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SiC很火爆但可能不赚钱
发布时间:2022-10-04 04:54:30 来源:188体育投注平台 作者:188体育投注平台注册

  SiC宽带隙第三代半导体异常火爆,特别是1200V的SiCMOSFET有望取代目前常用的650V Si IGBT。不过火爆归火爆,但可能赚不到钱。

  抛开生产环节中的良率损失,原材料成本中,SiC衬底所占比例最高,能达到80%。

  上图是Wolfspeed在11月投资者大会上公布的SiC衬底市场占有率,Wolfspeed市场占有率为62%,第二名II-VI是14%,第三名SiCrystal是13%,是一家德国公司,但却属于日本Rohm,前三名占据了近90%的市场。

  按照常理,如此集中度高的市场,必然是进入门槛很高,利润应该很丰厚,然而完全不是如此。

  上表为Wolfspeed连续8个季度的毛利率统计,可以看出毛利率整体是呈下降趋势的。

  上表是Wolfspeed连续8个季度的营业亏损,研发费用和销售、管理及行政费用(SG&A),可以看到研发费用与SG&A费用都在持续上升,亏损幅度也越来越大。加上8英寸晶圆厂的高额开支,未来亏损幅度会更大。

  为何不赚钱?可能与Wolfspeed的策略有关,也可能是需求不足,缺乏议价能力。Wolfspeed和意法半导体、英飞凌以及安森美签订了长期供货合约,合同金额大约13亿美元。意法半导体是Wolfspeed的第一大客户,2021财年占其总收入的18%左右。但Wolfspeed与自己的客户竞争,Wolfspeed也有SiCMOSFET生产,并且获得了通用汽车的订单。这种与客户竞争的方式非常令人不解,推测是前期太看好市场,产能过剩的缘故。意法半导体和Wolfspeed的竞争对手SiCrystal也签署了1.1亿美元的长期供货合同。SiCrystal的母公司ROHM也是意法半导体的竞争对手,这种把客户当竞争对手的行为令人不解,推测就是产能过剩。

  众所周知,Wolfspeed在建全球第一座8英寸SiC晶圆厂,预计明年上半年投产,这会不会提高其利润率呢?恐怕也不会,现在每个SiC 器件大约32平方毫米,6英寸晶圆可以切割出448个元件,8英寸可以切割845个,晶圆利用率从86%提到93%。成本下降空间大约有30-40%,不过产能更过剩了。

  那么做SiC MOSFET成品的厂家利润如何?这个没有明确数字,因为行业太小了,没有独立的上市公司。

  意法半导体是SiC MOSFET的霸主,市场占有率超过50%,特斯拉独家供应商。英飞凌应该是第二,为小鹏、通用、现代和保时捷供应SiC MOSFET,当然除了现代的有量产,其他三家都没有量产。

  相比较NXP和瑞萨,意法半导体的增幅差很多,NXP的3季度收入同比增长51%,环比增长15%,意法半导体营业利润率也偏低,NXP的营业利润率是超过30%的,是意法半导体的3倍,特斯拉也未带动意法半导体业绩。

  实际SiC MOSFET门槛不高,大部分功率半导体厂家都能做,目前达到车规级SiC MOSFET有意法半导体、日立、安森美、Rohm、英飞凌、Microchip、博世、东芝、三菱电机、比亚迪、丰田、Wolfspeed和Fuji。这些都是一流的半导体大厂,SiC MOSFET所占其收入最高的也不会超过1%。还有几十家初创公司如UnitedSiC、CISSOID也在跃跃欲试,毕竟门槛太低了,其前道制造工艺和白光LED非常类似,后道的封装类似IGBT,也可以委托专业封装厂家,国内有类似能力的厂家很多。还有最简单直接的方式,X-Fab提供SiC MOSFET代工,通常功率半导体基本不委托晶圆代工厂代工,因为功率半导体其核心竞争力就是生产成本的控制,但对热衷短平快的中国厂家来说不是问题,先有销量,亏损无所谓,有销量有现金流再加上热门领域,投资人挤破头皮去投。

  再来看Tier1这一级,大陆(Vitesco)、博格华纳、ZF、日立、三菱、电装都有800V SiC整套解决方案。

  为何SiC产能过剩,可能是因为只有800V系统才能最大限度发挥SiC优势,而800V系统几乎是全新的,研发周期长,成本高,只有少数厂家能接受,如现代、保时捷、小鹏,很多厂家都在追踪观望,包括特斯拉。一向标榜创新的特斯拉还是400V系统。

  在400V 电压平台下, SiC 能够比 IGBT 器件拥有2- 4% 的效率提升,而在 750V 电压平台下其提升幅度则可增大至3.5%- - 8%。资料来源:意法半导体。

  此外,同样功率下,电压越高,电流就越低,而SiC的成本跟电流大小成正比。实际就是电流越大,就需要越大的芯片面积,芯片面积和芯片成本是正比关系。一般SiC MOSFET的成本单位就是价格每安。

  上图为SiC MOSFET价格走势,单位就是人民币元/A,好比一个200A 1200V的SiC MOSFET价格就是大约600元人民币,对应功率240KW。如果换成650V,那么同样功率,大概需要369安,价格就是369*1.92=709元人民币。所以同样功率,1200V就便宜一点。但是1200V需要对应800V系统。

  保时捷Taycan是第一个量产800V系统,不过没有在逆变器中使用SiC,仍然使用了IGBT,因为当时没有合适的SiC,都是针对650V的SiC。

  通过比较不同半导体技术的400V和800VDC母线V SiC-TMOSFET的400V DC母线V SiC-TMOSFET的800V系统可减少69%的逆变器能耗,车辆能耗降低7.6%。由于在行驶循环模拟中没有考虑电池系统重量减轻的影响,因此SiC降低车辆能耗的效果还不止这些。在10 kHz (400V系统)工作频率下,碳化硅能降低38%的损耗;在30 kHz(800V系统)工作频率,碳化硅能降低约60%的损耗,并且大幅减小散热器体积和重量,综合下来能令电池续航里程提高5~10%。在碳化硅更高的开关频率下,未来允许电动汽车使用功率密度更高的高速电机,更小的EMI滤波器,还能让电机静音(20kHz)。

  现在续航焦虑已经降低不少,充电焦虑才开始浮出水面,往车身上疯狂装电池,超过700公里续航能力的新车层出不穷,甚至有超过1000公里的,1度锂电池的重量是3-4公斤,超过一定电量之后的加电池策略,续航边际收益极低,算上行车安全问题甚至出现负的边际收益。

  电动车超级快充是必走之路。卡住了充电功率的是充电线缆,即使用上液冷,方便搬运的充电线V系统最大充电功率可以算出是200KW-240KW,特斯拉400V系统超级快充的功率就是240KW,特斯拉占领400V系统超级快充制高点,打击400V系统后来者的超级快充的品牌差异化。800V系统的最大充电功率能提升至400KW-480KW,简单的算术问题,100KWH的电池用400KW-480KW充电桩充电时间是12-15分钟,应急充50度-60度电池只需要6-8分钟,真正可以套用手机超级快充的广告词,充电5分钟可开200公里。800V系统用超级快充,能解决充电焦虑问题。

  以充电速度来说,800V电压平台能将充电速度从目前特斯拉400V系统的1分钟充9公里,提升到1分钟充27公里,充电10几分钟就能跑300公里;从线材成本上说,因为电压提升让线材中的电流更小,能够将铜线kg/m,降低到截面积35平方毫米,比重3.1kg/m,降低铜线成本和重量的同时,在布局布线时拐弯也会更灵活;从功率器件成本上说,800V电压平台一般使用1200V的功率器件,每千瓦数成本比400V/600V/700V功率器件要更便宜。

  不过800V有一个致命缺陷,成本也会增加大约1-2万人民币。首先要800V电压平台的电车能够使用之前400V的直流快充桩,则需要在车端增加额外的DC/DC转换器进行升压,达到800V。在原本的整车高压电气架构中直接与高压系统直接连接的子系统部件如:动力电池系统、动力系统(电机、电机控制器)、电源系统(DC/DC、OBC、PDU)以及车内的空调压缩机、加热系统等需要提升部件耐压等级。在这些子系统部件提升耐压等级从400V平台升至800V平台后,其所采用的元器件及材料如:线缆、连接器、继电器、保险丝、电容、电阻、电感及功率半导体等耐压等级需提升至800V,应该是1200V比较保险。

  800V还有个缺点,由于电压太高,布线要留够足够的安全距离,因此高压部分的体积不小,小型轿车比较难适应。

  SiC近期恐怕供过于求,未来随着成本的降低和更多800V系统的出现,市场才会好转,这个时间恐怕要3-5年。有时候太超前了,容易成先烈而不是开拓者。

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