)布了基于SiC半導(dǎo)體器件的零部件——應(yīng)用于新能源汽車的功率控制單元（PCU）。

大眾

大眾汽車在功率半導(dǎo)體方面也有布局，一是Cree，它成為了大眾汽車FAST（Future Automotive Supply Tracks，未來汽車供應(yīng)鏈）項(xiàng)目SiC碳化硅的獨(dú)家合作伙伴。二是英飛凌，它成為大眾FAST項(xiàng)目戰(zhàn)略合作伙伴，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。

Cree本就是SiC材料和晶圓的國際大供應(yīng)商，大眾此次的鎖定無疑為它打開了更為廣闊的市場。英飛凌在全球MOSFET和IGBT等汽車半導(dǎo)體市場中占有率位居前三。

本田

本田汽車公司、日產(chǎn)汽車公司均和羅姆公司就HEV／EV應(yīng)用SiC半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行了多年的合作研究。本田和羅姆公司共同開發(fā)出了使用SiC半導(dǎo)體器件的高功率電源模塊，將轉(zhuǎn)換器和逆變器的二極管和晶體管全部由硅器件改為SiC器件。

福特

2015年底，福特宣布計(jì)劃為電動(dòng)汽車項(xiàng)目投資45億美元，近年來福特公司就SiC／GaN器件在混合動(dòng)力汽車上的應(yīng)用進(jìn)行了投資研究。

SiC的市場正在爆發(fā)，這一點(diǎn)毋庸置疑。Yole Développement在Power SiC 2018： Materials， Devices and Applications報(bào)告中預(yù)計(jì)，主逆變器采用碳化硅將導(dǎo)致“2017 - 2023年SiC市場復(fù)合年增長率達(dá)到108％”。

Yole發(fā)現(xiàn)，幾乎所有汽車制造商未來幾年都將在主逆變器中使用SiC。特別是，所有中國汽車OEM都在積極考慮采用SiC。

面對如此龐大的需求，國內(nèi)廠商當(dāng)然也不會(huì)錯(cuò)過，不過與巨頭相比稍顯落后。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在我國過去一年中，全國半導(dǎo)體總投資超過700億，而涉及到SiC相關(guān)的項(xiàng)目就有65億，其中不乏三安光電、中科鋼研、天通股份等企業(yè)。據(jù)相關(guān)人士透漏，目前我國在碳化硅器件方面的增速異常迅猛，特別是在節(jié)能環(huán)保的大背景下，國內(nèi)越來越多的企業(yè)開始大規(guī)模使用碳化硅器件。

在龐大的市場需求推動(dòng)下，國內(nèi)都涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的甚至在全球市場都有一席之地的企業(yè)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)接近實(shí)現(xiàn)全國產(chǎn)替代。據(jù)悉，在SiC功率器件研發(fā)制造方面，國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)有楊杰電子、基本半導(dǎo)體、蘇州能訊高能半導(dǎo)體、株洲中車時(shí)代、中電科55所、三安光電等。

作為汽車企業(yè)，比亞迪也正在積極布局碳化硅。據(jù)悉，比亞迪已投入巨資布局第三代半導(dǎo)體材料SiC，并將整合材料（高純碳化硅粉）、單晶、外延、芯片、封裝等SiC基半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈，致力于降低SiC器件的制造成本，加快其在電動(dòng)車領(lǐng)域的應(yīng)用。

在近日的報(bào)道中，比亞迪半導(dǎo)體產(chǎn)品總監(jiān)楊欽耀表示，比亞迪車規(guī)級的IGBT已經(jīng)走到5代，碳化硅MOSFET已經(jīng)走到3代，第4代正在開發(fā)當(dāng)中。目前在規(guī)劃自建產(chǎn)線，預(yù)計(jì)到明年有自己的產(chǎn)線。

虎視眈眈的Tire 1們

同樣，也有Tire 1廠商開始看中碳化硅領(lǐng)域，并試圖進(jìn)行投資布局。Tier1（Tier One）意為給設(shè)備廠商供貨的一級供應(yīng)商。

博世不得不提，2019年10月，博世高調(diào)宣布其開始碳化硅相關(guān)業(yè)務(wù)。功率碳化硅半導(dǎo)體生產(chǎn)基地位于德國羅伊特林根，主要來生產(chǎn)碳化硅的晶圓以及MOSFET。

博世董事會(huì)成員Harald Kroeger指出，這將是博世133年歷史上最大的一筆投資，再次強(qiáng)調(diào)出碳化硅（SiC）這一半導(dǎo)體材料在汽車行業(yè)的重要性。而上一次引發(fā)碳化硅討論熱潮的是大眾與科銳、英飛凌的戰(zhàn)略合作。

同時(shí)，博世也公開了其碳化硅產(chǎn)品的技術(shù)路線圖，裸芯片，預(yù)計(jì)2021年的年底會(huì)上市。分立器件MOSFET這塊，大概會(huì)在2022年初上市，基于對于客戶的需求的匹配。

總部同位于德國的采埃孚與美國碳化硅半導(dǎo)體企業(yè)科銳宣布建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，計(jì)劃2022年前將SiC電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)推向市場。

2019年4月，采埃孚首次采用SiC技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)用于法國文圖瑞Venturi的電動(dòng)賽車。SiC電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具備更高的能量轉(zhuǎn)換效率。采埃孚的目標(biāo)不止在于電動(dòng)賽車，它計(jì)劃3-4年內(nèi)將SiC電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)批量應(yīng)用于乘用車中。

還有德爾福，在9月份宣布計(jì)劃在下個(gè)十年初期推出基于SiC芯片的逆變器。它認(rèn)為，800V 碳化硅逆變器“下一代高效電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的核心部件之一”。它已與一家跨國OEM達(dá)成八年共27億美元的項(xiàng)目。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2022年開始落實(shí)，最初推出的將是以800V電壓運(yùn)行的高性能電動(dòng)汽車。

看向國內(nèi)，“不造車”的華為表示將做產(chǎn)品直接供應(yīng)整車廠的汽車零部件供應(yīng)商，也算是Tier1。2019年，華為旗下的哈勃科技投資有限公司投資參股了山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司，持股10%。2020年12月，企查查顯示，哈勃科技投資有限公司投資碳化硅外延晶片供應(yīng)商瀚天天成，認(rèn)繳出資額超977萬元。

隨著新技術(shù)跨領(lǐng)域的融合，汽車行業(yè)迎來了重大的變革，這些Tier1廠商們也紛紛開啟了向科技領(lǐng)導(dǎo)者的轉(zhuǎn)型之路。

總結(jié)

很顯然，現(xiàn)在碳化硅已經(jīng)成為了國內(nèi)外車廠的布局重點(diǎn)，不論是采用供應(yīng)商的碳化硅產(chǎn)品還是自己投資研發(fā)碳化硅，總而言之，在新能源車爆火的今天，已經(jīng)徹底將碳化硅推向了技術(shù)浪潮的巔峰。

從硅 （Si） 到碳化硅 （SiC） 的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)不再是需要我們考慮是會(huì)否發(fā)生與何時(shí)發(fā)生的問題，而是我們已經(jīng)身處其中。全面地參與到諸多產(chǎn)業(yè)的巨大變革之中。這些產(chǎn)業(yè)的未來絕對不會(huì)是一成不變的，也許會(huì)產(chǎn)生前所未有的變化。而那些能夠快速適應(yīng)這些變化的廠商，則定將收獲豐碩的成果。
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