SiC上车提速，清纯半导体把握国产替代先机

时间：2024-10-30 16:54:03

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[导读]综合自中汽协、EVvolumes.com的多方数据，新能源汽车行业增长势头强劲。我国2021、2022、2023年新能源汽车销量分别为350万辆、689万辆、950万辆，市场占有率31.6% 预计2024年产销量1200-1300万辆，市占率超过45%；约占全世界产销量60%。

综合自中汽协、EVvolumes.com的多方数据，新能源汽车行业增长势头强劲。我国2021、2022、2023年新能源汽车销量分别为350万辆、689万辆、950万辆，市场占有率31.6% 预计2024年产销量1200-1300万辆，市占率超过45%；约占全世界产销量60%。

而在新能源汽车蓬勃发展的背后，SiC也乘势而起，成为绝对主流。在近日召开的“E维智库第12届中国硬科技产业链创新趋势峰会暨百家媒体论坛”上，国内SiC头部企业清纯半导体的市场经理詹旭标发表了题为《车载电驱&供电电源用SiC技术最新发展趋势》的演讲，和我们剖析了SiC产业现状，以及中国芯片厂商的机遇所在。

新能源势头强劲，SiC应用提速

正如文章开头所言，新能源汽车行业势头强劲，而要实现行业快速稳健发展，礼离不开SiC在主驱、高压快充及充电桩上的全方位应用渗透。

随着SiC（碳化硅）技术的快速发展，尤其是在国内乘用车市场，SiC的应用逐年增加。2023年，国内公布的SiC车型已达142款，其中乘用车占76款。作为新能源汽车的核心技术之一，750V和1200V的SiC MOSFET器件成为主流，其性能、质量、价格和产能是推动SiC大规模应用的关键要素。SiC技术不仅在数量上呈现增长趋势，还为新能源汽车带来了显著的性能提升。

在新能源汽车的续航表现方面，SiC MOSFET与传统的Si IGBT + Si FRD技术相比，展现了优越的效率。在低导通电阻和低开关损耗的特性加持下，SiC MOSFET能有效减少70%的损耗，从而提升约5%的续航里程。这对于电动汽车的用户体验和市场接受度至关重要，能够更好地满足消费者对续航能力的需求。

充电效率同样是新能源汽车普及过程中需要解决的关键问题。消费者购买电动汽车时，充电不便和续航里程短是主要的顾虑。SiC技术在高压快充方面的应用，正在积极推动充电速度的提升。充电功率逐步向350kW以上方向发展，预计到2025年，单枪充电功率将超过100kWh，使电动汽车在更短时间内获得充足的电量，从而缓解消费者的补能焦虑。

与此同时，SiC技术在充电基础设施行业中的应用也正在加速。2023年，工信部等八个部门发布了关于推进公共领域车辆电动化的政策，计划在2023至2025年期间，公共充电桩与新能源汽车的比例达到1:1。展望未来，到2030年，我国新能源汽车保有量将达到6000万辆，车桩比例也将实现1:1的目标。随着市场的不断扩展，预计到2028年，充电基础设施市场规模将突破1124亿美元，展现出强劲的发展潜力。

SiC技术不仅驱动了新能源汽车性能和充电效率的提升，还将在未来为整个行业提供更广泛的支持，加速电动化进程。当前国内的SiC头部企业尚未实现排位，但清纯半导体已经完成布局。

“充电模块整个体量是非常大的，像充电行业现在的发展是比较迅速的，而且它也是国产SiC器件第一个突破口。随着光伏储能包括充电桩的发展，也是能带动SiC器件整个行业的发展。”詹旭标表示，“我们公司创始人张清纯老师在业界已经有近30多年的器件设计及量产经验。目前我们第二代的产品技术水平，已经跟行业头部客户目前在售的产品是完全持平的，接下来第三代产品技术水平也会跟头部企业新一代的产品完全对齐。”

SiC产业扩张过度，卷价格更要卷技术

然而在这样的一个蓬勃发展的产业背后，一个残酷的现实已经开始浮现。那就是随着从各大巨头到国内企业的争先布局，叠加上近两年来的汽车需求下滑，SiC已经进入了残酷的价格厮杀阶段。

预估全球SiC市场规模到2025年将接近60亿美元，年均复合增长率为36.7%。然而，目前国内SiC器件在车规级市场的供应主要依赖进口，2023年全球SiC市场被国外几家龙头企业垄断，前五大企业的市场份额高达91.9%。

在生产方面，跨国企业正在加大产能扩张计划，如Wolfspeed、Rohm、onsemi、Infineon、ST Micro等纷纷投资扩大生产线，预计未来几年全球SiC产能将大幅增长。同时，国内厂商也在积极提升产能，预计到2026年，国内SiC年产量将达到468万片，以满足新能源汽车市场的需求。

最后，产能过剩的风险也逐渐显现，SiC生产的快速扩张以及激烈的市场竞争可能导致SiC MOSFET价格快速下跌，预计2024年SiC IGBT价格将下降约35%。为了在激烈的市场竞争中生存，SiC企业未来需要通过规模化和技术创新来降低成本，成为市场主导者。

在卷产能、求降本的同时，技术的演进也在加快节奏。

对比主流厂商（如Wolfspeed、ST Micro、onsemi、Rohm、Infineon、Bosch）使用的不同结构设计，包括平面栅和沟槽栅设计。平面栅结构（例如Wolfspeed、ST Micro和onsemi）通过优化掺杂和更小的栅间距来降低电阻，而沟槽栅结构（如Rohm、Infineon和Bosch）则利用沟槽的设计进一步提升性能。

从2012年到2023年，随着电压级别（650V、750V、1200V）的提高，不同厂商在降低比导通电阻（单位面积的导通电阻）方面的进展。总体来看，比导通电阻不断降低，特别是在1200V的应用中，达到2.3至2.8 mΩ·cm²。这反映了随着工艺技术的成熟，SiC MOSFET在导通电阻性能上取得了显著改进，但沟槽栅结构在此方面暂时还未全面超越平面栅设计。

“相当于每过3-6年的区间，国际厂商会迭代一次，并且每次迭代大概下降20%-25%的Rsp水平。主流的SiC尤其是国外的技术水平，比如1200V SiC的Rsp大概能达到2.3~2.8mΩ。而目前国内1200V SiC MOSFET Rsp可能在2.8~3.3 mΩ。”詹旭标坦言到。

清纯半导体SiC产品，对标国际一流水平

国内SiC器件技术的进展和发展趋势显著。随着主驱和光储充等行业的快速发展，国内SiC产业链逐步完善，从材料、辅材到衬底、外延、加工设备，再到设计和代工，各个环节基本上都已具备较高水平。在各细分领域内，都涌现出具有代表性的企业。整体技术水平与国际头部企业相比差距较小，处于可接受的范围内。而像清纯半导体的产品性能，已经可以队标国际一流水平

“我们基本上是以1年1代的节奏快速迭代，从我们第一代产品Rsp是在3.3 mΩ左右。去年发布我们第二代产品是在2.8 mΩ。目前跟国际巨头最先进的技术水平是完全打平的。”詹旭标表示。

据悉，清纯半导体在主驱领域的技术发展成就显著，已经推出了多款尺寸的SiC器件，如24平方毫米、25平方毫米、27平方毫米和30平方毫米的产品。这些产品的核心参数完全对标国际一流水平，在某些参数和可靠性方面甚至优于国际主流厂家。

2022年，清纯半导体发布了全球最低导通电阻的SiC MOSFET，其导通电阻为3.5毫欧，尺寸为10×10平方毫米。虽然目前产能有限，但这一产品为公司下一代产品的研发提供了重要参考。通过对不同材料和工艺的良率分析，清纯半导体按照一年一代的技术路线稳步推进产品升级。第三代产品计划实现的比导通电阻为2.4 mΩ·cm²，但预计实际性能可能会更优。

针对国际领先企业在新能源汽车领域的成熟器件，清纯半导体进行了1:1的性能对比。在相同驱动、相同参数、相同电路板条件下，清纯的产品在串扰抑制、耐受能力和振荡控制等方面表现更佳。特别是在栅极串扰电压测试中，清纯的产品从-4V串扰至0.8V，而对比厂家产品则超过4V。清纯产品因更低的串扰电压表现，避免了可能的直通现象和能量损耗。

在开关损耗方面，清纯半导体产品在相同dv/dt条件下具有更优的动态性能和更低的开关损耗，相较竞品可降低35%-40%的损耗，从而显著提升产品效率。

近年来，工业级应用特别是光储充领域对可靠性的要求极高，普遍采用车规等级的测试标准。清纯半导体在可靠性方面进行了大量严苛测试，双应力测试、高压H3TRB等项目均超行业标准，以90%-100%的测试要求进行考核，并将器件的结温考核标准提高至200度，可靠性测试时长也翻倍。此外，公司还开展了动态栅应力DHTGB测试、负栅偏压体二极管重复浪涌测试等，确保产品在高标准下的稳定性。目前，清纯半导体已销售约400万颗MOSFET，失效率低于1PPM。