随着市场适应 EV 扩张 ， 新的碳化硅前景出现

半导体实践 随着市场适应EV扩张，新的碳化硅前景出现 不断增长的电动汽车采用率正在增加对关键碳化硅电力电子元件的需求。半导体厂商、汽车原始设备制造商和其他人如何在颠覆中创造价值？ 本文是Albert Brothers，Ondrej Burkacky，Julia Dragon，Jo Kakarwada，Abhijit Mahindroo，Jwalit Patel和AnupamaSuryanarayanan的共同努力，代表了麦肯锡半导体实践的观点。 预计到2030年电动汽车和SiC的市场将大幅增长 电动汽车(EV)市场到2030年，预计复合年增长率将达到20%，届时xEV的销量预计将达到6400万辆，是2022年电动汽车销量的四倍。1Ensuring the EV component supply issufficient to meet this rapid rise in estimated demand iscritical, and the supply of silicon carble (SiC) values specialconsideration. Our analysis shows that compared to theirsilicon - based parents,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，但也有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。这些差异有助于动力系的更高的效率(延长的车辆范围)和更低的总系统成本(降低的电池容量和热管理要求)。这些好处在电池电动汽车（BEV）所需的更高电压下得到放大，预计到2030年，BEV将占大多数电动汽车的产量。 从2018年到2022年，电动汽车在2030年全球轻型汽车市场的份额预测增加 3.8times,fromaround1700millionto6400millionunits(Exhibit1).ThisgrowthhasbeenfueledbytheexpectationthatEVwillreachtotalcostofowner-ship(TCO)paritywithinternal-crusionvehicles(ICE)inmanycountriesby2024or20255以及采取的监管行动和对电动汽车和充电基础设施的投资，作为实现净零目标的一部分。 The SiC device market, value around $20 billion today, isprojected to reach $110 billion to $140 billion in 2030,growing at an estimated 26% CAGR (Exhibit 2). Given thespike in EV sales and SiC ’ s 令人信服的逆变器适用性，预计SiC需求的70％将来自电动汽车。预计电动汽车需求最高的中国，预计将推动电动汽车生产中SiC总需求的40％左右。 在本文中，我们将研究SiC制造商、汽车原始设备制造商和其他人如何抓住预期的电动汽车市场增长所固有的机会，以创造价值并获得竞争优势。 在电动汽车中，动力总成的类型- BEV、混合动力电动汽车(HEV)、插电式混合动力电动汽车(PHEV)、400伏或800伏-决定了 确保EV组件供应足以满足这种快速增长的估计需求至关重要，而供应碳化硅优点特别：考虑。 实现零净目标的推动加快了电动汽车采用的步伐。 全球轻型汽车销售，百万单位（%share) 麦肯锡公司 SiC器件市场，估值在 今天的20亿美元，预计到2030年将达到110亿美元至140亿美元，复合年增长率估计为26%。 附件2 碳化硅器件市场预计在2022年至2030年之间以26%的复合年增长率增长。 碳化硅功率器件年收入，$十亿 麦肯锡公司 垂直整合：SiC市场中引人注目的商业模式 由于其更高的效率需求，800伏BEV动力总成最有可能使用基于SiC的逆变器。6根据我们的分析，到2030年，BEV预计将占电动汽车产量的75％（2022年为50％），而HEV和PHEV将占其他25％。此外，我们预计到2030年，800伏动力系统的市场渗透率将超过50％（2022年不到5％）。因此，我们预计未来十年SiC器件将出现明显的逆风。 当前的SiC市场高度集中，只有少数端到端领导者。实际上，SiC晶圆和器件市场的前两家公司控制着约60％至65％的SiC市场份额（图表3）。 市场奖励垂直整合，主要是整合的领先参与者的主导地位证明了这一点。根据我们的分析，垂直整合 麦肯锡公司 在SiC晶圆和器件制造中，可以将产量提高5到10个百分点，利润率提高10到15个百分点，7部分来自低产量损失，部分来自工艺中每个步骤的消除余量堆叠（图4）。通过更好地控制设计和更快的产量斜坡以及晶片和器件制造之间的闭环反馈，可以获得更高的产量。 注意到最近的供应链挑战。类似地，垂直整合也为晶圆参与者提供了针对商品化的对冲，例如在硅市场中发生的。 毫不奇怪，一些领先的制造商已经通过并购和合作伙伴关系向垂直整合发展。特别是，半导体器件制造商在晶圆材料制造方面增加了上游产能。这包括STMicroelectronics收购Norstel，Onsemi收购GT AdvancedTechnologies 从战略上讲，垂直整合的制造商还可以为汽车OEM提供更高的价值主张，因为供应保证更高，这是 碳化硅器件制造中的垂直集成可以帮助实现余量和产量的显著增加。 6英寸碳化硅MOSFET1：2022年按价值链步骤划分的相对成本比较（每片美元） 麦肯锡公司 （GTAT），以及罗姆半导体收购SiCrystal。8这些收购和其他收购显示了对垂直整合的运营，财务和战略利益的信心。 市场渗透达到2030年。一旦技术挑战被克服，eight -inch晶圆为制造商提供了从减少的边缘损失、更高水平的自动化和杠杆能力 来自硅制造的折旧资产。我们的分析预测，这种过渡的毛利率收益约为5到10个百分点，具体取决于垂直整合的水平。 过渡到8英寸晶圆可以提供价格，利润和市场优势 美国8英寸晶圆的批量生产预计将在2024年和2025年开始，届时行业领先的制造商 根据我们的分析，预计将从六英寸晶圆的生产和使用过渡到八英寸晶圆，材料的吸收将从2024年或2025年左右开始，而50％ 更多参与SiC价值链为汽车原始设备制造商创造了新的优先事项 计划将容量联机。9预计八英寸晶圆的生产将在此后迅速增长,主要是响应于需求和价格压力(尤其是来自中型体积EVOEM),以及通过转换为八英寸SiC晶圆制造而实现的成本节约。 严峻的供应链挑战、地缘政治因素、向800伏车辆的过渡以及由此带来的SiC MOSFET需求的增加，都促使OEM最近扩大了对半导体和SiC采购的参与。鉴于最近的供应链中断和发展中的SiC格局，以及预期的重大技术创新，汽车原始设备制造商参与了基于SiC的EV逆变器和底层SiC芯片的多种采购模型（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。 我们的分析表明，由于产量较低，与六英寸晶片相比，八英寸晶片衬底每平方英寸仍然相对更贵。 然而，由于工艺产量的提高和新颖的切片技术，预计在未来十年内，领先制造商的差距将缩小。例如,我们发现,与具有多线锯的常规晶片化技术相比,激光切割技术具有使从一个单晶晶锭生产的晶片数量增加一倍以上的潜力。和先进的晶片技术，如氢气分裂可以进一步提高产量。 采购SiC以及设计逆变器。这种转变也体现在SiC制造商和汽车OEM之间越来越多的合作伙伴关系中。 OEM参与碳化硅采购和组件制造将促使整个电力组件价值链发生变化。 原始设备制造商参与了许多合作伙伴关系，但很少达成独家协议 并通过非排他性合作伙伴关系保护他们的供应链(图表6)。 SiC制造商和原始设备制造商之间的伙伴关系从长期供应协议到战略和发展伙伴关系，甚至到共同投资和合资协议 这种高水平的OEM参与表明，与OEM发展深厚关系并拥有汽车专用设备功能的现有和未来SiC制造商将最适合参与该行业的增长。考虑到展示技术熟练程度的障碍，寻求确保钱包份额的SiC制造商可能希望尽早获得合作伙伴关系 在制造设施中。我们对公告的分析1从占2030年BEV销量75%以上的18个汽车原始设备制造商中发现,12个原始设备制造商(占2030年BEV销量60%以上)已经宣布了与SiC制造商的两个或多个合作伙伴关系。 并确保获得供应。鉴于许多供应商- OEM关系的长期性质，这尤其相关。此外，不太成熟的SiC制造商可能需要与OEM建立早期合作伙伴关系，以实现概念验证并证明供应保证被设计为汽车平台。我们的分析表明，OEM可能对多个 15％的BEV销量）已经宣布了一个合作伙伴关系，而只有一个OEM（占BEV销量的2％左右）尚未宣布与SiC制造商的合作伙伴关系。尽管此分析仅限于已宣布的合作伙伴关系，但汽车OEM的多元化趋势明显 10截至2023年4月19日。 OEM和碳化硅制造商之间的一些供应合作伙伴关系已经宣布，但很少是独家的。 汽车原始设备制造商通过非排他性合作伙伴关系实现多元化和保护其供应链的明显趋势。 中国的原始设备制造商预计将广泛地将采购转移到当地供应商，从目前的约15％到2030年的60％左右（图表8）。 与不太成熟的制造商建立伙伴关系，创造有保证的供应的新途径。 中国原始设备制造商表示增加了本地采购，但领导者尚未出现 从设备供应到晶圆和器件制造，再到系统集成，中国企业在整个SiC价值链中的崛起，有望实现这种向中国本地采购的转变。中国设备供应商已经涵盖了所有主要的SiC制造步骤，并宣布投资到2027年提高产能。然而，中国生态系统中尚未出现明显的供应领导者。 预计到2030年，中国仍将是最大的SiC市场（图表7），增长由消费者需求驱动，并得到大众激励措施的支持，例如电动汽车免除车牌配额。根据麦肯锡的研究和分析，这个市场大约有三分之一的中国原始设备制造商和三分之二的外国原始设备制造商在中国，预计这一组合将转向中国原始设备制造商，并在2030年之前实现更平均的分割。 利益相关者如何充分利用SiC需求激增 目前，非中国SiC制造商供应中国80％的晶圆市场和95％以上的器件市场。但是，我们的分析表明，由于地缘政治和供应保证的考虑，中国OEM越来越多地寻求本地供应来源。 电动汽车的加速采用以及SiC在不断增长的电动汽车市场中日益重要的作用表明，这对各行各业的参与者具有根本性的影响。 预计到2030年，中国仍将是碳化硅的最大市场。 碳化硅（SiC）逆变器体积，million 麦肯锡公司 Exhibit8 预计中国的原始设备制造商将越来越喜欢在当地采购碳化硅，从2022年的15%增加到2030年的60%。 半导体元件制造商确定SiC增长和投资战略，以跟上SiC在电动汽车和其他市场不断增长的机会，是核心任何位置良好的半导体元件制造商的前景。通过与汽车OEM和一级供应商的适当确定的合作伙伴关系进入市场同样至关重要，在技术开发，产能提升执行和成本下降方面的持续投资也至关重要-特别是在向8英寸晶圆过渡的情况下。玩家将继续通过整个制造价值链中的构建-购买-合作伙伴决策来塑造和塑造，包括与衬底、外延和器件相关的决策。 SiC价值链。尽管没有最重要的战略来提高市场份额或创造价值，但对于参与者来说，必须考虑一些因素，以使自己在不断变化的SiC市场中占据主导地位。 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拥有与市场及其同行一致的EV和SiC采用和时机计划。随着OEM和一级合作伙伴关系在开发过程的早期形成，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-例如，与SiC器件制造商的共同开发合作伙