电动汽车市场规模扩大碳化硅前景可期2023英文

半导体实践 新碳化硅 前景出现为market 适应EV扩展 电动汽车的采用正在增加对关键碳化硅的需求电力电子元件。半导体播放器，汽车如何 原始设备制造商和其他人在颠覆中创造价值？ 这篇文章是由AlbertBrothers，OndrejBurkacky，JuliaDragon，JoKakarwada，AbhijitMahindroo，JwalitPatel和AnupamaSuryanarayanan，代表麦肯锡的观点半导体实践。 2023年10月 电动汽车(EV)市场估计为 到2030年，复合年增长率为20%，届时xEV的销量估计达到6400万辆- 2022年预计电动汽车销量的四倍。1 确保EV部件的供应足以 满足估计需求的快速增长是至关重要的，和碳化硅（SiC）的供应特别的优点 考虑。我们的分析表明，与 他们的硅基同行，2SiC金属氧化物- 半导体场效应晶体管(MOSFET)3 用于电动汽车动力系统(主要是逆变器，但也DC-DC转换器和车载充电器)4提供 更高的开关频率、热阻和击穿电压。这些差异有助于 更高的效率(延长车辆范围)和降低总系统成本(降低电池容量和热管理要求) 动力总成。这些好处在 电池电动汽车需要更高的电压(BEV)，预计将占大多数电动汽车2030年生产。 在本文中，我们将研究SiC制造商如何，汽车原始设备制造商和其他人可以抓住机会-电动汽车市场增长预期所固有的 渴望创造价值并获得竞争优势。 预计将有广泛的市场增长 2030年电动汽车和SiC 2018年至2022年，电动汽车份额预测 2030年全球轻型汽车市场的增长 3.8倍，从1700万到6400万套 (图表1)。这种增长是由 预计电动汽车将达到总车主成本- 船舶(TCO)与内燃机车辆的平价 到2024年或2025年，许多国家的(ICE)，5以及如采取的监管行动和投资 作为电动汽车和充电基础设施的一部分推动实现净零目标。 SiC器件市场，价值约20亿美元 今天，预计将达到110亿至140亿美元到2030年，复合年增长率估计为26% (图表2)。鉴于电动汽车销售和SiC的飙升令人信服的逆变器适用性，70%的SiC需求预计将来自电动汽车。中国，那里预计电动汽车需求最高，预计为 带动约40%的总需求 电动汽车生产中的SiC。 在电动汽车中，动力总成的类型-BEV，混合动力电动汽车（HEV），插电式混合动力汽车 (PHEV)、400伏或800伏-确定 确保EV组件供应 有足够的能力来应对这种快速增长估计的需求是至关重要的，而供应碳化硅优点特别： 考虑。 1基于麦肯锡未来移动中心的数据。 2即,硅绝缘栅双极晶体管(IGBT)。 3MOSFET是电子控制开关。 4逆变器是将来自EV电池的直流电力转换为EV电动机的交流电源的装置。 5不包括补贴。有了补贴，电动汽车和内燃机汽车的总拥有成本已经相当。 附件1 推动实现净零目标加快了电动汽车的采用。 全球轻型汽车销售，百万单位(%份额)先前的xEV1市场预测,百万单位 xEV1ICE2 95 64 92 82 16 (19%) 32 (35%) 64 () 67% 66 (81%) 60 (65%) 32 (33%) 当前投影 2022年预测(~5800万台) 2021年预测 （约4200万个单位 ） 2020年预测 （约3000万台） 2019年预测 （约20万台） 2018年预测 （约1700万台） 2022202520302030 注意：由于四舍五入，数字可能不会求和。 1xEV包括电池电动车辆(BEV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和燃料电池电动车辆(FCEV)。 2内燃机。 来源：麦肯锡未来移动中心 麦肯锡公司 SiC器件市场，估值在 今天20亿美元，预计将达到11美元到2030年达到140亿美元，增长到估计复合年增长率为26%。 附件2 碳化硅器件市场预计将以26%的复合年增长率增长2022年至2030年。 碳化硅功率器件年收入，$billion复合年增长率，2022 工业和能源 xEV2 1 11.4’14.4 2.83.9 +26%p.a.3 6.4’7.4 1.82.2 4.1’5.0 1.31.6 8.610.5 1.7’2.2 0.81.1 0.91.1 4.65.2 2.83.4 -30 +18%p.a.3 +31%p.a.3 2022202520272030 注：数据截至2022年11月。 1占工业和能源份额的其他应用包括电源（23％），工业应用（14％），商用车（12％），不间断电力供应（12%），以及军事和航空航天（12%）。 2xEV包括电池电动车辆(BEV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和燃料电池电动车辆(FCEV)。 3每年。 来源：麦肯锡未来移动中心，当前轨迹情景 麦肯锡公司 SiC的益处和相对吸收。因为它们 更高的效率需求，800伏BEV动力总成 垂直整合：引人注目的 SiC市场的商业模式 最有可能使用基于SiC的逆变器。6据目前SiC市场高度集中，有 根据我们的分析，到2030年，BEV预计将占电动汽车产量的75%(高于50% 2022年的百分比)，而HEV和PHEV将上升了另外25%。此外，我们预计 超过50%的市场渗透率为800- 到2030年，伏特动力总成(从不到5% 在2022年)。因此，我们预计未来十年SiC器件的顺风。 只有少数端到端领导人。事实上，前两名 SiC晶圆和器件市场的公司 控制约60％至65％的SiC市场份额(附件3)。 事实证明，市场奖励垂直一体化由大多数综合领导的主导地位 玩家。根据我们的分析，垂直整合 6基于麦肯锡未来移动中心的数据。 附件3 排名前两位的玩家服务了大约55％至75％的设备和晶圆2022年市场。 碳化硅(SiC)晶圆1 市场份额2 ：2022年收入和 SiC器件3：2022年收入和市场份额4 生产晶圆和器件 3% 2% 10% Others 三菱电机 Onsemi 14% Rohm 半导体 15% Wolfspeed 18% 在霓虹灯 36% STMicroelectronics Others 5.54亿美元 .09% .04% .02% Onsemi5 STMicroelectronics 7% 7% TankeBlue SKSiltron 12% Rohm 半导体 6 20%相干 53% Wolfspeed $1,947million 7 注：由于四舍五入，数字不等于100%。 1仅包括原始SiC晶圆。 2罗门半导体，SKSiltron，TankeBlue，STMicroelectronics和Onsemi的收入和市场份额根据2021年的市场份额作为代理进行估算。 3离散和模块。 4三菱电机的收入和市场份额根据2021年的市场份额作为代理进行估计。 5GTAdvancedTechnologies的近似收入。 6Norstel的市场份额。 7完全集成的端到端，但俘虏。 资料来源:PowerSiC2023，Yole集团，2023年8月；麦肯锡分析 麦肯锡公司 在SiC晶圆和器件制造中可以提高 收益率为5到10个百分点，利润率为10到15个百分点，7部分来自较低的产量损失，部分原因是消除了在 过程中的每一步(图表4)。更高的产量是通过更好地控制设计和更快地实现 具有闭环反馈的产量斜坡晶圆和器件制造。 从战略上讲，垂直整合的制造商可以还为汽车提供了更强的价值主张OEM因为更高的供应保证，这是 7与价值链中这些环节的纯提供商的组合相比。 鉴于最近的供应链挑战，值得注意的是。同样，垂直整合也为晶圆厂提供了 对冲商品化，如拥有发生在硅市场。 毫不奇怪，几家领先的制造商 已经通过以下方式向垂直一体化发展并购和伙伴关系。特别是半导体 设备制造商增加了上游产能在晶圆材料制造中。这包括 STMicroelectronics收购Norstel,Onsemi收购GTAdvancedTechnologies 附件4 碳化硅器件制造中的垂直集成可以帮助实现幅度和产量显著增加。 6英寸碳化硅MOSFET：按价值链步1骤划分的相对成本比较（每片$），2022年 边距 产量损失 过程成本 非集成设备制造商 完全集成的设备制造商 基板 外延 2 器件制造 3 模块包装 边际扩张 从消除 边距堆叠和产量提高 Cost 设备余量 ASP（4分销商） 1金属氧化物半导体场效应晶体管。 2外延产量代表外延供应商和集成器件制造商。领先的外延供应商比内部产量有所提高 外延，即使是集成制造商。 3器件制造包括切割和探针测试。 4平均售价。 资料来源:SiC晶体管比较2021，YoleGroup，2021年12月；麦肯锡分析 麦肯锡公司 （GTAT），以及罗门半导体收购SiCrystal.8这些和其他收购证明对业务、财务和战略的信心 纵向一体化的好处。 过渡到8英寸晶圆可以报价、保证金和市场优势 根据我们的分析，从 六英寸晶圆的生产和使用到八- 预计英寸晶圆，材料吸收 从2024年或2025年左右开始，50% 到2030年达到市场渗透率。一旦技术挑战被克服，八- 英寸晶圆报价厂家毛利率： 从减少的边缘损失中获益，更高的自动化水平，以及利用能力 来自硅制造的折旧资产。我们的分析项目的毛利率收益 过渡到大约五到十个百分点，取决于垂直整合的水平。 8英寸晶圆的批量生产 美国预计将于2024年开始2025年，当行业领先的制造商 8有关STMicroelectronics的更多信息–Norstel收购，请参阅“STMicroelectronics关闭对碳化硅晶圆专家的收购 NorstelAB，“STMicroelectronics，2019年12月2日；有关Onsemi的更多信息–GTAT收购，请参阅“Onsemi完成对GT的收购先进技术“，Onsemi，2021年11月1日；有关罗门半导体的更多信息–收购SiCrystal，参见“SiCrystal的历史” SiCrystal，2023年9月5日访问。 计划将容量联机。9生产八- 英寸晶圆预计将在此后迅速上升，主要是为了应对需求和价格压力 (特别是来自中型电动汽车OEM)，以及至于通过转换为8来实现的成本节约-英寸SiC晶圆制造。 我们的分析表明，八英寸的晶圆衬底每平方英寸仍然相对更贵 与六英寸晶圆相比，由于产量较低。然而，这一差距预计将缩小，因为领先制造商在未来十年，因为 工艺产量的提高和新颖的晶圆加工 technologies.Forinstance,wefoundthat,compared 对传统的多晶片技术 线锯，激光切割技术有 晶片数量可能增加一倍以上由一个单晶晶锭生产。和先进的晶片技术，如氢 分裂可以进一步增加输出。 9麦肯锡分析基于SiC晶圆和器件制造商的公告。 Exhibit5 OEM参与碳化硅采购和部件制造 将提示整个电源组件价值链的更改。 更多参与SiC价值链为 汽车OEM 严峻的供应链挑战，地缘政治考虑-埃里斯，向800伏车辆的过渡，以及导致对SiCMOSFET的需求增加 所有这些都促使最近扩大了OEM的参与在半导体和SiC采购方面。鉴于最近 供应链中断和SiC的发展 景观，具有预期的主要技术 创新，汽车原始设备制造商参与多个两种基于SiC的EV逆变器的采购模型和底层SiC芯片(图表5)。我们的分析表明，随着行业的成熟，偏好 可能会转向更大的OEM参与采购SiC以及设计逆变器。这转变也表现在越来越多的SiC制造商和 汽车原始设备制造商。 逆变器构建原型 OEM设计和构建逆变器 OEM设计 逆变器;第1层builds 第1层设计和构建逆变器 OEM程度 5 6 employment X 已识别OEM采购原型 2