特斯拉爆減SiC用量，巨頭們悶聲擴(kuò)產(chǎn)

75%與10萬億。

馬斯克在投資者日上拋出了兩個駭人的數(shù)字，比起改造地球的天馬行空，75%顯然更令業(yè)界矚目。

因?yàn)轳R斯克宣稱下一代汽車平臺可以減少75%的碳化硅用量，消息一出，碳化硅產(chǎn)業(yè)“慌了”。特斯拉是碳化硅上車的先驅(qū)者，也是電動汽車領(lǐng)域的帶動者，而現(xiàn)在要大減使用量，頗有種“背刺”的感覺。

這兩年碳化硅風(fēng)聲很大，業(yè)界普遍看好其前景，難道這就降溫了？我們該如何解讀75%的含義？特斯拉這一舉動會對行業(yè)產(chǎn)生什么影響？

閱讀本文，你將了解：

1. 特斯拉為什么要用碳化硅？

2. 特斯拉為什么要減少用量？

3. 特斯拉會采取哪些辦法？

4. 對行業(yè)有哪些影響？

特斯拉的“叛逆”

2018年，特斯拉率先將碳化硅導(dǎo)入Model 3，被視為碳化硅上車的風(fēng)向標(biāo)。此后，各大新能源車企開始布局碳化硅器件。2020年，比亞迪將自研的碳化硅MOS應(yīng)用在漢EV四驅(qū)版上，功率密度提升一倍，輸出功率達(dá)到了200KW。

特斯拉為什么選擇碳化硅？

碳化硅是第三代半導(dǎo)體材料，相較于硅材料，具有大禁帶寬度、高擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高熱導(dǎo)率、高抗輻射等特點(diǎn)，適合制造高溫、高壓、高頻、大功率的器件。

電動汽車中涉及到功率器件應(yīng)用包括電驅(qū)、OBC、DC/DC和非車載充電樁。碳化硅主要應(yīng)用于電驅(qū)中的主逆變器，能夠顯著降低電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，提高功率密度。碳化硅的穩(wěn)定性以及其他特性，使芯片制造商能夠?qū)⒛芰繐p失減少一半以上。碳化硅芯片還擅長散熱，為小型逆變器鋪平了道路。

日本名古屋大學(xué)教授山本正義指出，這些優(yōu)勢在特斯拉 Model 3 的設(shè)計中得到了很好的體現(xiàn)?！癕odel 3 的空氣阻力系數(shù)與跑車一樣低?？s小逆變器的規(guī)模使其具有流線型的設(shè)計。”

高盛公司表示，采用碳化硅可將電池成本減少300至600美元，由于碳化硅替代硅可以減少逆變器80%的損失，同時，汽車?yán)鋮s系統(tǒng)負(fù)擔(dān)也減少，帶來每輛車500-1000美元的成本節(jié)約。除電池外，車外充電特別是快充是另一個大規(guī)模增長領(lǐng)域。

簡而言之，碳化硅是個做事麻利、幫省錢還不占地方的“三好”半導(dǎo)體材料，特別適合新能源汽車這種在有限空間里需要極致性能的場景。

特斯拉 Model 3 大獲成功，把碳化硅推到了臺前，一躍成為各大車企的心頭好。也就在各大車企如火如荼地導(dǎo)入碳化硅時，特斯拉又突然調(diào)轉(zhuǎn)槍頭，玩得就是一手叛逆。

這又是為何？

對于年產(chǎn)百萬規(guī)模的特斯拉而言，持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)能力和降本是不變的宗旨，如同馬斯克說的那樣：

“沒有車企可以做到特斯拉的成本?！?/p>

但顯然，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈不太能滿足特斯拉的需求。

作為次新一代的半導(dǎo)體材料，碳化硅產(chǎn)業(yè)比起硅材料還是略顯“青澀”，它可以幫車企在綜合成本上省錢，但是它自己并不是個省油的燈。

碳化硅上游產(chǎn)業(yè)鏈包括原材料、襯底材料及外延材料，中游包括芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計、芯片制造、器件及模塊。從制造成本結(jié)構(gòu)來看，襯底成本最大，占比達(dá)47%，良率損失占比32%；其次是外延成本，占比為23%。這兩大工序是碳化硅器件的重要組成部分。

碳化硅在生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在單晶生產(chǎn)周期長、環(huán)境要求高、良率低的問題。碳化硅襯底的生產(chǎn)中的長晶環(huán)節(jié)需要在高溫、真空環(huán)境中進(jìn)行，對溫場穩(wěn)定性要求高，并且其生長速度比硅材料有數(shù)量級的差異。因此，碳化硅襯底生產(chǎn)工藝難度大，良率不高。

這直接導(dǎo)致了碳化硅襯底價格高、產(chǎn)能低的問題。2016年，6英寸碳化硅襯底的價格在2萬元左右，現(xiàn)在最便宜的單價是6000元左右，行業(yè)巨頭Wolfspeed的單價仍高達(dá)1.3萬元。雖然碳化硅的價格呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，但對比硅材料還是有著很大的差距，對應(yīng)到成品器件上，也是如此。

貿(mào)澤電子、得捷公開報價顯示，幾家主流大廠的650V 產(chǎn)品價格在去年上半年整體增長40.16%，其中 ST 價格上漲了 70%，UnitedSiC、Wolfspeed 分別增長43.61%、35.14%。而 1200V 產(chǎn)品價格的漲幅較 2021 年明顯收窄，ST、ROHM 平均價格漲幅在 5%以內(nèi)。

從上面這張圖，我們可以看到碳化硅 MOS的單價從2018年到2022年上半年降低了55%，但對比硅基IGBT的單價，有著近5倍的差距。

單價高之外，現(xiàn)貨率不高、供應(yīng)緊張也是碳化硅 MOS面臨的問題，2021 年底，產(chǎn)品缺少現(xiàn)貨（正常庫存比例小于60%），且交貨周期均較長，達(dá)到 30 周以上。而光特斯拉一家車企所需要的碳化硅恐吃掉全球大部分的產(chǎn)能。

有機(jī)構(gòu)估算，平均2輛特斯拉就要消耗一片6寸的碳化硅晶圓，以年產(chǎn)能100萬輛的Model 3或者Y來計算，特斯拉一年需要超50萬片晶圓，但目前全球晶圓總產(chǎn)能也不過在40-60萬片，也就意味著特斯拉一年快要消耗掉全球總產(chǎn)能。

要知道特斯拉的目標(biāo)是年產(chǎn)2000萬輛，特斯拉的行動似乎是對著碳化硅產(chǎn)業(yè)喊話：

你們又貴又少，但我有的是辦法。

特斯拉的減肥方法

“瘦身”75%意味著什么？

對于Model 3而言，就是從原先48顆MOS，銳減到只有12顆。少了36顆，特斯拉怎么做到保證性能不變？這是業(yè)內(nèi)最關(guān)心的點(diǎn)。

因此，也有觀點(diǎn)對“數(shù)量”持懷疑態(tài)度，認(rèn)為特斯拉再怎樣也無法只用12顆MOS撐起原先的性能?；谔蓟杵骷募夹g(shù)迭代，減少75%的芯片面積顯得更為貼切。

無論是數(shù)量還是芯片面積的減少，對于特斯拉“減肥”的方法，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為有以下三種：

1. 整車平臺升級至800V高壓，改用1200V規(guī)格碳化硅器件

2. 特斯拉在封裝技術(shù)上有新突破，很有可能使用雙面水冷技術(shù)來獲得更好的散熱能力

3. 碳化硅 MOS與硅基IGBT混用

具體來看，特斯拉Model 3采用的是400V架構(gòu)和650V碳化硅MOS，如果升級至800V電壓架構(gòu)，需要配套升級至1200V碳化硅MOS，那么器件用量可以下降一半。

此外，近年來，意法半導(dǎo)體的碳化硅MOS尺寸一直在縮小，如果按照第 3 代產(chǎn)品的面積是第 2 代的 1/4 來算，芯片面積剛剛好縮小了 75%。因此，也有人猜測特斯拉拋棄了ST的平面MOS改用羅姆最新的第四代溝槽MOS，只算芯片面積也正好少了75%。

碳化硅芯片的縮小會導(dǎo)致發(fā)熱密度急劇增加，因而要求同等功率下，其單位面積導(dǎo)熱能力要求提高 3-7 倍。碳化硅導(dǎo)熱系數(shù)和熔點(diǎn)較高，其耐受結(jié)溫超 500℃。目前大多碳化硅器件標(biāo)稱最高結(jié)溫在 200℃左右，并未發(fā)揮碳化硅器件良好性能。

對此，芯智庫專家猜測，特斯拉采用雙面水冷的封裝技術(shù)可能性比較大，這個技術(shù)已經(jīng)有小批量生產(chǎn)能力了，國內(nèi)封裝廠已經(jīng)看到樣件。雙面水冷技術(shù)不僅可以提升碳化硅性能，還可以提升熱泵效率。

除了技術(shù)升級帶來的用量減少外，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，特斯拉將采用硅基IGBT+碳化硅MOS的方案，變相減少碳化硅的使用量。

但芯智庫專家指出，混合使用可以讓IGBT和MOS工作各自性能最優(yōu)的模式下，以此帶來的燒結(jié)工藝、驅(qū)動及時序控制等問題也具有很大的挑戰(zhàn)性。

綜合來看，特斯拉升級800V平臺，且使用新的碳化硅封裝技術(shù)來改善碳化硅單管或模塊的性能和散熱能力，最終減少用量和整體體積是比較主流的觀點(diǎn)。

對產(chǎn)業(yè)會有什么影響？

無論是用量減少還是面積減少，最終在特斯拉身上體現(xiàn)的就是成本下降，這是馬斯克最愿意看到的，這也是各大車企最不愿意看到的。

芯智庫專家指出，特斯拉降價后實(shí)際上沖擊了很多車廠，目前只有特斯拉能保持30%的毛利，它的降價逼得很多車企做虧本買賣。如果碳化硅成本不斷下降，特斯拉將打開新的成本空間。

業(yè)界盛傳新的特斯拉汽車定價在20萬元以下，主打的就是一個便宜。而這個新車型也會基于新的平臺打造，也就是“瘦身”過后的平臺，在成本路上劍走偏鋒的特斯拉，或許會對20萬元以下的汽車市場造成沖擊。

至于碳化硅產(chǎn)業(yè)則不必?fù)?dān)憂。

“目前暫時還沒有看到在大電流領(lǐng)域比碳化硅更好的接近量產(chǎn)的替代品。”天鷹資本執(zhí)行董事章金偉在接受媒體采訪時表示，“特斯拉可能主要從成本角度來考慮，從長期看，依然看好碳化硅的發(fā)展?！?/p>

碳化硅產(chǎn)業(yè)巨頭也正忙著擴(kuò)產(chǎn)并購，無論是Wolfspeed、意法半導(dǎo)體、安森美，還是國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈公司，都在積極推進(jìn)建廠、驗(yàn)證等工作。整個產(chǎn)業(yè)未有停下腳步的跡象。

集邦咨詢最新研究數(shù)據(jù)顯示，隨著安森美（onsemi）、英飛凌（Infineon）等與汽車、能源業(yè)者合作項目明朗化，預(yù)計將推動2023年整體碳化硅功率元件市場產(chǎn)值達(dá)22.8億美元，年成長41.4%。至2026年碳化硅功率元件市場產(chǎn)值可望達(dá)53.3億美元。主流應(yīng)用仍倚重電動汽車及再生能源，電動汽車產(chǎn)值可達(dá)39.8億美元、CAGR約38%；再生能源達(dá)4.1億美元、CAGR約19%。

安森美總裁兼首席執(zhí)行官（CEO）Hassane El-Khoury認(rèn)為，未來5-10年，碳化硅的市場還是會比較緊缺，不會出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的情況。