“第三代半导体”迎来新方向，新能源车成为主线，重点在5家短线大牛

以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等特点，可以极大满足新能源汽车电动化、网联化、智能化发展趋势的要求，对新能源汽车发展具有重要意义。《中国电子报》开设“宽禁带半导体与新能源汽车”专栏，以宽禁带半导体在新能源汽车范畴的应用为切入点，全面系统报道宽禁带半导体技术趋势、市场发展现状和产业发展困难等。敬请关注。

我国新能源汽车产销量、保有量持续6年居世界首位，为宽禁带半导体的技术验证和更新迭代提供了大量应用数据样本。记者在采访时领会到，宽禁带半导体能有效提升新能源汽车性能并下降系统性本钱，在新能源汽车范畴的应用正处于“小步快跑”阶段，未来两年有望迎来市场大爆发，但要实现范围化应用，还需要产业链协同，多个层面发力。

与新能源汽车自然契合

宽禁带半导体材料拥有高频、高功率、耐高温、抗高辐射、光电性能优异等特点，特别适合于制造电力电子、微波射频、光电子等元器件，与新能源汽车所代表的电气化、智能化趋势自然契合。

根基半导体汽车行业总监文宇向《中国电子报》记者指出，碳化硅等宽禁带半导体在新能源汽车的应用空间，可以从以下层面来看。

在传统的新能源汽车也就是纯电动车范畴，碳化硅主要用于机电驱动逆变器、OBC（车载充机电）和DC-DC车载电源转换器。其中，用于机电驱动逆变器的功率模块是最主要且增漫空间最大的车用碳化硅产物。随着新能源汽车技术的发展，以及氢燃料电池技术的应用，碳化硅的应用区间获得了大幅提升。

在超级快充范畴，一般来说，50度电的新能源汽车满充需要2个小时，而超级快充可以在10～15分钟将电布满。在超级快充的进程中，电池包会发生大量的热，而最新的散热技术是基于车载空调的散热系统，这就为采用碳化硅器件的大功率空压机提供了应用空间。此外，氢燃料电池在把气体转化成电能时，空压机对空气进行高速分手的进程中，以及氢燃料的电堆DC—DC在升压进程中，硅器件已无法承当此类系统对于高频高效的需求，从而需要采用碳化硅功率器件来到达效果。

虽然碳化硅器件本钱略高于硅基器件，但采用碳化硅器件实现了电池本钱的大幅下降和续航里程的提升，从而有效下降了整车本钱。数据显示，在新能源汽车使用碳化硅MOSFET的90～350Kw驱动逆变器，碳化硅增加的本钱为75～150美元，为电池、空间、冷却系统节省的本钱在525～850美元，系统性本钱明显下降。

国家新能源汽车技术创新中心总司理原诚寅向《中国电子报》记者指出，碳化硅器件在新能源汽车中的技术价值，体现在能耗优化、动力性能提升和车辆轻量化等指标上。一是宽温区。硅基IGBT的温区一般在125。～150。，碳化硅的工作温度可以到达200。。机电一旦过热就会主动下降功率避免器件损害，因而碳化硅功率器件能维持更长时间的高功率输出。二是更高的能量转化效率。三是更高的集成度。相比硅基，基于碳化硅功率模块的机电控制器能实现30%～40%的减重，以及75%左右的体积缩小。

“使用碳化硅器件，能在乘用车的前机舱让出更多空间，并下降整车重量。这就意味着车辆能耗下降，由于车辆能耗与风阻和重量亲近相关。”原诚寅暗示。

两年后或迎来市场大爆发

碳化硅在新能源汽车的应用，正处于“小步快跑”与批量化摆设的临界点上。Yole数据显示，2019年碳化硅功率器件市场中有2.25亿美元来源于新能源汽车，预计到2025年，碳化硅功率器件在新能源汽车范畴的市场范围将到达15.53亿美元，年复合增长率达38%。此外，受益于新能源车充电桩等根本设施快速落地，预计到2025年应用于充电桩的碳化硅市场范围将到达2.25亿美元，年复合增长率达90%。

从应用水平来看，碳化硅在车载电源范畴的市场渗透率迅速提升，但在采用MOSFET的机电控制功率模块上，大大都厂商还处于研发和样机测试阶段。不外，“勇开先河”的国内外企业已经出现。特斯拉Tesla推出的

Model3(参数|图片)，就采用了基于碳化硅MOSFET功率模块的逆变器。比亚迪的“汉”也搭载了碳化硅MOSFET功率控制模块。

北京三安光电有限公司副总司理陈东坡向《中国电子报》暗示，碳化硅在OBC上渗透得会快一些，国外很多公司已经在2018年起头将碳化硅肖特基势垒二极管和MOS管用在OBC上；同时，碳化硅MOS管在DC-DC上的应用，也于2018年逐年增加。

“碳化硅在主逆变器上的应用会慢一些，预计到2021年以后才会出现碳化硅MOS管的实质性应用。”陈东坡告诉记者。

文宇也暗示，碳化硅在OBC和DC-DC的应用已经相对成熟。而基于碳化硅的机电控制器技术还处于研发阶段，仍需要碳化硅功率模块供给商与整车企业、机电控制器企业协同测试验证，以提升其应用能力。今朝来看，国内整车企业搭载碳化硅机电控制器的新车量产时间大多集中在2022-2023年。

“2023年会成为碳化硅在新能源汽车市场的一个爆发点。应用碳化硅模块的车厂会越来越多。今朝几近所有的乘用车企业都把碳化硅机电控制器开辟列入到新项目开辟的时间表中。从全球市场来看，预估2022-2023年，碳化硅的供给会进入到全面求过于供的阶段。”文宇向记者暗示。

范围化应用还需多方发力

2015年-2020年，我国新能源汽车产销量、保有量持续6年居世界首位，为宽禁带半导体的技术验证和更新迭代提供了大量的应用数据样本。国家及地方政策的出台，也为宽禁带半导体等涉及新能源汽车根本技术提升的产业注入动力。可是，要实现宽禁带半导体在新能源汽车范畴的范围化应用，还要在技术、市场以及产业链协同等多个层面发力。

在技术层面，碳化硅作为新材料，需要专用的封装工艺技术才能发挥上风，这对于模块企业、机电控制器企业、整车企业而言都是一种挑战。

“假如沿用传统的硅IGBT封装技术来做碳化硅的功率模块，将无法充实发挥碳化硅材料在出流能力、散热能力等方面的上风。这就需要有全新的碳化硅专用封装技术。”文宇说，“别的，在碳化硅功率模块的驱动范畴，也面临了新的技术挑战。很多客户都希望碳化硅功率模块企业在交付碳化硅功率模块样品时，能够为每个模块配套专用驱动。”

下游客户的量产需求，也在倒逼碳化硅功率模块企业的业务拓展和技术进步。面临客户的车用碳化硅功率模块需求，根基半导体今年头已在无锡投建汽车级碳化硅功率模块封装线，预计年末通线，2022年6月实现量产。对于客户关切的驱动问题，根基半导体在团体内部与青铜剑技术的驱动团队合作，为其碳化硅功率模块配套相应的驱动产物。

在市场推广方面，陈东坡暗示，国内碳化硅器件在新能源汽车范畴碰到的挑战和问题主要包括三方面。首先，碳化硅MOSFET产物需要尽快推出，并能多量量制造；其次，产物的可靠性和良品率需要大幅提升；最后，价格需要继续下降。同时，上游的元器件和下游的汽车厂商需要协同，加速推进可靠性上车认证；产业应用生态也应进一步完善。

在产业链协同方面，车用碳化硅和所有国产车规芯片厂商一样，要解决下游客户“不敢用、欠好用、不能用”的隐忧。“‘不敢用’是由于国产碳化硅器件没有装车上路的数据。‘欠好用’是由于当地配套能力和服务体系欠缺。‘不能用’是由于缺乏对应的标准和评价体系。”原诚寅向记者指出。

要解决这三个“不”，原诚寅以为，首先要在国内形成对车规芯片的认证和评价标准，让客户对国产车规芯片有一个量化的认知。否则车企只能选择国际大厂已经装车搭载的芯片，来规避不确定性带来的风险。其次，要为国产车规芯片的试错、改良、提升提供机制保障。近期，中国汽车芯片产业创新战略同盟举行了汽车芯片保险签约仪式发布活动，展开汽车芯片保险和保费补助试点工作，以金融保险手段分管产业链上下游风险。最后，产业要形成上下游协同机制，提升当地化配套能力，培育本土供给链。

“国内车用芯片尚未形成完整的供给链体系，缺乏上下游协同的生态。希望下游客户权衡好短期好处和持久好处，将眼光放得久远，拔擢足够信任的当地下游伙伴长大，形成包括软件、服务、体系的生态，把本土化配套做起来。”原诚寅说。