碳化硅（SiC）：让电动汽车产业着了迷

大家都知道，晶圆是用来生产芯片的。有了这个碳化硅晶圆，就能够组装碳化硅功率模块（芯片），用在主逆变器的控制上。那么，这个主逆变器是干什么的呢？其实就是把电动汽车电池组的直流电转换成三相交流电，给汽车提供动力。

之前，大部分电动车的主逆变器用的都是IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）模块，将两个或以上的IGBT芯片和快恢复二极管芯片（FRD）贴片到DBC板上，然后进行封装。其中的FRD，均以硅作为主要材料。

2018年特斯拉另辟蹊径，在交付的Model 3中，首次将IGBT模块换成了碳化硅模块。

特斯拉之所以要这么干，原因也很简单：碳化硅属于第三代半导体材料，有自己明显的优点。在相同功率等级下，碳化硅模块的封装尺寸明显小于硅模块，开关损耗降低了75%；在相同的封装下，碳化硅模块具备更高的电流输出能力，能够达到更高的功率。

很多业界人士一开始看不明白，因为当时碳化硅模块的采购成本要比已经量产多年的IGBT模块贵不少。后来才发现，特斯拉是从TCO（总体拥有成本）的角度来考虑这个问题的：

主逆变器功率器件由 IGBT 替换成碳化硅之后，采购成本确实上升了将近1500元，但是却带来了整车效率的提升，导致电池装机量的下降，从电池端把成本又省回来了。例如，80 度电的中高端纯电车型，按照5%的效率提升，可节省约4度电池装机量。按照目前三元锂电的成本，电池端就可以节省4000元。里外里这么一算账，单车成本反而下降了不少。

而且，如果碳化硅模块成为了主流配置，由于规模效应，价格自然也会降下来，甚至降到与目前主流IGBT同样的水平。

此后，尝到了甜头的特斯拉，将碳化硅模块从一款Model 3，逐渐推广到了旗下的其他车型，实现了全线产品覆盖。

如今，别的电动车厂也都醒过味来，纷纷开始装备碳化硅模块。2020年7月上市的比亚迪“汉”四驱高性能版上，专门搭载了比亚迪自主研发、制造的碳化硅模块；美国电动车厂商Lucid，也在发布的首款车Lucid Air上搭载碳化硅模块的主逆变器。此外，现代、奥迪、大众、奔驰和通用等传统汽车大厂，也都在加紧研发碳化硅的解决方案。

需求的突然上升，进一步造成了碳化硅供应链的全球性短缺。要知道，以目前的状况，一片碳化硅晶圆也就装备两台电动汽车。也就是说，以目前全球碳化硅晶圆60万片的年产能，最多也就能够满足120万辆电动汽车的需求。

再看特斯拉。2020年，特斯拉全球交付了将近50万辆电动汽车；今年上半年的交付量已经达到了38.6万辆，预计全年的交付量至少是75万辆。也就是说，目前全球碳化硅晶圆的产能，满足了特斯拉之后，也就没剩下多少了。

那么，全球碳化硅晶圆主要都有哪些玩家呢？2020上半年，按照出货量计算，美国CREE占据了全球45%的市场份额，日本罗姆的子公司SiCrystal占据20%，II-VI占13%；中国企业的市场份额还比较低，其中天科合达占到了5.3%，山东天岳则为2.6%。

再看碳化硅晶圆下游的碳化硅模块。最早拿到特斯拉订单的ST（意法半导体），市场份额也是一马当先；其次是随后拿到特斯拉订单的英飞凌。目前，欧洲芯片厂商的优势比较明显。

鸿海在这个时候杀进来，也许会搅动整个市场的格局。根据鸿海自己的预计，到2024年，收购的新竹工厂将能够形成18万片碳化硅晶圆的年产能，这也相当于目前全球产能的30%了，将能够占据一席之地。

当然，非常看好并积极杀入电动汽车领域的鸿海，已经不满足于像手机领域那样，做个安静的代工商，而是要做“电动汽车的安卓”。为此，鸿海不仅广招合作伙伴，组建了电动汽车行业声势浩大的MIH联盟，自身也会打造垂直整合的解决方案能力。由此，有了碳化硅晶圆的制造能力只是第一步，鸿海势必还会打造碳化硅芯片/模块的完整能力。

由此可见，碳化硅这种新材料，未来将有广阔的发展前景。实际上，不仅仅是碳化硅，像氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）等其他第三代半导体材料，同样也有很大的发展空间。

此前，在第一代和第二代半导体材料上，咱们国家的产业发展水平落后太多，如今仍在奋力追赶；未来，希望咱们的学术界、产业界能够在第三代半导体材料上尽快发力，早日追上国际先进水平。

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