黄琨：新能源汽车驱动“碳化硅”需求持续扩张

当前，中国庞大的新能源汽车市场正带动功率半导体走向爆发。

所谓功率半导体，就是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等。但凡电子设备中涉及到电流、电压控制，都要用到功率半导体。

功率半导体市场水涨船高

新能源汽车和传统燃油车的核心区别之一，就是需要一个高电压平台来驱动大功率电机，但汽车内部如音箱、收音机、雨刮器等低负载电器，不能直接用高压系统直接供电。这就导致新能源汽车的电路中，存在大量需要转换电压环节，功率半导体的用量因此大幅增加。

据市场调研机构Strategy Analytics数据，传统燃油车的功率半导体占总成本比重约为21%，但针对纯电动汽车，该数字激增到55%。随着国内新能源汽车渗透率提升，功率半导体市场也水涨船高。

近几年来，全球功率半导体出货量持续上升，在2020年受疫情影响，经历了短暂停滞后，又在2021年销售规模又迅速回升。

在资本市场，功率半导体也成为日趋火热的领域。

2021年，功率半导体行业受资本青睐度陡增，融资热度高涨，共发生融资事件15起。2022年上半年，中国功率半导体行业融资热情依旧，1-5月，融资事件达到9起。

作为实现碳中和的关键环节，可以预见，短期内，新能源汽车热度不仅不会消退，还会越发高涨，而功率半导体的景气也将会持续。

新能源汽车市场对“碳化硅”需求巨大

以半导体材料区别，行业一般将半导体分为三代：第一代半导体是目前广泛使用的高纯度硅，第二代化合物半导体材料包括砷化镓、磷化铟，第三代化合物半导体材料以碳化硅、氮化镓为代表。

碳化硅是第三代半导体产业发展的重要基础材料，碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求。因此，该材料在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。

根据Cree公司(半导体制造商)测算，将纯电动车的逆变器中的功率组件改成碳化硅器件时，由于电能转换效率提高、电能利用效率提高、无效热耗减少，整车功耗可减少约5%到10%。

一直以来，特斯拉在成本控制上都极为谨慎，如采用模块化平台、车体压铸一体成型、电池包优化设计、放弃激光雷达等各种生产手段，都在尽可能压缩生产成本。

但如此“抠门”的特斯拉，为提升汽车的续航能力，愿意为碳化硅芯片花费重金，可见碳化硅的性能是不可替代。

知名半导体分析机构Yole也在最新报告中也专门提到，比亚迪的“汉”系列电动车和现代的Ioniq-5电动汽车，因为搭载了高性能碳化硅模块而获得了快充功能，这是两款车型销量持续走高的原因之一。

电动汽车的热销也带动了碳化硅的快速增长。

知名半导体分析机构Yole的数据显示，2019年全球碳化硅功率器件市场规模为5.4亿美元；2020年增长到7.1亿美元，增长率达31%；2021年的规模更是增长41%，突破了10亿美元。

而10亿美元似乎仅仅只是个开始。有人测算，如果将特斯拉汽车上搭载的功率器件全部换成碳化硅器件，那单车使用量就将达到半片6寸晶圆。

2021年，全球生产的碳化硅晶圆只有40-60万片，结合业内良率平均约50%估算，有效产能仅20-30万片。当前碳化硅晶圆的产能甚至无法满足一家车企的需求。

随着新能源汽车电、充电桩、光伏逆变器等行业要向高压发展，行业将迎来众多发展机会。

目前，各研究机构对此均持乐观态度。Yole预测，到2027年，碳化硅功率器件市场预计将超过60亿美元；有国内行业资深专家测算，至2030年前后，6英寸碳化硅市场需求量将达到1000万片以上。

总之，随着以中国为代表的新能源汽车市场快速发展，将进一步带动以碳化硅功率器件为代表的一大批产品快速起量。

目前，碳化硅受限于良率及技术影响，国内供需仍存缺口，有效产能不足。从市场应用现状来看，行业仍处发展的早期阶段，相关技术选型、工艺路线、客户绑定以及终端汽车格局等远未定型，国内企业存在巨大的发展空间。

伴随国家双碳战略，产业链下游的新能源汽车、光伏行业需求旺盛，碳化硅渗透率有望快速提升。

（作者 黄琨 前瞻经济学人资深产业观察员）