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ma rket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Albert Brothers，Ondrej Burkacky，Julia Dragon，Jo Kakarwada，Abhijit Mahindroo，Jwalit Patel和Anupama Suryanarayanan，代表麦肯锡的观点半导体实践。 预计将有广泛的市场增长 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。 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。 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。 附件1 推动实现净零目标加快了电动汽车的采用。 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 碳化硅功率器件年收入，$billion 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 附件3 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。 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GT Advanced Technologies 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 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。 麦肯锡公司 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。 （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% 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 更多参与SiC价值链为汽车OEM 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。 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SiC MOSFET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。 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. For instance, we found that, 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。 Exhibit 5 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。 并通过非排他性的方式保护他们的供应链合伙企业(附件6)。 OEM已经建立了许多合作伙伴关系但很少有独家协议SiC制造商和OEM的范围从长期供应协议到战略和发展伙伴关系-甚至共同投资和合资协议在制造设施中。我们对公众的分析公告10来自18个汽车OEM占2030年BEV的75%以上卷发现12个原始设备制造商(代表更多2030年BEV销量的60%以上)已经宣布与SiC建立两个或多个合作伙伴关系制造商。五个原始设备制造商(代表大约BEV销量的15%)已经宣布了一个合作伙伴关系，而只有一个OEM (代表约2%的BEV销量)尚未宣布与SiC制造商的合作伙伴关系。而这分析仅限于宣布的合伙企业，那里汽车原始设备制造商多元化是一个明显的趋势 这种高水平的OEM参与表明现有和未来的SiC制造商与OEM发展深厚的关系，并拥有汽车专用设备的功能将是最好的定位于参与该部门的增长。SiC制造商寻求确保钱包可能希望尽早获得合作伙伴关系展示技术熟练程度的障碍并确保获得供应。这尤其是鉴于许多人的长期性质，这是相关的供应商- OEM关系。此外，更少的-已建立的SiC制造商可能需要建立与OEM的早期合作伙伴关系，以实现证明概念和证明供应保证被设计成汽车平台。我们的分析显示OEM很可能对多个 Exhibit 6 OEM和碳化硅制造商之间的几个供应伙伴关系已经宣布，但很少是独家的。 汽车原始设备制造商宣布的碳化硅(SiC)合作伙伴关系数量 有一个明显的趋势汽车原始设备制造商多样化和确保他们的供应链非排他性合伙企业。 能力和技术性能，中文预计原始设备制造商将广泛将采购转移到当地供应商，从目前大约 与不太成熟的制造商的伙伴关系创造有保证的供应的新途径。 但是领导人还没有出现预计中国仍将是最大的SiC市场到2030年(图表7)，增长由消费者需求和受欢迎的支持激励措施，如电动汽车豁免许可板配额。根据麦肯锡的研究和分析，这个市场大约是三分之一中国的原始设备制造商和三分之二的外国原始设备制造商中国，预计将转向中国明确的供应领导者的组合尚未出现到2030年，原始设备制造商将实现更加平均的分裂。 预计将转向中国的本地采购通过中国球员的崛起来实现整个SiC价值链-从设备供应到晶圆和器件制造，以系统集成。中国设备供应商已经覆盖所有主要SiC制造步骤并已宣布投资-到2027年增加产能。然而， 中国生态系统。 目前，非中国SiC制造商供应中国80%以上的晶圆市场超过95%的设备市场。然而，我们的分析表明，中国的原始设备制造商越来越由于地缘政治和供应保证考虑因素。给定足够 利益相关者如何最大限度地发挥 SiC需求激增 电动汽车的加速采用和增长-SiC在不断增长的电动汽车市场中发挥着至关重要的作用表示对整个玩家的基本影响 Exhibit 7 预计到2030年，中国仍将是碳化硅的最大市场。 麦肯锡公司 Exhibit 8 预计中国OEM将越来越喜欢采购碳化硅从2022年的15%到2030年的60%。 预计碳化硅设备在中国本地采购的钱包份额，% 半导体元件制造商定义SiC增长和投资战略这与日益增长的机会保持同步整个电动汽车和其他市场的SiC是核心任何位置良好的半导体元件制造商的前景。进入市场与汽车适当定义的伙伴关系OEM和一级供应商同样至关重要，因为继续投资于技术开发，产能提升执行，成本下降-特别是在过渡到8英寸的情况下晶圆。玩家将继续塑造和成为由构建-购买-合作伙伴的决策塑造制造业价值链，包括相关的到衬底、外延和器件。 SiC价值链。虽然没有最重要的战略以增加市场份额或价值创造，一些考虑是必要的让玩家将自己定位为在不断变化的SiC市场。 汽车原始设备制造商和一级供应商定位良好的汽车原始设备制造商和一级供应商将有EV和SiC的采用和时机与市场和他们的同行。随着OEM和一级合作伙伴关系的形成在开发过程的早期，SiC逆变器和半导体供应链战略量身定制内部能力和增长战略- for例如，与SiC的共同开发伙伴关系设备制造商与更直接的供应协议-非常有利在确保和维护伙伴关系方面。与技术进步，如沟槽晶体管和混合Si - SiC逆变器的拓扑价值链的设计和持续转变，设计一个整体的采购战略，需要考虑到不确定性将同样为OEM服务和一级供应商很好。 SiC的潜在投资者 理想情况下，SiC投资论文包含再投资评估和到期时间这与市场、价值链和技术动态。这对投资者来说很重要考虑哪些玩家可能会出现为随着市场的成熟，领导者是否宣布容量可能会按计划上线， 以及是否有机会破坏和通过战略选择创造可观的价值投资。 由那些关注趋势的公司意识到以及SiC生态系统中的机遇和快速建立关键能力和合作伙伴关系支持他们的增长雄心。SiC价值链是动态的，具有高度的不确定性。有重大转变在需求环境中：逆变器的变化设计和每个逆变器所需的MOSFET；电动汽车需求的持续加速；价值链，包括新兴参与者中国和对SiC价值链的投资非传统的参与者，如汽车OEM；监管态势；和技术，包括新wafering技术的兴起改进yield. In this environment, all market participants从监控中获得战略优势持续发展和建设灵活地进入他们的计划。 政府 激励措施或生态系统推动者可以提供帮助政府支持当地对SiC的需求用于电动汽