这场深度对话,把新能源应用下的SiC痛点点破了!
第三代半导体风向 · 2025-05-29
插播:天科合达、天岳先进、同光股份、烁科晶体、合盛新材料、三安半导体、东尼电子、中电化合物、芯聚能、安海半导体、凌锐半导体、士兰微、泰坦未来、恒普技术、华卓精科、快克芯装备、京航特碳、奥亿达半导体及成都炭材等已确认参编《2025碳化硅衬底与外延产业调研白皮书》及《2025碳化硅器件与模块产业调研白皮》,参编咨询请联系许若冰(hangjiashuo999)。
日前,行家说第3届“电动交通&数字能源SiC技术应用及供应链升级大会”成功在上海举办(点击回顾)。
除了现场的主题报告外,本次会议最瞩目的环节当属2场圆桌论坛,其中上午场圆桌论坛邀请到了国扬电子总经理高俊开、利普思总经理丁烜明、宏微科技SiC高级技术专家戴天祥博士、意法半导体市场部高级经理孙君颖、士兰微器件成品产品线市场总监伏友文等行业大咖,分享行业现状与趋势观点。
本次圆桌论坛主要围绕“碳化硅在新能源市场应用现状与挑战”的主题进行讨论,并由三菱电机半导体中国区技术总监宋高升担任主持。那么,这些行业大咖进行了怎样的思想交流?碳化硅又有着怎样的新机遇?关注!
问题1:
贵公司在碳化硅半导体领域的最新进展
三菱电机宋高升:能否介绍一下在碳化硅半导体领域,贵公司在技术研发和市场开拓方面的最新进展?
意法半导体孙君颖:短期内,意法半导体主要有三个任务:一是产品出新,2025年将有第四代碳化硅MOSFET产品的开发,前三代碳化硅产品的应用主要针对海外市场,但经过长时间且高效的沟通后,我们认为第四代产品会更切合中国实际市场。这是为中国本土车企量身定制的产品,我们也期待后期能收到积极的产品反馈。
二是应用方向,汽车、工业都是意法半导体的聚焦领域。在中国,意法半导体在汽车领域已做得相对不错,但以往因为产能不足、供应链待完善的问题,我们只能把汽车业务放在优先级。如今,工业市场潜力巨大,和汽车市场相比,更加分散,对此,我们也正在完善具体的产品、解决方案及营销策略。
三是产能方面,由意法半导体和三安光电联合打造的合资厂(重庆安意法8英寸碳化硅晶圆合资制造厂)已经正式投产,为稳步推进8英寸碳化硅的量产目标,我们正在紧锣密鼓地展开推广工作,这也是目前较为重要的任务。
意法半导体市场部高级经理孙君颖
利普思丁烜明:成立至今,利普思一直专注于碳化硅模组的封装、制造与销售。在进入三代半行业的初期,我们是行业里最开始做环氧灌封碳化硅模块的企业之一。随着技术的快速发展,业内很多同行都在与时俱进,整体上都聚焦在模块封装的材料应用、工艺技术等方面。
前段时间召开的德国PCIM展会上,利普思展出的碳化硅模块产品也足够齐全,不仅是涉及车载领域,也包括新型电网、轨道交通、电动船舶等工业应用领域。而这也正是利普思这几年在做的事情,后期我们也会开拓更多的应用领域,铺就更多的推广版图。
国扬电子高俊开:国扬电子作为中国电科55所、国基南方下属的子公司,传承深厚的国资央企科研底蕴。中国电科55所作为国内较早构建碳化硅全产业链的企业,覆盖从衬底、外延到晶圆轮片、器件的完整环节,为国扬电子奠定坚实技术根基。依托这一优势,国扬电子在碳化硅技术领域持续突破,目前已实现技术迭代至第三代,并积极开展下一代碳化硅MOSFET芯片开发。在性能指标上,单颗碳化硅MOSFET芯片最低导通电阻达11mΩ,沟槽芯片更是低至9mΩ。
凭借先进技术,国扬电子构建起系列化、可量产的碳化硅产品矩阵,产品电压覆盖范围从650V到6500V,涵盖碳化硅芯片、器件与模组。在国家重大课题攻关中,电网领域相关碳化硅芯片产品耐压可达25000V;碳化硅模组产品类型丰富,包括灌胶型、塑封型等多元品类。值得一提的是,我们的车规SiC模块已获得重点车企量产定点。在工业应用层面,国扬电子产品已在储能系统、AI算力数据中心、设备电源等场景实现批量应用。
宏微科技戴天祥:宏微科技是国内本土较早深耕IGBT和FRD芯片的厂商之一,也很看好碳化硅的发展前景。现在,我们布局了独立的WBG(宽禁带半导体)产品线,不仅实现碳化硅产品的自主研发与生产,更在氮化镓领域展开探索。
技术演进方面,宏微科技已完成第一代SiC MOSFET及SBD产品的客户端前期导入与批量供应;基于对性价比与市场竞争的考量,我们正在同步推进第二代、第三代产品研发,志在将平面栅的RSP指标优化至最小2.0mΩ·cm²——这一目标不仅是技术突破的里程碑,更有望成为平面栅与沟槽栅技术的重要分水岭。
模块产品方面,针对光伏领域,宏微科技的SiC和IGBT模块出货量已突破100万只大关,车规级模块市场份额也稳步攀升。随着国内沟槽栅代工平台的成熟与开放,宏微将顺势切入第四代沟槽栅碳化硅MOSFET产品赛道。未来,宏微科技也将凭借高质量代工服务的核心优势,携手国内外优质客户,深度挖掘碳化硅在多领域的应用潜力。
士兰微伏友文:目前,士兰微已构建起覆盖硅基8英寸到12英寸的成熟生产体系,在新兴材料领域,更是形成了涵盖硅基、碳化硅、氮化镓等全产业链布局。凭借深厚的技术积累与市场拓展能力,截至2024年年底,士兰微在全球功率半导体市场跃居第六位,同时登顶国产厂商市占率榜首,产品广泛应用于新能源汽车、光伏储能充电桩等能源基础设备,以及AI数据中心等多个战略新兴领域。
在碳化硅业务板块,士兰微已搭建起包含晶圆、分立器件、模组在内的多元产品矩阵。值得关注的是,2024年,士兰微的碳化硅模组成功实现对多家汽车厂商的量产出货,在新能源汽车赛道占据重要一席。与此同时,当前量产的第二代碳化硅产品已实现大批量销售,备受期待的第四代碳化硅产品也计划于今年正式推出。
产能建设方面,2025年,厦门的碳化硅8英寸生产线将实现通线并投产,这一突破将助力士兰微成为国内首家实现碳化硅产品从6英寸向8英寸跨越的企业,大幅提升生产效率与产品质量。未来,士兰微将依托技术与产能的双重升级,为客户提供更高品质的碳化硅产品,持续为功率半导体国产化进程注入强劲动力。
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问题2:
如何看待eVTOL与电动船舶等电动交通领域的碳化硅应用前景?
三菱电机宋高升:目前,碳化硅大部分都集中在电动汽车领域的应用。那么,从厂商角度来看,针对eVTOL(垂直电动飞行器)与电动船舶这两个新兴领域,各位是否看好这两个领域的碳化硅应用?
意法半导体孙君颖:两年前,我们已经与空客开展了一些关于功率电子技术研发的协议。实际上,功率半导体在这些领域仍具备一定的挑战,缺乏统一性的行业标准,也缺乏相关产业政策的推进。如果要加大碳化硅在这些新兴领域的应用,建议行业可以从这些方面来推进。
另外,针对“空中领域的飞行器是需要车规级碳化硅技术还是传统的工业级技术”这一问题,目前也没有可靠性的答案和标准,但意法半导体提供碳化硅产品的是以车规级为主,部分客户也觉得也要有一定的冗余。总而言之,任重道远,需要各环节一起努力。
利普思丁烜明:在低空飞行领域,利普思给法国空客做过电动小飞机主驱的碳化硅模块。在这一方面,业内确实是没有标准的。有公司正在用T-PaK、HPD、DCM等模块,未来还有可能用嵌入式PCB模块,但我们采用的是大电流低电感HPD SiC模块。所以,在应用端,我们是跟着客户需求的。如今也有一些联盟、院校在研究相关的标准。
在电动船舶领域,业内很多人都在关注碳化硅在这一领域的应用。因为它跟汽车不一样,但是电动船舶不缺空间,也不存在噪音问题。首先,在应用端,碳化硅的关键之一就是成本。就船舶而言,它的电压是从750V到1000V的直流母线,是非常适合搭载碳化硅的,但关键是在怎样的成本条件下才能实现大批量的应用呢?
其次,目前,在国家“绿水青山”等倡导下,国内的电动船舶需求增长是很快的。比如三峡景区的观光旅游发展,催动着船舶的电动化。若把碳化硅应用于此,是否需要更高的电压?碳化硅器件耐压可能3300V都不够,甚至需要4500V。还比如海洋上的舰艇、游轮,其实都有用碳化硅器件,但我们更关心成本问题,毕竟3300V以上的碳化硅确实不便宜。
利普思总经理丁烜明
国扬电子高俊开:eVTOL方面,国扬电子从2023年就已经在国内布局eVTOL航空器了。这能用一个词来形容,就是“斤斤计较”,每一克的重量对eVTOL飞行器都是非常重要的。在这种前提下,碳化硅技术可以直接转化为续航能力的跃升,为eVTOL的落地提供关键技术支撑。
此前有客户提及,以130千瓦的电机控制器为例,若采用碳化硅高压器件,可使其尺寸缩小40%、重量减轻25%,进而为eVTOL飞行器带来15%的续航里程提升。由此判断,碳化硅在eVTOL是有非常好的前景的。
但值得注意的是,航空场景的特殊性对碳化硅器件提出了更高标准。相较于汽车应用,eVTOL在空中运行时面临更严苛的安全冗余要求。以单架配备8个电机的飞行器为例,其动力系统需配置更多备份模块,这意味着单台套设备对碳化硅器件的需求量将显著高于汽车领域。
所以,在我看来,eVTOL的快速发展将成为碳化硅技术迭代与市场扩容的一大牵引力,而这也会是碳化硅企业需要关注的一个焦点。
宏微科技戴天祥:在我看来,目前eVTOL与电动船舶对碳化硅的贡献并不多,这两个领域都处于政策导向。比如船舶,它的政策导向会更明显,其发展正处于国家鼓励阶段,并且没有多少硬性限制。据统计,截至2023年,国内河内的船只数量不到12万艘,这个量是不大的。
考虑船内空间大这一前提的话,从经济性方面考虑,碳化硅就未必是最合适的解决方案了,但有可能会是IGBT与SiC共存甚至是混合并联的发展模式。
但我比较看好碳化硅在电动船舶的超充桩应用。和电动汽车相比,中型船只所用到的电池容量会大很多,并且要轻松达到上千伏电压。在这种情况下,若需要保证船只的不间断运行,就需要充电或换电。若要实现短时间内的充电,就必需超充桩,那碳化硅就是自然而然的选项了。
相较而言,eVTOL是更加充满活力的领域,虽然其处于政策导向,但预估会有一段比较长的成长期(或补贴期)。在应用场景上,eVTOL与车规是有很大的相似性的,比如高功率、高效率、轻量化,尤其是稳定性、安全性等,甚至会高于车规等级。但当真正实现商业化盈利时,有冗余设计的eVTOL未必会使用全套的碳化硅方案,也有可能是IGBT与SiC的混合模块。
在此需要提及一点,eVTOL对碳化硅功率器件可能会有更高结温的要求。目前,SiC或IGBT模块的最高结温不断往上走,但IGBT稍微会有点限制,可能最高只有185℃,再往上就很困难了,但碳化硅的结温性能会更好。整体来看,碳化硅的芯片和封装都是在往更高结温去走,而这也恰好符合eVTOL对性能极限方面的要求。因此,从我的角度来看,这一场景内,碳化硅是必然的选择。
士兰微伏友文:虽然碳化硅的市场规模正在往破百亿美金的方向发展,但截至目前,碳化硅的主要应用还是围绕新能源汽车(接近80%的市占率)。如果SiC MOSFET能覆盖的电压段越来越宽,应用场景也将越来越多。随着碳化硅的更多应用,其产品迭代、市场规模也将迎来可观的发展。这是一个非常积极的信号,也将给予我们从业者更多的信心。
问题3:
哪些市场会成为碳化硅新的高速增长点?
三菱电机宋高升:随着碳化硅全产业链降价,您认为哪些市场会成为碳化硅新的高速增长点?
意法半导体孙君颖:我觉得AI服务器电源市场值得关注,业内很多同仁都认同这是一个非常海量的需求空间。不过,若换个角度看,要做好每一个市场或应用,需深入理解应用特性并选择合适方案,这或许是推动碳化硅应用渗透率提升的方法。
利普思丁烜明:可以聚焦电源领域,这其中既包括充电桩这类装置,也涵盖如电动重卡快充、船舶岸电充电等场景。比如近期易能时代的新品发布会,其探讨的闪充技术便与电源应用密切相关。此外,西班牙近期发生的大停电事件,可能会改变欧洲对光储的需求。无论是算力电源,还是储能领域的PCS等,都将成为碳化硅重要且庞大的增量。当然,这背后的推动因素与“碳化硅成本降低”息息相关。
国扬电子高俊开:我觉得,未来几年的工业领域可能迎来较大的替代机遇。当前工业领域市场空间极为庞大,但主流产品大多以硅基IGBT为主。随着国内碳化硅器件价格大幅下降,一旦客户完成碳化硅替代IGBT的研发生产流程,并且在能耗和成本层面算清经济账——即碳化硅器件价格降至一定幅度,能为客户整体设备带来经济效益提升,那么在下一阶段的工业市场中,伺服电机、变频器、电焊机等传统IGBT优势市场,很可能迎来大规模的碳化硅替代机遇。这对于碳化硅生产厂家而言可能是未来一个重要的增长点。
国扬电子总经理高俊开
宏微科技戴天祥:可从两个维度分析:一是成本。目前碳化硅70%以上的份额集中在车规领域,但国内自研车规芯片占比仍较低,因此国内车规市场的碳化硅上车仍是重点。
二是性价比与技术融合。10年前,SiC MOSFET电压多为1200V,而如今随着材料降本、晶圆尺寸缩小、沟槽工艺成熟以及沟道迁移率提升,碳化硅电压等级逐渐下探,使低压领域竞争力增强,甚至出现了400V的碳化硅MOSFET。与此同时,随着衬底成本下降,高压领域同样具备降本空间。
如小米SU7高端版采用1200V英飞凌沟槽器件,低端版就采用750V博世沟槽器件;还如近期英飞凌第五代沟槽+超级结在PCIM展会上的发布,这些都意味着全球碳化硅在芯片设计与产品迭代上已进入全盛时期,市场前景极为可观。
宏微科技SiC高级技术专家戴天祥博士
士兰微伏友文:如今碳化硅产品的丰富度较前两年有显著提升。早期各家切入碳化硅领域时,大多围绕800V平台展开,1200V也曾是厂商优先布局的电压段产品。然而,根据相关预测,到2030年,400V车型占比仍可能占据很大份额,所以电压等级下探成为重要方向。
与此同时,成本与效率平衡是关键。相同Rdson下,低电压平台在成本、效率上均有较大的提升,若依据应用进一步丰富电压平台(如覆盖400V、650V、750V、1200V、1400V、1500V、1700V至2000V等多档位),将推动产品向多样化发展,并赋能电机与电源应用在不同场景实现功率密度和效率提升。
可以预见,AI数据中心或将成为碳化硅产品重要新增量。目前,碳化硅在AI电源领域的应用尚处发展早期,但面对未来AI计算需求指数级增加,全球数据中心耗电量预计飞速增长。在此背景下,碳化硅这种新材料将成为能源升级转型的关键技术,极具吸引力。
电力是AI发展的核心因素之一,以AI为驱动的应用侧革新,将推动新一轮能源革命,促使碳化硅更快向多元化应用爆发。从能源革命角度看,碳化硅可贯穿“发电、输电、用电”全链条。发电侧可应用于光伏、储能等场景;输电侧可适用于高压直流输电系统;用电侧可覆盖新能源汽车、数据中心电源、充电桩等设备。
能源变革和人工智能是未来科技产业发展的双重引擎,随着碳化硅产品矩阵日益丰富,围绕构建一个增长、创新、可持续发展的绿色低碳的未来,碳化硅市场规模有望突破百亿美元,展现出巨大的市场应用潜力。
问题4:
碳化硅企业如何抓住光储充、数据中心等新兴的市场机遇?
三菱电机宋高升:碳化硅在光储充、数据中心的市场渗透率已经在加快,甚至在家电、工业传动、电焊机等市场的热情也被点燃。那么,为了抓住这些新兴的市场机遇,碳化硅企业该怎么做?
意法半导体孙君颖:可以用三个词来概况,一是产品更成熟,简单来说,这意味着大家对碳化硅的要求从PPM(百万分之一)级降至PPB(十亿分之一)级别;第二是扩张,即通过追求更好的性价比(例如布局8英吋产线、加大投资等),让碳化硅与IGBT的性价比更加接近;第三点是创新,创新是需要建立在成熟的技术或扩张带来的更高性价比的基础上。
利普思丁烜明:需要关注以下三个方面:一是芯片端。碳化硅晶圆的选择面不像硅基功率器件那么广,目前国内器件更多处于跟随状态。建议相关企业进行芯片设计时,多研究国外品牌的技术路径。
二是应用端。相较于相对标准化的车载场景,工业领域的应用需求更为多元,往往“一个厂家一个客户一个方案”,这正是单管、模组等器件价值的体现点。建议大家加大在应用端的投入,包括组建专业团队、加强样机Demo测试,以及优化驱动方案匹配等。
三是制造端。最终产品交付需以品质稳定性为主,在制造环节需对标国外品牌,避免急于求成。
国扬电子高俊开:如今,碳化硅替代硅基器件已获得行业共识,随着价格下探与市场红利爆发,碳化硅未来的主要增长点集中在两方面:
一是成本优化,在芯片层面通过扩大量产规模提升产能,减少单位芯片的制造成本,在封装层面要研发新型封装技术并推进集成化设计,为客户提供“搭积木”式解决方案,既简化系统应用复杂度,又通过模块化创新提升产品附加值。
二是行业生态共建,价格没有最低只有更低,希望国内外行业同仁共同营造良性竞争的发展环境。
宏微科技戴天祥:我主要谈两个点:一是精确定义产品。以往设计大众规格产品时,常采用从芯片设计到应用端的“开路式”流程,但考虑到不久的将来碳化硅产品需求的增长和多样化发展,需从设计源头精准匹配应用场景需求。例如,10kHz与50kHz的产品,其芯片设计逻辑截然不同。可参考Wolfspeed开放的裸芯片样品,其布局就体现了不同应用场景的差异化设计逻辑。因此,需针对具体应用场景定制化设计产品。
二是产品分级。当前车规级碳化硅产品竞争日益激烈,近期行业的标准化制定会议中有提及,不同寿命要求的产品可以在设计阶段有所取舍。如长寿命产品可能需牺牲部分成本或性能以强化可靠性,而短寿命产品可侧重性价比优化。
士兰微伏友文:我想借这个机会,用三个“xin”来表达我对碳化硅行业的期待:第一是创新。无论是产品研发还是应用拓展,创新都是行业发展的核心驱动力。第二是信心。当前全球碳化硅市场中,国产化比例仍较低,行业同仁对国产产品的质量、稳定性等方面可能存在担忧。随着产业链上下游同仁的共同努力,技术成熟度与生态完善度持续提升,我们相信下游产业也会更有信心,从而给予国产碳化硅品牌,材料和设备等供应链厂商更多尝试机会。第三是用心。客户给予的信任需要以企业实际行动论迹,我们必须要用心地做好产品、质量和服务。
士兰微器件成品产品线市场总监伏友文
当新能源汽车、光伏储能、AI数据中心、机器人等各种应用场景持续火热,不仅是SiC,GaN、IGBT等功率半导体都正深刻影响新能源的应用发展。为此,8月14日,行家说将在深圳重磅举行“新型功率半导体与新能源应用高峰论坛”,聚焦SiC、GaN、IGBT等核心器件在新能源汽车、光储充、数据中心及机器人等场景的技术攻坚与产业化落地。
届时,活动将汇聚三安半导体、安世半导体、广汽、比亚迪等实力企业,设三大专场、10+主题报告等环节,深度拆解SiC MOSFET降本增效路径、高压GaN能源升级方案等议题。目前,活动已获京东方华灿光电、泰克科技、三安半导体等头部企业的战略支持,参会合作请联系许若冰(hangjiashuo999)。期待与你共探功率半导体的「破界」之道!
本文发自【行家说三代半】,专注第三代半导体(碳化硅和氮化镓)行业观察。
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