以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導體材料具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率等特點，可以極大滿足新能源汽車電動化、網聯化、智能化發展趨勢的要求，對新能源汽車發展具有重要意義。《中國電子報》開設“寬禁帶半導體與新能源汽車”專欄，以寬禁帶半導體在新能源汽車領域的應用為切入點，全面系統報道寬禁帶半導體技術趨勢、市場發展現狀和產業發展難題等。敬請關注。

我國新能源汽車產銷量、保有量連續6年居世界首位，為寬禁帶半導體的技術驗證和更新迭代提供了大量應用數據樣本。記者在采訪時了解到，寬禁帶半導體能有效提升新能源汽車性能并降低系統性成本，在新能源汽車領域的應用正處于“小步快跑”階段，未來兩年有望迎來市場大爆發，但要實現規模化應用，還需要產業鏈協同，多個層面發力。

寬禁帶半導體材料擁有高頻、高功率、耐高溫、抗高輻射、光電性能優異等特點，特別適合于制造電力電子、微波射頻、光電子等元器件，與新能源汽車所代表的電氣化、智能化趨勢天然契合。

基本半導體汽車行業總監文宇向《中國電子報》記者指出，碳化硅等寬禁帶半導體在新能源汽車的應用空間，可以從以下層面來看。

在傳統的新能源汽車也就是純電動車領域，碳化硅主要用于電機驅動逆變器、OBC（車載充電機）和DC-DC車載電源轉換器。其中，用于電機驅動逆變器的功率模塊是最主要且增長空間最大的車用碳化硅產品。隨著新能源汽車技術的發展，以及氫燃料電池技術的應用，碳化硅的應用區間得到了大幅提升。

在超級快充領域，一般來說，50度電的新能源汽車滿充需要2個小時，而超級快充可以在10～15分鐘將電充滿。在超級快充的過程中，電池包會產生大量的熱，而最新的散熱技術是基于車載空調的散熱系統，這就為采用碳化硅器件的大功率空壓機提供了應用空間。此外，氫燃料電池在把氣體轉化成電能時，空壓機對空氣進行高速分離的過程中，以及氫燃料的電堆DC—DC在升壓過程中，硅器件已無法承擔此類系統對于高頻高效的需求，從而需要采用碳化硅功率器件來達到效果。

雖然碳化硅器件成本略高于硅基器件，但采用碳化硅器件實現了電池成本的大幅下降和續航里程的提升，從而有效降低了整車成本。數據顯示，在新能源汽車使用碳化硅MOSFET的90～350Kw驅動逆變器，碳化硅增加的成本為75～150美元，為電池、空間、冷卻系統節省的成本在525～850美元，系統性成本顯著下降。

國家新能源汽車技術創新中心總經理原誠寅向《中國電子報》記者指出，碳化硅器件在新能源汽車中的技術價值，體現在能耗優化、動力性能提升和車輛輕量化等指標上。一是寬溫區。硅基IGBT的溫區一般在125。～150。，碳化硅的工作溫度可以達到200。。電機一旦過熱就會主動降低功率避免器件損害，因而碳化硅功率器件能維持更長時間的高功率輸出。二是更高的能量轉化效率。三是更高的集成度。相比硅基，基于碳化硅功率模塊的電機控制器能實現30%～40%的減重，以及75%左右的體積縮小。

“使用碳化硅器件，能在乘用車的前機艙讓出更多空間，并降低整車重量。這就意味著車輛能耗降低，因為車輛能耗與風阻和重量密切相關。”原誠寅表示。

碳化硅在新能源汽車的應用，正處于“小步快跑”與批量化部署的臨界點上。Yole數據顯示，2019年碳化硅功率器件市場中有2.25億美元來源于新能源汽車，預計到2025年，碳化硅功率器件在新能源汽車領域的市場規模將達到15.53億美元，年復合增長率達38%。此外，受益于新能源車充電樁等基礎設施快速落地，預計到2025年應用于充電樁的碳化硅市場規模將達到2.25億美元，年復合增長率達90%。

從應用水平來看，碳化硅在車載電源領域的市場滲透率迅速提升，但在采用MOSFET的電機控制功率模塊上，大多數廠商還處于研發和樣機測試階段。不過，“勇開先河”的國內外企業已經出現。特斯拉Tesla推出的Model3，就采用了基于碳化硅MOSFET功率模塊的逆變器。比亞迪的“漢”也搭載了碳化硅MOSFET功率控制模塊。

北京三安光電有限公司副總經理陳東坡向《中國電子報》表示，碳化硅在OBC上滲透得會快一些，國外不少公司已經在2018年開始將碳化硅肖特基勢壘二極管和MOS管用在OBC上；同時，碳化硅MOS管在DC-DC上的應用，也于2018年逐年增加。

“碳化硅在主逆變器上的應用會慢一些，預計到2021年以后才會出現碳化硅MOS管的實質性應用。”陳東坡告訴記者。

文宇也表示，碳化硅在OBC和DC-DC的應用已經相對成熟。而基于碳化硅的電機控制器技術還處于研發階段，仍需要碳化硅功率模塊供應商與整車企業、電機控制器企業協同測試驗證，以提升其應用能力。目前來看，國內整車企業搭載碳化硅電機控制器的新車量產時間大多集中在2022-2023年。

“2023年會成為碳化硅在新能源汽車市場的一個爆發點。應用碳化硅模塊的車廠會越來越多。目前幾乎所有的乘用車企業都把碳化硅電機控制器開發列入到新項目開發的時間表中。從全球市場來看，預估2022-2023年，碳化硅的供應會進入到全面供不應求的階段。”文宇向記者表示。

2015年-2020年，我國新能源汽車產銷量、保有量連續6年居世界首位，為寬禁帶半導體的技術驗證和更新迭代提供了大量的應用數據樣本。國家及地方政策的出臺，也為寬禁帶半導體等涉及新能源汽車基礎技術提升的產業注入動力。但是，要實現寬禁帶半導體在新能源汽車領域的規模化應用，還要在技術、市場以及產業鏈協同等多個層面發力。

在技術層面，碳化硅作為新材料，需要專用的封裝工藝技術才能發揮優勢，這對于模塊企業、電機控制器企業、整車企業而言都是一種挑戰。

“如果沿用傳統的硅IGBT封裝技術來做碳化硅的功率模塊，將無法充分發揮碳化硅材料在出流能力、散熱能力等方面的優勢。這就需要有全新的碳化硅專用封裝技術。”文宇說，“另外，在碳化硅功率模塊的驅動領域，也面臨了新的技術挑戰。很多客戶都希望碳化硅功率模塊企業在交付碳化硅功率模塊樣品時，能夠為每個模塊配套專用驅動。”

下游客戶的量產需求，也在倒逼碳化硅功率模塊企業的業務拓展和技術進步。面對客戶的車用碳化硅功率模塊需求，基本半導體今年初已在無錫投建汽車級碳化硅功率模塊封裝線，預計年底通線，2022年6月實現量產。對于客戶關切的驅動問題，基本半導體在集團內部與青銅劍技術的驅動團隊合作，為其碳化硅功率模塊配套相應的驅動產品。

在市場推廣方面，陳東坡表示，國內碳化硅器件在新能源汽車領域遇到的挑戰和問題主要包括三方面。首先，碳化硅MOSFET產品需要盡快推出，并能大批量制造；其次，產品的可靠性和良品率需要大幅提升；最后，價格需要繼續降低。同時，上游的元器件和下游的汽車廠商需要協同，加速推進可靠性上車認證；產業應用生態也應進一步完善。

在產業鏈協同方面，車用碳化硅和所有國產車規芯片廠商一樣，要解決下游客戶“不敢用、不好用、不能用”的隱憂。“‘不敢用’是因為國產碳化硅器件沒有裝車上路的數據。‘不好用’是因為本地配套能力和服務體系欠缺。‘不能用’是因為缺乏對應的標準和評價體系。”原誠寅向記者指出。

要解決這三個“不”，原誠寅認為，首先要在國內形成對車規芯片的認證和評價標準，讓客戶對國產車規芯片有一個量化的認知。否則車企只能選擇國際大廠已經裝車搭載的芯片，來規避不確定性帶來的風險。其次，要為國產車規芯片的試錯、改進、提升提供機制保障。近期，中國汽車芯片產業創新戰略聯盟舉辦了汽車芯片保險簽約儀式發布活動，開展汽車芯片保險和保費補貼試點工作，以金融保險手段分擔產業鏈上下游風險。最后，產業要形成上下游協同機制，提升本地化配套能力，培養本土供應鏈。

“國內車用芯片尚未形成完整的供應鏈體系，缺乏上下游協同的生態。希望下游客戶權衡好短期利益和長期利益，將目光放得長遠，扶植足夠信任的本地下游伙伴成長，形成包含軟件、服務、體系的生態，把本土化配套做起來。”原誠寅說。