電動車技術持續演進,SiC廠商積極佈局搶佔市場

根據拓墣數據顯示,伴隨車廠推出的各類電動車款增加,2020年電動車(純電、插電混合式、油電混合式)有望攀上600萬輛大關,目前以油電混合的成長速度較快,但就長遠來看,純電動車仍持續佔有重要份額,為提升消費者接受度,高端電動車在性能與行駛距離的技術上還有進步空間。

電動車技術持續演進,SiC廠商積極佈局搶佔市場


其中,關鍵的功率半導體元件如SiC晶圓與SiC Diode、SiC MOSFET等,在技術與需求上需要時間提前佈局,因此也看到越來越多相關廠商在此領域的積極動作。

高端電動車技術發展日益重要,推升未來SiC晶圓與元件需求將持續增加

現行電動車大多還是以硅基材的IGBT做為逆變器的芯片模塊,是功率半導體在電動車領域的技術主流。SiC MOSFET雖具有較好的性能與散熱表現,但礙於成本過高及SiC晶圓製造技術複雜,良率表現沒有硅晶圓好,因此目前SiC在電動車使用的滲透率仍不高。

然而,自電動車龍頭廠商Tesla推出Model 3後,高階電動車市場氛圍可能有些許改變。相較市面上其他電動車廠商使用硅基底芯片(IGBT、MOSFET等)製作PEM(Power Electronics Module,用以做為AC/DC間的電流轉換),Tesla Model 3完全使用SiC MOSFET來做PEM,也讓SiC MOSFET在電動車領域引起討論。

根據廠商說法,Tesla Model 3因使用SiC MOSFET模塊,因此AC/DC的電流轉換效率在長距離電動車市場上排名第一(若不論行駛距離,Hyundai推出的電動車Ionic Electric在電流轉換效率方面較Model 3好,但電池功率僅有27KWh,行駛距離只有Model 3一半),讓以Tesla為主要競爭對手的高端汽車廠商評估使用SiC MOSFET的效益。

值得一提的是,車用Tier 1大廠Delphi在2019年9月發表其最新使用SiC模塊的800V Inverter(目前電動車主要使用400V系統),能延長電動車行駛距離並縮短電動車充電時間。此項技術也為Delphi贏得一家主要客戶為期8年,總值達27億美元訂單,預計自2022年開始供貨給使用800V系統的高端車款,為SiC未來需求加添信心。

此外,SiC MOSFET Module在快速充電樁的使用上也正迅速擴展。豪華車品牌Porsche在2018年10月即發表以SiC MOSFET模塊建置可適合各種電動車使用的快速充電樁,除是為自家Taycan拉抬聲勢,也顯示快速充電樁在高階電動車市場的必要性。

由此看來,儘管目前電動車型以HEV居多,且現行多數電動車採用的功率元件仍以IGBT為主,但基礎設施的建置與消費者的購買意願仍需要時間佈局,從長遠規劃來看,市場端的需求後勢相當可期,也將持續助長SiC話題性。

SiC相關廠商佈局積極,營運策略與產業類別多元

從車用SiC產業供應鏈分析,可看到不僅廠商多元,佈局腳步也相當積極,首先在SiC晶圓部份,市場上佔比最高的廠商是美國Cree,在晶圓製作技術與良率方面皆有良好表現,市佔約6成。

看好未來需求,Cree擴產規劃相當積極,2019年5月宣佈為期5年的擴產計劃,總投資為10億美元,估計屆時在SiC晶圓產能與SiC晶圓製作材料上將提升30倍之多。

有了充足的晶圓產能,旗下Wolfspeed也是生產SiC Diode、SiC MOSFET的主要廠商,相輔相成下將持續拉抬在SiC產業供應鏈的佔比,其餘廠商還有美國II‐VI Incorporated、收購DuPont SiC晶圓事業的韓系硅晶圓廠商SK Siltron等。

在SiC芯片製造部分,主要功率半導體IDM廠商皆榜上有名,包括Infineon、ON Semiconductor、STMicroelectronics、ROHM、Mitsubishi Electrics等,是市場上提供SiC芯片與SiC Module的主要廠商。芯片商與模塊商在SiC材料上的佈局也很積極,包括ROHM收購SiCrystal、STMicroelectronics收購Norstel、Infineon收購Siltectra藉助冷切技術提升元件製做效率等。

另外,在車用Tier 1廠商與整車廠部份,例如日前Robert BOSCH即宣佈,2020年將進軍以SiC碳化硅晶圓做基底生產車用微芯片,主要用在AC/DC轉換,全力助攻主要客戶搶佔電動車市場,而日本廠商DENSO亦有自己生產相關芯片的能力。

在車廠方面,陸系車廠比亞迪(BYD)有自研SiC及擴大SiC功率元件的規劃,投入巨資佈局SiC建立完整產業鏈,將整合材料(高純碳化硅粉)、單晶、外延片(Epitaxy)、芯片、模塊封裝等,致力於降低SiC元件的製作成本,加快其在電動車領域的應用。

而在臺系供應鏈方面,主要有硅晶圓廠環球晶與GTAT簽訂長約,以取得長期穩定的SiC高質量碳化硅晶球供應,致力擴展SiC晶圓供應鏈佔比;漢磊提供SiC Diode、SiC MOSFET代工服務;嘉晶提供SiC磊晶代工服務;昇陽半導體提供晶圓薄化服務;瀚薪科技則聚焦SiC與GaN的元件開發,持續增加技術實力,逐漸讓自家產品能跟國際大廠相抗衡。

然較可惜的是,由於臺灣地區缺乏本土汽車產業的助益,車用芯片滲透率並不高,加上主要汽車廠商多半以長期合作的Tier 1或芯片商合作,臺系廠商要切入汽車供應鏈仍有些許困難待克服,包括長期的車規認證及建立客戶採買意願等,目前較有獲利效益的應用仍以工業電源管理與通訊方面為主,在車用SiC產業供應鏈要能有一定程度的佔比尚需持續努力。


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