在電動汽車市場的激烈競爭中，碳化硅(SiC)器件正成為關鍵制勝因素。究竟誰能搶占SiC高地，成為這場角逐的最終贏家？

隨著電動汽車行業的快速發展，對高性能、高續航里程要求和高效率的需求不斷增加，SiC器件正在逐漸成為提高車輛性能的關鍵技術之一。

據乘聯會最新數據，1-8月期間，狹義乘用車市場累計零售銷量達到1346.5萬輛，較去年同期微增1.8%。新能源領域，比亞迪驅逐艦05、五菱宏光MINIEV及秦PLUS EV等車型躋身前十，五菱繽果則以超10萬輛的銷量位列第12。

在近幾年的車展上，SiC在電動汽車上的應用越來越普遍。不管是新勢力的造車廠，還是傳統汽車廠，SiC在電動汽車上的使用率都大為增加。

如在第21屆廣州國際車展上，共有1132輛展車亮相，其中至少包含了15款以SiC為特色的新車型。此次車展上，不僅有下半年將上市的熱門車型如仰望U8、智己LS6、華為問界M9等，還有尚未上市的車型如奧迪Q6 e-tron和仰望U9等也悉數登場。這些車型價格區間廣泛，多款售價位于20萬元至30萬元區間，也有下探至15萬元左右的。

作為第三代半導體，盡管成本較高于傳統硅基器件，但SiC功率器件帶來的性能增益，包括提高能源利用率、減少系統損耗、改善熱管理效能和支持更高的工作電壓，使得越來越多的汽車制造商開始在其產品中引入SiC。

一、SiC 在電動汽車上的三大應用

數據顯示，SiC功率器件在電動汽車中的滲透率約為一半。預計在2023年至2035年間，SiC MOSFET的需求將增長10倍，主要得益于其高效率、高耐壓和高溫工作的特性，尤其是較多應用于高端電動汽車的車載充電器(OBC)、DC-DC轉換器和主驅逆變器等核心組件中。

(一)電機驅動系統逆變器

目前，SiC逆變器已占據BEV市場的28%，并逐漸成為主流。

主逆變器作為牽引逆變器，負責將電池的直流電轉換為驅動電動引擎的交流電。其性能及體積、重量直接影響車輛續航范圍和可靠性。目前，電動車中的主驅逆變器仍以硅基 MOSFET 和硅基 IGBT為主，但隨著新能源汽車向高集成度、小尺寸、低損耗的系統發展，SiC器件加速滲透。

羅姆認為，由于牽引逆變器處理的功率比OBC和DC-DC更大，而采用SiC分立器件會使逆變器尺寸變大，因此市場上越來越多地使用SiC模塊。

如典型的特斯拉Model 3和比亞迪 “漢”EV高性能四驅版本等部分車型已經使用了碳化硅功率器件的電機驅動控制器。相比硅基器件，引入碳化硅后，逆變器輸出功率可增至2.5倍，體積縮小1.5倍，功率密度為原有3.6倍。

(二)車載充電機(OBC)

在車載充電機方面，SiC器件能實現更快充電速度和更高效率。

車載充電機為電動汽車的高壓直流電池組提供從基礎設施電網充電的關鍵功能，決定充電功率和效率。通過車載充電器可將電網中的交流電轉換為直流電對電池進行充電。

雙向逆變技術是未來OBC標配功能之一，使 OBC不僅可將AC轉化為DC為電池充電，還能將電池的DC轉化為AC對外進行功率輸出。

SiC二極管及MOSFET器件用于車載充電機PFC和DC-DC次級整流環節，推動車載充電機向雙向充放電、集成化、智能化、小型化、輕量化、高效率化等方向發展。以22kW雙向OBC為例，SiC系統成本與Si相比，減少了15%；同時能量密度是Si系統的1.5倍，通過減少能耗每年可減少單位成本40美元左右。

采用全SiC MOSFET方案的車載充電機，可使功率器件和柵極驅動數量減少30%以上，開關頻率提高一倍以上，實現系統輕量化和整體運行效率提升。

而傳統Si器件由于耐壓和開關頻率限制，不能滿足日益增長的性能需求。以6.6kW車載充電機為例，SiC肖特基二級管在AC-DC和DC-DC電路中發揮重要作用，可提高功率因數，得到寬范圍母線電壓，實現極短反向恢復時間，降低開關損耗，提高開關頻率，對車載充電機減小發熱量、提高工作電壓、能量密度和效率至關重要。

(三)DC-DC 轉換器

在DC-DC轉換器中，SiC器件同樣具有顯著優勢。

DC-DC轉換器是轉變輸入電壓并有效輸出固定電壓的電壓轉換器，實現車內高壓電池和低壓電瓶之間的功率轉換，主要給車內低壓用電器供電。隨著整車智能化、電氣化的發展，對DC-DC的供電功率及安全性提出了更高的要求。

采用SiC功率模塊的DC-DC轉換器與傳統IGBT技術相比，提供更低的開關損耗。例如在額定功率為500kW的DC-DC轉換器設計中，變壓器得益于SiC功率模塊的低開關損耗和高開關頻率，可以使用鐵氧體制成的磁芯，提供經濟高效的解決方案。在輸出為400V/16A的變頻器中，SiC功率器件性能優于Si基功率器件，在500kHz時的轉換器峰值效率接近98.5%。

基于碳化硅研制的功率器件，為氫能汽車燃料電池DC/DC變換器帶來革命性的創新。此外，800V高壓平臺有望為OBC/DC-DC帶來新增量。為適配原有400V直流快充樁，搭載800V電壓平臺新車須配有額外DC-DC轉換器進行升壓，進一步增加對DC-DC的需求。

當然，SiC在充電模塊、壓縮機、變換器和電機驅動中也有廣泛應用。如英飛凌與英飛源合作，為其提供1200V CoolSiC? MOSFET功率半導體器件提升電動汽車充電站效率。SiC技術可提高壓縮機工作效率和響應速度，降低系統損耗和噪音；在變換器中能提升轉換效率、減少熱損失和降低成本；在電機驅動中，采用碳化硅功率器件可提高驅動系統性能，汽車廠商希望通過應用碳化硅功率器件實現驅動系統小型輕量化，碳化硅器件優勢眾多，可將電驅動控制器體積減小80%以上。

二、SiC 器件普及的難點在哪里？未來前景如何？

目前，SiC器件在在市場上的應用并未得到大規模地普及，尤其是SiC MOSFET。

相比傳統的硅基器件，SiC MOSFET的成本較高主要源于SiC晶圓生長緩慢，制造工藝復雜以及高硬度SiC材料加工處理更為困難。據相關數據，在碳化硅器件的制造中，最費錢的部分是襯底，占整個成本的47%。

此外，在極端操作條件下的長期可靠性仍需進一步驗證。盡管SiC具有優良的熱導特性，在高功率密度應用中的有效散熱依然是設計中的一大考量，必須確保有高效的冷卻系統支持，以維持器件的最佳性能和延長使用壽命。

針對上述挑戰，安森美碳化硅技術專家Jiahao Niu認為，隨著8英寸晶圓技術的成熟和成本的降低，SiC器件的市場主流將從6英寸轉向8英寸，而SiC產品的性能也將持續提升。

安森美通過不斷改進SiC MOSFET的結構，減少導通電阻和開關損耗，提高器件的工作效率和可靠性，以滿足新能源汽車、充電樁、光伏新能源等領域的高要求。在產業鏈方面，規模化生產將成為SiC產業鏈的重要發展方向，并且未來SiC產業鏈將更加注重垂直整合，實現產業鏈的優化配置，提高整體競爭力。

雖然目前SiC MOSFET面臨成本高、襯底生長緩慢等問題，但很多廠家對其成本的降低都有著很樂觀的預期。預計在2035年成本會大幅降低，可以達到Si器件價格的 1.5 倍左右，屆時 SiC器件將會迎來大規模的應用。

在市場上大部分廠家很難確保完整產業鏈的8英寸晶圓，在能夠內制的企業有限的情況下，羅姆認為能夠內制SiC襯底和晶圓這一點是非常有利的。據了解，羅姆從最初的3英寸到現在已量產的6英寸，積累了非常多SiC晶圓大口徑化的技術經驗，目前在8英寸晶圓的開發中，取得了比6英寸開發時更好的結果。

未來，隨著SiC器件成本的降低、技術的不斷成熟以及產業鏈的不斷完善，SiC在電動汽車領域的應用前景將更加廣闊。它將為電動汽車帶來更高的性能、更長的續航里程、更快的充電速度以及更小的體積和重量，推動電動汽車產業的快速發展。

三、800V高壓平臺之下，SiC器件的發展空間如何?

隨著800V高壓平臺的興起，高性能的電動汽車只會對更高能效、更小體積和更輕重量系統的需求日益增長。從當前的應用現狀可以看到，SiC器件在車載充電器(OBC)、DC-DC轉換器、主驅逆變器等關鍵部件中展現出的增長潛力不言而喻。

安森美針對電動汽車SiC市場加速創新，計劃2030年前推多代新產品。EliteSiC M3e MOSFET降關斷損耗50%，與智能電源組合可優化系統方案并縮短上市時間，不僅能在高開關頻率和電壓下運行，提供超低導通電阻和抗短路能力，而且采用先進封裝可提升主驅逆變器輸出功率或減少SiC材料。

此外，一系列SiC產品和技術包括功率模塊和分立器件、高耐壓器件、封裝和散熱技術、柵極驅動器解決方案，均可適用于電動汽車部件。安森美追求車規級SiC零偏移、零缺陷質量目標，還將推出仿真工具，參與認證標準研究，與車企合作推動碳化硅大規模上車。

據透露，2024年4月的北京國際車展上，新發布并使用SiC的800V平臺的車型中，60%設計采用了安森美的方案。部分采用800V架構的國產電動汽車已具備“充電5分鐘，續航200公里”的超快補能能力，這背后離不開SiC器件在主驅逆變器中的廣泛應用。研究顯示，由IGBT向SiC的切換可使逆變器效率提升2%至5%。

安森美通過SiC MOSFET芯片技術創新降低成本。平面柵SiC MOSFET迭代至M3e，元胞結構改變且長度縮小65%，結合晶圓減薄降導通電阻。M3e在平面架構上降低導通和開關損耗，與前代相比，導通損耗降30%、關斷損耗降50%，具低導通電阻和短路能力。

結合先進封裝技術，可提升主驅逆變器輸出功率20%或減少20% SiC用量。目前，M3e已獲眾多頭部客戶認可，如與大眾汽車集團簽約。2030年前，安森美將加快推出新EliteSiC產品，從第四代轉向溝槽柵SiC MOSFET。

四、半導體廠商未來的發展機遇與空間

未來，電動汽車上的應用無疑是SiC的天下。

特別是在電動汽車大力推行之下，面對續航問題、充電問題等難點時，SiC器件的性能優勢顯得愈發重要。目前SiC模塊的成本隨著生產工藝和技術的進步，成本優勢也在日增。如果電動汽車與人工智能、物聯網等技術的深度融合，那么將會有更多的創新應用實現落地。

據預計，到2030年，電動汽車市場的復合年增長率將達到20%，屆時xEV的銷量預計將達到64萬輛，是2022年電動汽車銷量估計的四倍。

目前價值約2億美元的SiC器件市場預計將在2030年達到11億至14億美元，估計復合年增長率為 26%。鑒于電動汽車銷量的激增以及SiC對逆變器的適用性，預計70%的SiC需求將來自電動汽車。

對于半導體廠商而言，這意味著巨大的發展機遇和廣闊的發展空間。

目前，生產SiC器件的半導體企業就包括意法半導體、英飛凌、安森美、羅姆等，這些國外大廠紛紛早已布局，占據了全球電動汽車SiC市場的絕大部分份額。數據顯示，作為全球第一大汽車SiC器件廠家，意法半導體市場占有率超過60%；安森美2023年市場占有率約為24%；羅姆的目標是到2025年之后占據全球SiC份額的30%。

在國內，士蘭微、新潔能、揚杰科技、安世半導體等功率器件企業也已研發出自有的技術和產品，并與頭部車企建立深度合作。

安森美(onsemi)視新能源汽車市場為一個充滿活力且極具潛力的領域，不僅在SiC技術上擁有深厚的積累，還致力于提供從襯底到模塊的端到端解決方案，以滿足不同應用場景的需求。

鑒于SiC器件優勢，安森美在電動汽車SiC領域有明確市場策略和發展規劃。例如，通過垂直整合生產鏈保證質量和供應鏈穩定且領先性能與供應能力；計劃產能擴張，推8英寸晶圓提升產量供應全球客戶；與汽車制造商戰略合作，提供SiC技術加強市場地位并帶來技術共享和市場擴展機會；提供多樣化產品組合滿足不同需求；擁有龐大開發團隊，緊密聯系客戶確保技術符合市場需求，持續研發推出新一代產品保持領先；通過全球布局構建彈性供應網絡增強市場適應能力。

同樣，英飛凌科技大中華區汽車電子事業部高級總監仲小龍此前表示，未來三到五年將重點投資下一代更高效、更高電流密度的半導體技術，包括Si及SiC，以提供更高功率密度、更高集成度、更多更靈活的封裝模式的新產品。值得一提的是，英飛凌采用的先進冷切割技術進行原材料的后續生產，在確保成品率的同時極大地提升原材料的利用率，在節能增效方面先人一步。

羅姆半導體(上海)有限公司深圳分公司技術中心高級經理蘇勇錦認為，如果電池電壓增加，系統需要處理相應的大功率轉換，但是使用SiC分立器件的系統構成方案往往會使逆變器尺寸變大，因此可以使系統更加小型化、更高效率的SiC模塊的采用越來越多。

值得關注的是，中國是全球電動汽車普及速度最快的市場之一。羅姆非常看好這一市場，積極強化支持和合作，目前已與多家中國廠商合作，包括尚未發布的廠商在內，有相當數量的合作正在進行。

小結：

目前電動汽車是SiC器件的主戰場。在整個電動汽車應用中，主驅系統所用到的SiC模塊相對更多，而這一核心部件目前主要由意法半導體、安森美和英飛凌等國外大廠占據主要份額。對于國內半導體廠商而言，在主驅系統領域實現國產替代的前景非常可觀。其次，OBC、DC-DC轉換器和充電樁等領域，也有相當一部分的替代和占領空間。

盡管相比硅基器件，SiC器件的性能優越性和特性都相差一定的距離。隨著SiC器件的成本下降和生產工藝水平的提高，其在電動汽車上的滲透率會越來越高，且逐漸成為應用主流。縱觀整個電動汽車市場，誰搶占了SiC器件的創新應用，誰就是電動汽車市場的受益者。

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審核編輯 黃宇