“碳化硅”一词最开始在生活中出现，可能是特斯拉宣布在Model3车型中使用碳化硅（SiC）的功率器件。随着近两年新能源汽车、光伏等行业迎来爆发性的表现，“碳化硅”赛道也引来资本市场的关注。

原本的电子器件，主要以硅原料来做，比如我们通常说的“芯片”、“半导体”、“电子零部件”等。然而随着新能源汽车、光伏等的发展，对于电力转换效率提出了更高的要求。相比于硅材料而言，碳化硅材料具有耐高温、耐高压、耐高频等特性。不仅能适用在新能源汽车等领域中，还能实现节能增效的表现。因此，随着新能源汽车等领域的高速发展，势必会提升对碳化硅（SiC）的需求。

在特斯拉Model 3中能直接看到的是最终的产品碳化硅（SiC）器件，而其具体生产还要经历衬底、外延等生产环节，其中最为核心也是价值量最高的环节就是衬底。衬底是在碳化硅器件的成本中占比接近50%，并且衬底的好坏也直接影响外延环节和最终产品的性能。对碳化硅产业链的研究，最核心的部分是衬底。

对于投资，终究要落脚到公司。从衬底市场看，国内也有一部分厂商在生产布局，但和海外厂商仍有明显差距，在5年以上。在衬底市场中，Cree（现Wolfspeed）仍是最有影响力和技术最领先的公司，公司已经与意法半导体、英飞凌、ABB等公司签下了超10亿美元的长期订单。

碳化硅优势领域

稳定高效，适用高压高频领域

第三代半导体材料是指以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，因此采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行，适用于高电压、高频率场景，还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力。

相比于Si，SiC具有 10 倍的击穿电场强度、 3 倍的禁带、2倍的极限工作温度和超过2倍的饱和电子漂移速率。 SiC 还具有 3 倍的热导率，这意味着 3 倍于Si的冷却能力。

节能+减重，新能源领域潜力广阔

罗姆通过输入WLTC（全球统一轻型车辆测试循环）行驶循环的模拟行驶试验条件，对逆变器进行了采用第四代SiC MOSFET和IGBT的行驶电费试验。结果显示，采用SiC MOSFET总电费比IGBT改善6%，市区模式改善10%。改善电力消耗也意味着，维持行车距离不变的情况下可以降低电池电容。

另一方面，碳化硅基逆变器通过提高能量传导效率，可以做到比硅基逆变器更小更轻。罗姆在Formula E电动方程式世界锦标赛中提供的SiC逆变器，将逆变器重量降低至9kg，相较传统逆变器减重6kg。

碳化硅在汽车上的“位置”

考虑到未来电动车需要更长的行驶里程、更短的充电时间和更高的电池容量，在车用半导体中，SiC将会是未来趋势，SiC 器件在 EV/HEV 上的应用主要包括电机驱动系统逆变器、电源转换系统（车载DC/DC）、电动汽车车载充电系统（OBC）及非车载充电桩等方面。

电驱动系统作为新能源汽车的“心脏”，直接影响到整车的能源效率、续航里程等。对新能源汽车整车使用性能具有较大影响。

电驱动系统包括“大三电”即驱动电机、驱动电机控制器、变速器和“小三电”即压配电盒PDU、车载充电机OBC 和DC/DC 变换器。

在当前集成化趋势下，电机+减速器+逆变器集成的“三合一”电驱动模块将成为市场主流。电驱动集成系统将加速SiC器件在电动汽车中的量产落地。

尽管碳化硅器件成本较高，但它推进了电池成本的下降和续航里程的提升，降低了单车成本，无疑是新能源汽车最佳选择。其中，SiC SBD、SiC MOSFET 器件主要应用于OBC 与DC/DC，SiC MOSFET主要用于电驱动。

主逆变器

主逆变器也就是牵引逆变器，它的作用就是将来自电池的电能（直流电）进行转换以驱动电动引擎（交流电）。因此，逆变器的性能及对应体积、重量将直接影响车的续航范围和可靠性

目前，电动车中的主驱逆变器仍以硅基MOSFET和硅基IGBT为主，但随着新能源汽车向高集成度、小尺寸、低损耗的系统发展，SiC 器件将加速渗透。

比亚迪、特斯拉等部分车型已经使用了碳化硅功率器件的电机驱动控制器。

特斯拉处在碳化硅器件应用的前列，其Model 3车型的驱动电机部分搭载了24个650V/100A的SiC MOSFET模块，车身比Model S减轻了20%。

比亚迪推出的“汉”EV 高性能四驱版本也配备了SiC MOSFET 功率控制模块，是中国首个采用相关技术的车型。

蔚来在2021 年发布的纯电轿车中，也将会采用SiC 模块作为电驱动平台。

车载充电机(OBC)

车载充电机(OBC)为电动汽车(EV)的高压直流电池组提供了从基础设施电网充电的关键功能，并决定了充电功率和效率的关键部件。通过使用车载充电器可将电网中的交流电转换为直流电对电池进行充电。

此外，双向逆变技术是未来OBC标配的功能之一，使OBC不仅可将AC转化为DC为电池充电，同时也可将电池的DC转化为AC对外进行功率输出；将OBC及DC/DC等器件进行功能集成化将会提高成本上、体积上的优势。

SiC二极管及MOSFET器件则可用于车载充电机PFC和DC-DC次级整流环节，推动车载充电机向双向充放电、集成化、智能化、小型化、轻量化、高效率化等方向发展

DC/DC转换器

电源转换系统DC/DC 是转变输入电压并有效输出固定电压的电压转换器，实现车内高压电池和低压电瓶之间的功率转换，主要给车内低压用电器供电，如动力转向、水泵、车灯等。随着整车智能化、电气化的发展，对DCDC的供电功率及安全性提出了更高的要求。

DC/DC 转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC 转换器以及升降压型DC/DC 转换器，车载DC/DC 转换器可将动力电池输出的高压直流电转换为低压直流电。

值得一提的是，基于碳化硅研制的功率器件，为氢能汽车燃料电池 DC/DC 变换器带来革命性的创新。

此外，800v高压平台有望为OBC/DCDC带来新增量。为满足800v高电压平台在体积、轻量、耐压、耐高温等方面带来的更为严苛的要求：

首先，OBC/DCDC等功率器件集成化趋势明显；

其次，高压平台使车载充电机升级需求增加，为高压OBC提供增量；

再者，为能够适配使用原有400v直流快充桩，搭载800v电压平台新车须配有额外DCDC转换器进行升压，进一步增加对DCDC的需求。

日前，罗姆官微公布其SiC MOSFET应用于美国豪华电动汽车制造商Lucid Motors高端纯电动汽车“Lucid Air”充电控制主板“Wunderbox”。

Wunderbox由DC/DC转换器和车载充电器（OBC）组成，分别采用了罗姆的高性能SiC MOSFET“SCT3040K”和“SCT3080K”。利用SiC MOSFET优异的高频和耐高温性能，Lucid公司实现了系统的小型化和更低的损耗，从而实现了更快的充电速度。

SiC供应链厂商如何抓住这一波“上车”窗口期？

在800V产业化向前推进的过程中，SiC功率半导体作为电能转换的一大关键器件，得到了汽车行业前所未有的重视，尤其在最近的几年里面取得了显著的进步，SiC产业也在加速垂直整合，已经进入了高速发展的阶段。电动汽车也会是SiC应用的主要细分市场。

仲小龙表示，英飞凌预计到2025年，汽车电子功率器件领域采用SiC技术的占比会超过20%，考虑到新能源汽车的产销量会快速的提升，所以这一市场十分可观。那么，SiC供应链厂商如何抓住这一波“上车”窗口期？

仲小龙谈到，“我们在实际的客户项目合作中也明显的感觉到，在新的车型中，我们看到的硅基 IGBT向SiC大规模的过渡，确实是到了一个非常关键的窗口期。”

对此，英飞凌很早就已经着手SiC器件的开发，从晶圆到单管到各种封装形式的模块都有长远的规划。目前，英飞凌正在批量交付第一代的SiC产品，第二代的产品也在开发中，这些产品将可能很快就会面世，并且已经在着手进行第三代产品的开发布局，在亚洲、美国和欧洲，很多的整车厂都已经采用了英飞凌的SiC技术，为此其也在积极的扩大半导体产能，以强化在功率半导体市场的领先地位，进一步提升对于功率半导体领域的交付能力，更好的服务全球客户，助力汽车行业的电气化进程。

仲小龙也分享道，“一项创新技术的顺利投产，肯定会经历各种波折、挑战。SiC的供应和需求，确实处于一个相对动态的平衡阶段，不是说我们快速地投资一家工厂，就能够立刻见到成效。例如，我们在奥地利的功率半导体工厂，从2018年开始建设，一直到2021年9月才投产，整整三年的时间，它投产以后还需要一段时间来爬坡，所以这些都是时间，而且这些是不可避免的时间。”

陈东坡谈到，“对于国内的SiC企业如何抓住这一上车机会，基于三安的思考角度，我觉得主要从以下四方面着手。”

一是重视产品研发，尽快推出车规级的MOSFET产品。目前，国内有众多做SiC的企业，但是真正能有MOSFET产品，并且有批量制造能力的非常少。

二是国内的生产线，包括一些设计企业也应该尽快完成车规产品的认证。

三是提升批量制造能力和良品率，因为产业要做大，尤其像新能源汽车产业，它的带动性极强，对于产能的考量非常大，所以批量制造能力非常关键，而且良品率因为最终会影响到成本、可靠性，因此至关重要。

四是更希望整机带器件，具体到新能源汽车这一领域，下游的新能源汽车厂商和这种tier1企业，应该更多的和上游的元器件厂商进行联合创新和互动，包括给他们一些试用的机会。因为产品的第一代开发出来以后，要说真正做到有性价比、高可靠，往往不是单纯依靠研发就能搞定，很多产品完成技术原型开发以后，需要大量的试用，才能把性价比体现出来。

文章来源：远瞻智库，爱集微APP，宽禁带联盟