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電動車充電規格持續升級，碳化矽(SiC)為關鍵元素
近年來電動車市場蒸蒸日上，各家車廠競爭也日益激烈，為了滿足市場對電動車性能及快充要求，各家車廠的充電規格努力朝高電壓、高電流方向邁進，而碳化矽(以下簡稱SiC)功率元件正是推動該技術升級的關鍵元素。
自從特斯拉(Tesla) Model 3 車款開始採用 SiC 功率元件後，各家車廠亦跟進，包括通用汽車(GM) 、福斯(Volkswagen)、中國大廠比亞迪，帶動電動車產業將 SiC 應用於電動車浪潮。據 Trend Force 研究，預估 2022 年車用 SiC 功率元件市場規模將達到 10.7 億美元，至 2026 年將攀升至 39.4 億美元，年複合成長率高達 29.78％。
什麼是碳化矽
SiC 屬於第三代半導體材料，係由矽與碳所組成之化合物半導體材料，具備耐高溫、耐高壓、散熱好、轉換效率好等優點，因此適合應用於電動車領域，包含逆變器、轉換器、車載充電器等等。
在電動車應用方面，首先要瞭解到：功率半導體深深影響電動車功率管理與充電效能，以目前電動車環境而言，電壓600V以下多採用 Si MOSFET ， 600 V 以上則使用 Si IGBT， 800V 以上則需採用 SiC ，主因為 Si 材料有著物理性能限制，在高電壓時，存在耐受性差、轉換效率不佳、散熱問題，因此 SiC 正好能解決這些難題。根據研究， SiC 可減少約 50% 的電能轉換損耗，降低約 20% 的電源轉換系統成本，提升電動車約 4% 的續航力，因此可見未來 SiC 潛力無窮。如下圖所示， SiC 較適合在高功率應用。
全球車用SiC功率元件產業鏈
特斯拉電動車款Model 3驅動逆變器上率先應用SiC MOSFET(意法半導體所生產)，成為首起屏棄IGBT案例，帶動全球SiC應用浪潮。而SiC功率元件產業鏈，上游包括基板、磊晶等材料，接著是元件製造、模組封裝。
綜觀全球車用SiC功率元件市場，SiC為寡占市場，主要由歐美IDM大廠獨霸，包括Wolfspeed( WOLF)、意法半導體(STM)、ON Semi(ON)、Infineon(IFNNY)、貳陸（II-VI）已在此領域深耕已久，而這些製造商與各大車企客戶關係良好，潛在競爭者難以進入。
碳化矽未來挑戰
既然碳化矽存在這麼多優點，但為何至今仍無法普及？
關鍵點在於上游基板材料，因 SiC 基板生產困難，因此目前 SiC 成本相當昂貴，原因在於晶種來源要求相當高、取得困難，加上長晶時間較長、溫度要求高、製程難度高，導致量產困難重重。
除此之外，為了降低成本，業界也正積極發展技術，包括使用新型晶體生長法、高效率晶圓加工技術等等，另外各家廠商試圖強化上下游垂直整合能力以降低成本，如 ON Semi 收購 GT Advanced Technologies 、意法半導體併購 Norstel AB 及法國 Exagan 等等，希望透過規模經濟進一步降低成本。
SiC需求強勁，產業將維持供不應求
綜上所述， SiC 擁有 Si 所不具備的優點，隨著電動車充電規格提升， SiC 需求將持續提高，雖目前仍需解決成本過高問題，但未來潛力無窮。 Trend Force 表示，隨著碳化矽材料技術不斷取得突破，以及晶片結構及模組封裝工藝趨於成熟， SiC 功率元件於車用市場滲透率將持續攀升，並可望由目前的高階車型應用逐步延伸至中、低階車型中，從而加速汽車電動化進程。
展望未來， SiC 產業將維持供不應求，我們預計市場將持續由目前龍頭廠商領導，而 WolfSpeed 將是主要受益者，公司對產業前景樂觀並有積極的擴廠計畫。 Wolfspeed 管理層於 FY22Q4 電話會議中提到，其見到電動車比預期加速採納 SiC ，加上世界對再生能源、節電的觀念不斷進步，進而帶動有助節能的 SiC 強勁需求。
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