从特斯拉开始,车厂追着抱SiC大腿

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2021-10-11 09:33

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自从2016年4月,特斯拉打响了SiC MOSFET的第一枪之后,SiC成为半导体厂商激烈涌进的热门赛道,SiC也在加速进入汽车。近来,我们发现有越来越多的车厂陆续开始与SiC厂商签订合作,尤其是此次“缺芯”带来的重击。
他们都与哪些SiC企业合作呢?这就要看下全球SiC产业的格局。当下SiC主要由欧美日把持,美国全球独大,全球SiC产量大部分来自于美国的Cree、Ⅱ-Ⅵ;欧洲则以SiC衬底、外延、器件为主,代表公司有英飞凌、意法半导体等;日本在设备和模块方面较具优势,典型企业有罗姆、三菱电机、富士电机等。这些实力较为雄厚的SiC大厂成为车厂所依赖的对象。还包括一些Tier 1的大厂,如博世、德国大陆等,这些Tier 1厂商都纷纷推出了电驱动模块,且部分已经量产落地,凭借自身在机械制造领域的深厚经验,在电机、减速器领域的优势较为明显。而国内的一些SiC企业也开始加入这个行列,渐渐分得一杯羹。

抱紧SiC巨头的大腿
近日,Wolfspeed(前身为 Cree)宣布,公司已经与通用达成了SiC供应协议。根据协议,通用汽车打算在其基于 Ultium Drive 的下一代电动汽车中转向更节能的碳化硅电力电子设备。作为协议的一部分,通用汽车将参与Wolfspeed供应保证计划 (WS AoSP),旨在为电动汽车生产提供国内、可持续和可扩展的材料。协议指出,通用所需的碳化硅功率器件解决方案将在国内采购,在 Wolfspeed 位于纽约马西的新莫霍克谷工厂生产。
而在此之前,2019年5月,Cree 宣布就被大众选为“未来汽车供应轨迹”的碳化硅合作伙伴;此外,英飞凌也是大众FAST项目战略合作伙伴,他们的合作点集中在大众MEB电力驱动控制解决方案中的功率模块。
据悉Wolfspeed已经在多个行业达成了总额超过 13 亿美元的多年长期材料协议,凭借总额超过 150 亿美元的器件管道(pipeline),以及比之前的设施计划大 30 倍的产能增加。Wolfspeed正在推进多个产业从Si到SiC的重要转型。
Wolfspeed这个名字是Cree最近修改的,在过去六年中它是该公司的碳化硅材料品牌,Wolfspeed 的名字“既体现了狼的高贵品质——领导力、智慧和耐力——以及速度,其特点是公司创新和运营的速度……”。Cree这几年陆续剥离了三分之二的业务,将重心放在了SiC技术和生产上。

据Wolfspeed 晶圆厂运营高级副总裁 Rex Felton 表示,"无论何时你与三大汽车制造商达成任何部分的协议,这种承诺都代表着一大步," Felton称。“这证明了该行业致力于提供非常创新的电气化解决方案,而碳化硅是实现这一目标的核心。”“我们已经在用汽车产品填充工厂的产能道路上走得很好,但这对于完全填满它,我们还有很长的路要走,”Felton 说。“而且我认为肯定会引起更多行业参与者对我们碳化硅解决方案的关注。”
据悉,碳化硅功率器件解决方案将在Wolfspeed 位于纽约马西的具有200 毫米能力的莫霍克谷工厂生产,这是世界上最大的碳化硅制造工厂。这个最先进的工厂将于 2022 年初启动。
再往前追溯,从1980年代起,丰田旗下的丰田中央研究所就开始和电装共同推进SiC的研究,2007年丰田开始参与到开发中。去年4月,电装和丰田合资成立MIRISE,进行下一代先进车载半导体的研究和开发。
丰田认为,影响混合动力车燃效的各因素中,大约20%的电力损耗是功率半导体造成的。因此,功率半导体的高效率化是提高燃效的关键技术之一。自主开发功率半导体,提高车辆的效率,非常必要。这几年,丰田也正在将主要电子元件业务转移到电装。此举足以显示出他们对车载半导体的重视。
2018年3月,上汽和英飞凌成立合资企业上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司;此后也有外媒报道,上汽正在探索如何确保其碳化硅芯片供应途径,包括与零组件制造商组建合资企业。
2019年9月,意法半导体(STMicroelectronics)被选中为即将上市的电动汽车中的雷诺-日产-三菱(联盟)提供高效碳化硅(SiC)电力电子设备,用于车载充电器(OBC)。作为雷诺-日产-三菱选择的SiC技术合作伙伴,ST将提供设计支持,以帮助最大化OBC性能和可靠性。
2021年6月,雷诺集团和意法半导体又宣布,双方达成了战略合作,意法半导体将确保在2026-2030年满足雷诺的宽禁带(第三代半导体)器件产量需求。同时,双方还将合作开发高效、尺寸合适的SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)技术和产品,以提高电动和混动汽车的功率性能。
2021年8月,罗姆透露,已与中国汽车大型企业吉利汽车在节能性高的新一代半导体领域展开技术合作。据称,吉利将在目前处于开发阶段的纯电动汽车(EV)的核心系统中采用罗姆生产的新一代半导体,另外双方今后还将在该领域推进共同开发。早在2020年2月,日本电动汽车企业GLM 宣布,与罗姆开发碳化硅800V系统。本田汽车公司、日产汽车公司也均和罗姆公司就HEV/EV应用SiC半导体技术进行了多年的合作研究。
Tier 1厂商也成为香饽饽
而除了这些传统的SiC巨头,汽车Tier 1厂商也成为车企的合作对象。譬如博世于2019年10月在德国正式宣布其开始碳化硅相关业务,生产基地位于德国罗伊特林根,主要来生产碳化硅的晶圆以及MOSFET。德国大陆集团子公司Vitesco Technologies(纬湃)在电控领域、电子领域有很多产品都是市场份额前三。
2021年3月25日,德国纬湃宣布,获得现代汽车一份订单,价值“数亿欧元(超过7亿人民币)”,将为现代提供800V碳化硅逆变器。据该公司介绍,这是该技术首次“大量”成为主流,与传统的400v系统相比,它提高了效率、充电功率和充电时间(大多数情况下仅为20分钟)。如果这种向更高电压系统的转变成功,我们可能很快就会看到更多制造商逐渐转向 800 V 标称电压。
纬湃科技首选罗姆半导体作为碳化硅(SiC)功率器件合作伙伴,纬湃科技计划从2025年开始量产首台碳化硅逆变器,届时市场对碳化硅解决方案的需求预计大幅提升。
2021年4月21日,江淮汽车与博世签订了碳化硅逆变器等方面战略协议。双方就400V和800V电驱系统、碳化硅逆变器和电驱桥全方面开展交流合作。针对400V高速单减系统匹配纯电轻卡项目在2021年双方共同开发协作,争取2021年年底具备小批量投放市场条件。
博世从1970年开始就已经在做半导体相关的产品。在汽车领域,从最初的ASICS,到传感器再到功率半导体,以及到最新的碳化硅的功率半导体,博世正在逐渐壮大自己,此次缺芯,博世也深感危机,投资10亿欧元自建12英寸晶圆厂,主要生产专用集成电路(ASICs)和功率半导体产品,工艺节点主要在65nm。
国产SiC厂商崭露头角
面对如此庞大的需求,在国内车企的大力支持和勇敢试错的情况下,国内SiC厂商也被推上了潮头。
2016年12月,北汽新能源与中车时代签署战略协议,重点围绕IGBT模块、碳化硅等技术进行合作。目前中车时代电气域建有6英寸SiC(碳化硅)的产业化基地,据《湖南日报》报道,中车时代电气拥有目前国际SiC(碳化硅)芯片生产线的最高标准。
2020年9月29日,三安集成与金龙新能源签署战略协议,共同推进碳化硅功率器件在新能源客车电机控制器、辅驱控制器的样机试制以及批量应用。今年6月23日,三安光电宣布总投资160亿元的湖南三安半导体基地一期项目正式点亮投产,将打造国内首条、全球第三条碳化硅垂直整合产业链。据悉,该产线可月产3万片6英寸碳化硅晶圆。
2020年11月18日,精进电动发布了车用碳化硅控制器,并透露获得了大众TRATON的批量订单;其自主研发的碳化硅(SiC)控制器具有高开关频率,高效率,高功率密度等优点。并采用精进电动的最新辅助电源系统专利技术。此功能可确保在24V低压丢失时车辆安全行驶。该产品适用于中、高电压等级的乘用车、商用车以及物流车等。
另外,据基本半导体总经理和巍巍在2020年透露,他们和一汽、北汽、华域、蓝海华腾进行合作。其车规级碳化硅模块在2019年第四季度已开始上车测试;2021年,广东芯聚能半导体有限公司总裁周晓阳表示,国产新能源车开始引入碳化硅MOSFET到主驱上,反应良好。
结语
很显然,现在碳化硅已经成为了国内外车厂的布局重点,相信未来会有很多车企将加强与SiC厂商的合作,例如小鹏汽车希望与产业链合作伙伴,共同推进碳化硅在智能网联汽车中的标准化;理想汽车创始人、董事长兼CEO李想曾表示,碳化硅电驱系统是理想汽车高压纯电平台的四个核心技术之一。在新能源车爆火的今天,碳化硅已经彻底被推向了技术浪潮的巅峰。


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