「汽车人」全球碳化硅产业的青春风暴：活力且莽撞

目前的碳化硅产业，技术和市场远未定型，鹿死谁手也没有定论。任何参与者都有机会成为大玩家，或者破产出局。

文/《汽车人》齐策

近日，全球头号碳化硅（SiC）制造商美国科锐（Cree）宣布，将在2021年底前正式更名为沃尔夫斯皮（Wolfspeed）。这一象征性举措表明科锐全面转向碳化硅业务的决心，遏制其市占率节节下降的局面。

其实，这家成立于1987年的公司，从去年剥离LED芯片和封装器件业务（以3亿美元卖给SMART公司）动作来看，转型的趋势就很明显了。

碳化硅业务尽管产业化时间超过10年，但直到去年才一跃成为半导体的“希望之星”。全球新能源汽车市场的迅速崛起，助推了碳化硅市场的“主流化”。未来5年，它很可能成为崭新的赛道。

新观念的痛苦体验

以前业内认为“三电”系统是电动车三要素，但现在的观念已经被刷新：电芯、功率芯片和高算力芯片成为新的“三巨头”。在去年绵延到今年的全球“缺芯”浪潮中，所有车企都以切肤之痛，体验到新观念的威力。

碳化硅早被认为是第三代半导体中的一员（还有氮化镓、氧化镓等），目前应用广泛的硅基芯片被视为第二代半导体。但其吸引到绝大多数注意力，仍然在于特斯拉率先采用碳化硅芯片，应用于车载逆变器和直流充电桩，取得技术优势。榜样永远是最好的力量。

相对于现在应用的功率芯片（IGBT），碳化硅电损耗更低，更省电；速度更快，频率更高；器件体积更小，更适合做电驱电控一体化。更重要的是，它有能力在200℃的高温下正常工作，是超大功率场景的不二之选。

有人认为，在800V和未来1200V版本的高压电芯当中，碳化硅将大显身手。因为在高压场景当中，对绝缘提出了更高的要求，碳化硅具有更大的技术优势。而目前的IGBT将应用在低压（400V）的中低端车型上。

今年，预计将有100万辆以上的EV，采用碳化硅的主逆变器。而特斯拉未来两年的需求，就将吃掉现有全球产能。业内从今年早些时候开始，就已经掀起了一波汹涌的投资浪潮。

鸟瞰全链条，更好的追赶者

碳化硅产业和第二代半导体扩张情况有点相似，相当于后者上世纪90年代初的样子，但碳化硅产业规模扩张正明显加速。因为基数太小，所以还无法在绝对规模上与后者抗衡。

有人预测，到2025年，碳化硅芯片（碳化硅众多应用方向中的一个）全球产值可能超过60亿美元。而2020年全球芯片产业价值4400亿美元，不考虑时间差，前者只是后者的1.3%。

中国碳化硅产业，相对于全球领先技术水平的劣势，也由于速度因素而变小。当前，碳化硅芯片整体水平，距离全球先进水平只有三四年的差距（半代）。而硅基芯片产业不光是制造环节落后三代左右，而且产业链不完全，必须依赖国外的上下游环节。

好在中国是碳化硅最大的原料生产国和消费国。在产业链条上，下游生产商往往因为靠近客户，而掌握了更多的话语权。

科锐一直是碳化硅材料（非原料）的最大生产商。在基底材料制造上，这两年科锐从80%全球占有率一路滑落至去年底的45%，仍然是最大玩家，但绝对统治力消失了。

美国的II-VI（13%），日本的罗姆（20%）、昭和电工（8%），中国的天科合达（5%）、山东天岳（3%）等纷纷挑战科锐，一时间群雄并起。

和前一代半导体产业一样，美国开宗立派，日本夺取中场控制权。从2012年到2019年，昭和电工6次扩张碳化硅晶片产能，目前是每月9000片。

今年6月，昭和电工与最大的下游碳化硅晶片设计生产商英飞凌签署供货合约。而美国GT advanced、德国Sicrystal等企业也都拿到了英飞凌、意法半导体等大厂的供货合约，进一步分割碳化硅市场的份额。

2021年，美国II-VI一度充当台积电在上一代半导体的角色，在福州投资碳化硅衬底加工线。未来5年，II-VI福州产能将在中国扮演重要角色。

上一代半导体产业中，硅片、光刻胶、CMP材料、湿化学品、靶材等半导体材料没有出现巨头，就是因为下游芯片制造商和代工厂商制衡上游的结果。历史已经重演。

中国企业市占率在去年提升了360%，将半绝缘衬底考虑进去的话，市占率达到10%，比上一代半导体局面（5.9%）好得多。

整个碳化硅链条上，中企掌握原料（50%全球市场份额），美国控制材料，欧洲大厂（英飞凌、罗姆、意法半导体）控制晶片和芯片制造，中国则占据应用市场的至少半壁江山。

中企在两头发力，挤压塑造整个链条，在每一个环节都试图渗透介入。瀚天天成正在碳化硅芯片制造上，向英飞凌发起挑战。

和第二代半导体一样，欧美掌握制造设备。但国内的核心设备正在实施庞大的国产化进程，没有遇到EUV光刻机那样明显而难以突破的瓶颈。这很大程度上依赖于碳化硅产业在技术和市场上都远未成熟，大量工艺和材料问题都在摸索。欧美的领先者们也没找到可靠的路径，这给中国人的追赶赢得了时间。

需求驱动投资

在应用层面，特斯拉率先在Model 3前后电机控制器上都使用碳化硅，在此之前，只有电动方程式赛车上用这玩意。特斯拉是碳化硅在量产EV上应用的第一个吃螃蟹者。

现代、比亚迪、通用汽车都在加大碳化硅在新车型上的应用。值得一提的是，小鹏是国内第一家采用800V碳化硅平台的车企。

日本车企在碳化硅研究上很积极。本田技研和罗姆合作，开发出“全碳化硅”高功率电机控制器，全球首创；三菱研制成功碳化硅大晶片应用；丰田将碳化硅二极管应用于第二代FCV车型，也开发了全碳化硅控制器，并在车载充电器上使用。

不过，和特斯拉在量产上的大胆落地不同，日企在量产车型上使用碳化硅很谨慎，甚至比不上韩企（现代-起亚）的应用步伐。

中国企业中间，比亚迪在第四代IGBT芯片的基础上积极发展碳化硅芯片，比亚迪汉EV车型上，已开始使用自主研发的碳化硅功率场效应管。比亚迪宣称，2023年将在旗下的电动车中，实现碳化硅车用功率半导体对硅基的全面替代。

今年6月，蔚来首台碳化硅电驱系统C样件下线，该碳化硅电驱系统将搭载在ET7上，但该车最早在2022年底才可能交付。

不过，在市场喧嚣声中，研究机构鼓噪的声音开始失真。他们宣称，2025年，电动汽车用碳化硅功率半导体将占碳化硅功率半导体总市场的37%以上。假设不考虑产能瓶颈，这一目标达成的话，碳化硅的全球产值就不会是区区60亿美元。

目前全球碳化硅晶圆总年产能只有约40万-60万片，2025年产能扩充5倍，产值预期就变得合理多了，但占有率预测又变得自相矛盾。

业内没那么上头，一方面碳化硅良品率有点低，另一方面晶片有点贵。目前碳化硅切好的6英寸晶圆片（0.5mm厚），售价2000美元；而二代硅晶圆片，就算12英寸，也只要110美元（这还是今年暴涨以后的价格）。即便做成器件的市场价，也比二代贵了五六倍，足以打消任何在中低端车型上使用的念头。

虽然随着扩产，价格肯定往下掉，但速度多快可说不准。这和市场上大片荒漠相对应。目前技术和市场远未定型，鹿死谁手也没有定论。任何参与者都有机会成为大玩家，或者破产出局。

鉴于LED照明、高压电力传输、家电领域、5G通信、新能源汽车的明显前景，中国都是全球头号市场，需求驱动技术投资，坐拥最大制造规模，指日可待。中国碳化硅产业有成功的基础，怎么看局面也比二代半导体乐观得多。

就连即将更名的科锐都打算大举投资中国，和二代半导体藏着掖着不可同日而语。让人好奇的是，美国何时把碳化硅作为制裁目标，至少要等国会外委会的大佬们认识这玩意，才有机会高举碳化硅晶片，向国会要政策。（文/《汽车人》齐策，部分图片来源于：瀚天天成、Wolfspeed、II-VI）【版权声明】本文系《汽车人》独家原创稿件，版权为《汽车人》所有。