車企配合疊加新架構升級?财聯社（上海，記者 邱豪）訊，近期，随着衆多車企紛紛宣布推出800V高壓快充車型，碳化矽的熱度再次升溫800V架構對碳化矽的應用究竟會帶來哪些助力？碳化矽器件在新能源汽車中的應用趨勢又是怎樣的？，今天小編就來聊一聊關于車企配合疊加新架構升級?接下來我們就一起去研究一下吧!

車企配合疊加新架構升級

财聯社（上海，記者 邱豪）訊，近期，随着衆多車企紛紛宣布推出800V高壓快充車型，碳化矽的熱度再次升溫。800V架構對碳化矽的應用究竟會帶來哪些助力？碳化矽器件在新能源汽車中的應用趨勢又是怎樣的？

1月18日，在财聯社蜂網主辦的會議上，某半導體協會資深産業分析師對碳化矽領域政策進行了解讀，并對行業趨勢和未來發展方向進行了專業分析。專家表示，第三代半導體的戰略地位顯著，是推動新基建和實現“雙碳”目标的關鍵；伴随新能源汽車對提升充電效率的旺盛需求，以及800V電壓平台的批量應用，具有高耐壓和低損耗特點的碳化矽器件将加速滲透。

政策持續扶持第三代半導體 助力新基建和“雙碳”目标達成

按曆史發展進程，半導體襯底材料可為三個代際。第一代半導體材料以矽為代表，因制備工藝成熟、自然界儲備量大，目前使用仍最為廣泛。而在功率器件領域，傳統矽基材料逐漸接近物理極限，以碳化矽為代表的第三代半導體逐漸嶄露頭角。

随着我國對新型基礎建設的布局展開和“雙碳”目标的提出，碳化矽和氮化稼等第三代半導體的作用也愈發凸顯。

“以碳化矽和氮化镓等第三代半導體材料為基礎制備的電力電子器件，是新基建的關鍵性核心器件，如使用半絕緣型碳化矽襯底制作的氮化镓射頻器件，是5G基站的核心裝備之一；而在特高壓輸電、軌道交通、新能源汽車、大數據中心等領域，碳化矽基的肖特基二極管和MOSFET，同樣發揮重要作用，”專家介紹稱，“同時，第三代半導體對于建成可循環、高效、高可靠性的能源網絡意義重大，可以助力實現光伏、風電、直流特高壓輸電、新能源汽車、工業電源、機車牽引、消費電源等領域電能的高效轉換，推動能源綠色低碳發展。”

政策方面，國家重點研發計劃也在持續支持第三代半導體産業的發展。“十三五”期間，國家重點研發計劃項目部署涵蓋了電力電子、微波射頻和光電子三個大方向，緊貼産業發展實際需求和進程，對新能源汽車應用、電網應用等多個領域發揮了引導作用。在2020年科技部發布的年度重點研發計劃部署安排中，包括“功率碳化矽芯片和器件在移動儲能裝置中的應用”，“新一代碳化矽電力電子器件共性技術标準研究”等多個立項項目均與第三代半導體相關。

“随着碳化矽等寬禁帶半導體的發展被寫入‘十四五’規劃和2035遠景目标綱要，我們預計在‘十四五’規劃期間，各個地方政府也會相繼出台相關鼓勵政策，在教育、科研、開發、融資、應用等各個方面，大力支持發展第三代半導體産業，以實現産業的獨立自主。”該專家表示。

新能源汽車為最佳應用場景 800V架構将加速碳化矽滲透

目前主要的第三代半導體器件包括應用于射頻領域的氮化稼器件、應用于電力電子功率領域的碳化矽器件等，其中又以碳化矽功率器件的未來空間最廣。2018年，随着特斯拉在其Model 3車型中對碳化矽器件的成功應用，示範效應迅速放大，使得新能源汽車市場很快成為碳化矽興起的源泉，相關市場的産值快速崛起。根據第三方市調機構TrendForce集邦咨詢數據，2020年碳化矽功率器件的市場規模約為6.7億美元，預計2025年将達到33.9億美元，年複合增長率為38%。

新能源汽車系統架構中涉及的功率半導體組件主要包括電驅動系統、車載充電系統（OBC）、電源轉換系統（DC/DC）以及非車載的充電樁。在這些領域，碳化矽器件可以承受更高電壓、提升充電速度和電能轉換效率，從而增加電動汽車的續航裡程。

“比如在電驅動系統中，傳統的方式是采用矽基的IGBT，而碳化矽器件可以有效降低10%的能量損耗，同時減少80%的體積，有助于新能源汽車的輕量化和車内的布局。”專家解釋稱。

當下，續航裡程和充電速度仍是制約新能源汽車普及的較大短闆。目前車企的解決方案有兩種，一是提升電池容量，另一個是提高充電效率。

“提升電池容量是能夠緩解裡程焦慮的，但電池是電動汽車價值量最高的部件，電池容量的提升勢必會導緻邊際成本和整車重量增加，消費者的購車成本及後續使用中的整車功耗會随之增加，因而這個方案并不是非常完美。”專家表示，對于提升充電效率而言，可以通過提升電流或者電壓的方式，但電流提升會導緻電氣系統發熱加劇，從而對電動車散熱提出更高要求，所以高壓快充成為目前業内的最優解。

2019年，保時捷在全球首次推出800V的高壓電氣架構，搭載800V直流快充系統，支持350千瓦大功率快充。2021年之後，高壓快充路線受到了越來越多主機廠的青睐，韓國現代、起亞等國際巨頭先後發布了800V平台，國内比亞迪、長城、廣汽、小鵬、東風等主機廠也相繼跟進。

“目前電動車的電壓水平普遍在200~400V，如果提升到800V，意味着電動車所有的高壓元器件以及管理系統都要提高标準，”該專家表示，“傳統矽基的IGBT通常适應的高壓平台在600~700V左右，如果母線電壓提升到800V，對應的功率器件耐壓需要提高到1200V，所以在高壓條件下，碳化矽會成為必然選擇，而随着各大廠商相繼推出800V的高壓平台，碳化矽的産業化發展勢必将得到很大的推動。”

襯底産能仍是制約瓶頸 爆發時點或在2023-2025年

上有支持政策，下有旺盛需求，然而整個碳化矽産業的發展目前仍處于起步階段，那麼制約其爆發的瓶頸何在？該專家認為，主要原因在于碳化矽尤其是襯底環節的技術壁壘較高，産能釋放有待時間。

“從成本拆分角度來講，碳化矽襯底成本約占到器件總成本的50%左右，襯底制備對技術要求比較高，行業準入門檻也高。”上述專家表示，晶體生長速度慢、生長過程難控、材料硬度高等原因，導緻目前碳化矽襯底的制備良率和成本，相較于矽仍有不小的差距。

“以長晶速度為例，目前大部分廠商采用的都是氣相傳輸（PVT）法，一周左右晶體隻能生長大約兩厘米的厚度，相比來說，矽棒2~3天就可以達到兩米左右。所以碳化矽的生長速度比較緩慢，時間成本就比較高。”專家說道。

盡管Wolfspeed、II-VI等海外龍頭擴産積極，國内也有許多碳化矽項目上馬，專家認為，短期内制約第三代半導體快速應用的瓶頸仍将是襯底的産能不足。

“目前全球碳化矽的産能還遠遠不夠，可能僅夠特斯拉一家車企采用。盡管有許多公司在積極擴産，但産能釋放還需要一定時間，”該專家表示，“個人預計大規模的爆發可能在2023年到2025年這個時間段，屆時在高壓平台領域會有更多玩家進入，碳化矽的産能也相應開出，所以可能會迎來爆發。”

本文源自财聯社

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