2024年车用碳化硅市场将迎来爆发

2016年，特斯拉 ;Model 3 成为全球首款采用全碳化硅功率模块主驱逆变器的纯电动汽车，开创了碳化硅应用的先河。基于 IGBT 的诸多优势，在 ;Model 3 之前，世面上的新能源车均采用硅基 IGBT 方案。而 ;Model 3 利用碳化硅替换硅基模块，这一里程碑式的创新大大加速了碳化硅等宽禁带半导体在汽车领域的推广与应用。

谈及碳化硅功率器件的优势，主要体现在车辆的动力控制和充电单元。在动力控制单元，碳化硅的优势是轻量化。更高的热导率，可实现散热器的更低体积和成本。相同功率等级，功率模块的体积也小于硅基模块。在充电单元，碳化硅可以增加续航里程。高压、高频和高温工作，相同续航下对电池容量的需求更低。通过实验测算，碳化硅能使整车续航里程提升 5%~10%。

车用碳化硅最大买家

Model 3 ;主驱逆变器用碳化硅功率器件型号是 ;ST GK026（650V/100A）。单个裸晶（Die）面积是 ;4.8mm×4.8mm，因此一片 ;6 ;英寸碳化硅晶圆可以生产多达 ;600 ;个 ;Gross Die。以目前碳化硅芯片良率（wafer良率*die良率*封装良率）普遍为 ;50%，那么 ;Good Die ;约为 ;300 ;个。

Die per wafer = ;(Wafer area/Die area – Wafer perimeter/Die diagonal)

假设一台电动车的关键设备均使用碳化硅器件，如主驱逆变器、OBC、充电器和快充电桩，那么整车使用 ;100～150 颗碳化硅裸晶是完全有可能的。这将意味着，平均每2～3辆特斯拉电动车，就至少要耗费一片 ;6 ;英寸碳化硅晶圆。以 2023 ;年销售 ;170 多万辆的 ;Model Y/3 ;来计算，这家美国电动车巨头一年需要 60～80 ;万片碳化硅晶圆。

Model 3 ;的主驱逆变器上共有 ;48 ;颗 ;SiC ;MOSFET

前面提到，特斯拉最早推出主驱逆变器碳化硅方案，由于长期可靠性和稳定性未知，因此针对逆变器设定高额定值就可以有效降低风险。现如今在可靠性和稳定性都得到了充分验证的情况下，特斯拉在下一代车型上做适当调整完全可以理解。

与竞争对手相比，特斯拉逆变器也明显规格过高。虽然特斯拉高性能版车型拥有狂暴模式（ ;Ludicrous mode），但它是以增加额外碳化硅器件为代价的，而且只有极少数客户实际会使用该功能。假设特斯拉推出新的低成本车型，那么就完全不需要保持相同的功率水平。此外，碳化硅器件制造商如今都在努力发展新技术来提升电流容量，同时减小芯片尺寸，因此下一代产品更新完全可以说是水到渠成。

特斯拉未来全面转向 ;800V 架构，与 400V 架构相比，需要的碳化硅芯片更少。目前 Model 3 采用的是 650V SiC MOSFET，假设升级 1200V 的 SiC MOSFET，芯片用量理论上可以减少一半，即从 48 颗减少到 24 颗。

降本增效引发关注

在2023年的电动车销量排行榜上，特斯拉 ;Model Y ;再次一骑绝尘，销量超过 ;120万辆，同比大幅增长了 ;57%，使这款车型不仅成为电动汽车类别中最畅销的车型，而且成为汽车主流市场的最畅销车型。排名第二和第三的车型与 ;2022 ;年相同，分别是比亚迪宋和特斯拉 ;Model 3，注册销量为 ;63.6万辆和 ;52.9万辆，相比 ;2022年分别增长了 ;33% ;和 ;11%。

Model 3 ;由于改款，销量有所下降。事实上，Model 3 ;不仅市场占比一路下滑，从2019年的 ;14% ;下降到 ;2023年仅剩 ;3.9%，其销量也基本停滞不前，去年的 ;52.9万辆已经是 ;Model 3 ;销量最高的一年。也许对于特定车型而言，确实存在市场增长瓶颈。

2023年3月，特斯拉在投资者大会上宣布下一代车型 ;“成本下降 50%，碳化硅减量 75%”的目标 ;，引发股市动荡。那些占据制造成本大头的零部件，势必将成为第一批“动刀”的对象。碳化硅受制于材料制备等因素，成本一直居高不下，自然成了降本增效的重点关注对象。

碳化硅的供应链，特别是偏上游供应商，产能、良率不及预期的情况并不少见，直接影响了新车生产的进度，这让特斯拉的采购一直承压。特别是在疫情压顶的过去几年，碳化硅供应链也受到外部环境诸多不确定因素的影响，这让特斯拉开始重新考虑碳化硅供应的新思路。

尽管马斯克曾提到 ;“功率器件不仅仅是我们车的核心，也是充电桩和储能产品的核心”，这反映出特斯拉在未来布局及拓展碳化硅的应用场景的信心。但过去几年碳化硅晶圆全球产能吃紧，也让特斯拉广泛应用碳化硅的策略受到不小的阻碍。

碳化硅渗透率快速提升

据统计，2023年碳化硅在纯电车的渗透率达到 25%，其中 Model Y/3 贡献合计超过 65%，所以未来两年还要依靠特斯拉带动碳化硅市场需求。预计到 2025年碳化硅的渗透率将达到 50%，这意味着 20万以上车型都会标配碳化硅，这是确定的趋势。

自小鹏汽车 ;2023年推出 G6 将 800V 架构下沉到 20万价格带开始，800V 架构俨然成为纯电新车型的标配。目前了解到的整车厂已经大部分在研车型都是 800V 架构，意味着之后两年会有大量的 800V 架构车型上市，提升渗透率。当 ;800V ;渗透率迎来拐点，那么碳化硅将真正进入高速放量期。

碳化硅供应链包括衬底、外延、器件设计、晶圆制造、模块封装。其中衬底和外延成本合计占比70%。2023年，天科合达和天岳先进两家国产衬底厂商在全球份额快速提升，2024年有望进一步缩小与龙头 Wolfspeed 的差距，所以国产厂商产能有效释放至关重要。

尽管国内衬底厂商近两年产能增长较快，但因为各家产品质量分化大，优质产品仍供不应求。最近，国内10万片以上的碳化硅衬底项目几乎消失不见，反映出大家普遍担忧衬底行业会像光伏、锂电一样无序扩产导致过剩。

尽管未来几年碳化硅仍是明确的高景气赛道，但行业核心催化变量是良率。从产品性能参数上看，国内碳化硅衬底已与海外产品相当，不足在于良率和一致性，后续随着国内良率的改善，海外厂商会被逐步挤出。预计2024年以后衬底供应不再会是制约碳化硅器件出货的瓶颈。

2020年到2025年，碳化硅功率器件价格预计会下降一半。降本主要来自于衬底、外延片的国产化，器件量产工艺的成熟以及8英寸产线带来的规模效应。有人估算，只有当碳化硅器件的成本下降至对应硅基 ;IGBT 成本的2.5倍以下时，才是其批量进入商业化节点。预计 ;2024 年将成为车用碳化硅器件大量应用的元年，市场将迎来集中爆发。

来源：ICPMS冷知识

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