Tesla縮減75％ SiC用量，還有什么技術(shù)可以代替呢？
關(guān)鍵詞： SiC 電動汽車 半導(dǎo)體 芯片
據(jù)了解， SiC可靠性以及供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性確實令Tesla信心不足，過去幾年中曾因此出現(xiàn)過Model 3批量召回事件，當時Tesla官網(wǎng)解釋為“后電機逆變器功率半導(dǎo)體元件可能存在微小的制造差異，其中部分車輛使用一段時間后元件制造差異可能會導(dǎo)致后逆變器發(fā)生故障，造成逆變器不能正?？刂齐娏鳌?，這直接指向SiC。
特斯拉如何降低75% SiC用量？
在2023投資日上，特斯拉并沒有詳細說明他們是如何做到降低75% SiC用量的，給出降低“用量”的說法其實也比較含糊不清。原因方面，最顯著的是成本問題，由于當前整個SiC市場仍然是處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，所以如果降低SiC器件的用量，可以大幅降低成本；另一方面是，此前有消息稱在過往的幾年間，特斯拉采用SiC的主逆變器失效率要明顯比IGBT高；除此之外，特斯拉去年向安森美新增了IGBT的訂單，其中有對SiC供應(yīng)不足和失效率高的擔憂。
從特斯拉的說法中，可以明確的是未來特斯拉車型中仍會使用SiC器件，但降低“用量”方面，目前業(yè)界主流的猜測有兩個方向：一是采用SiC、Si混合功率模塊；二是通過器件工藝的提升，來降低器件成本、SiC器件數(shù)量等。
第一種近期在業(yè)界的討論較多，即大概使用2顆配套6顆IGBT封裝混合模塊，這種模式符合“降低75%用量”的說法，同時還可以靈活調(diào)配。這種方式可以利用SiC和IGBT的優(yōu)勢，通過系統(tǒng)控制，令SiC運行在開關(guān)模式中，IGBT運行在導(dǎo)通模式。SiC器件在開關(guān)模式中損耗低，而IGBT在導(dǎo)通模式中損耗較低，所以這種模式有可能實現(xiàn)在效率不變的情況下，降低SiC MOSFET的使用量。
其實去年供應(yīng)鏈也曾傳出特斯拉將導(dǎo)入SiC和IGBT混合功率模塊的消息，結(jié)合目前降低SiC使用量的說法，讓混合模塊的路線可信度更高。
不過也有業(yè)內(nèi)人士表示，SiC MOSFET和IGBT混合模塊也存在一些應(yīng)用上的挑戰(zhàn)，包括用于汽車的封裝工藝穩(wěn)定性、IGBT和SiC MOSFET并聯(lián)電路設(shè)計、驅(qū)動控制等問題。
而第二種是器件的工藝升級。有業(yè)內(nèi)人士分析，目前最新的溝槽SiC MOSFET在同功率下所需的芯片顆數(shù)比目前特斯拉所使用的方案要少很多，算上芯片面積大概是降低了75%以上的SiC晶圓面積使用。所以從某種程度上說，受益于SiC成本的降低以及器件工藝的提升，實現(xiàn)SiC用量降低75%也存在很大可能性。
SiC行業(yè)影響幾何
過去幾年，SiC整個行業(yè)的擴產(chǎn)規(guī)模都相當大，從上游的襯底材料、外延產(chǎn)線，到SiC晶圓廠、功率模塊封裝產(chǎn)線等，都為未來幾年帶來了較大的產(chǎn)能預(yù)期。因此難免會有人想到，如果特斯拉開始減少SiC的用量，那未來這些SiC產(chǎn)能是否會迅速過剩？
這個問題是多方面的，由于目前未知特斯拉的具體策略，比如是在目前的所有產(chǎn)品線上都減少SiC用量，還是在未來的低價車型中實行，這都是未知數(shù)。但無論如何，編者都認為這對于當前大規(guī)模擴產(chǎn)中的SiC行業(yè)不會造成太大影響。
當前整體市場供應(yīng)缺口較大，很多車企對于采用SiC的最大顧慮是產(chǎn)能，因為擔心供應(yīng)問題而未有大規(guī)模推廣SiC的汽車應(yīng)用。畢竟作為第三代半導(dǎo)體，SiC相比IGBT的優(yōu)勢依然是實打?qū)嵈嬖诘?，特別在未來有可能逐步普及的800V高壓平臺中，SiC相比IGBT的優(yōu)勢會更加突出。
未來如果特斯拉真的在旗下車型上都推行降低SiC使用量的方案，短期內(nèi)特斯拉的車型成本快速下降，對其他車企的中低端產(chǎn)品可能造成一定沖擊，對于高端定位的車型來說影響不會很大。但長期來看，隨著產(chǎn)能的進一步提升，SiC成本將持續(xù)降低，特斯拉方案的成本優(yōu)勢也將會進一步被抹平。正如特斯拉在HW4.0平臺上重新應(yīng)用毫米波雷達一樣，當SiC成本、失效率等降至一定水平后，或許又會再次擁抱SiC。
再退一步說，即使汽車端的需求增長不及預(yù)期，但在新能源汽車之外，光伏、儲能等工業(yè)應(yīng)用依然對SiC處于剛需狀態(tài)。如果由于特斯拉的需求降低導(dǎo)致SiC產(chǎn)能過剩，那么在光伏儲能等市場的需求能夠快速補充，激活目前受供應(yīng)所限的需求市場。
當然，前提是產(chǎn)能擴充進度在預(yù)期之中，以目前的進度來看，業(yè)界普遍認為2025年左右才會真正解決當前SiC產(chǎn)能不足的問題。如實際產(chǎn)能擴充進展不及預(yù)期，那么即使特斯拉完全棄用SiC，產(chǎn)能過剩的問題近幾年內(nèi)都難以出現(xiàn)。
隨著特斯拉減少SiC的使用，還有什么技術(shù)可以比得上SiC元器件的節(jié)能、高效、功率模塊體積小型化等優(yōu)勢呢？業(yè)內(nèi)人士提供了三種觀點。
1. 返回硅絕緣柵雙極晶體管 (Si IGBT) 模塊
事實上，在SiC近年獲得Infineon、STM、Rohm、Onsemi等主要IDM大手筆投資之前，IGBT一直被視為EV、公共交通、節(jié)能等領(lǐng)域的關(guān)鍵功率半導(dǎo)體。畢竟IGBT具有成熟的硅基生產(chǎn)優(yōu)勢。英飛凌在高端和車用IGBT市場也占據(jù)主導(dǎo)地位多年。
隨著純電動汽車（BEV）的發(fā)展趨勢和碳排放政策越來越明確，相比Si IGBT，SiC在功率密度和耐熱性方面的優(yōu)勢使其在尋求更長續(xù)航里程和更小體積的功率模塊中不可或缺。全球的汽車制造商也正在轉(zhuǎn)向 800V 汽車電氣系統(tǒng)。對應(yīng)800V系統(tǒng)的1700V SiC功率元件不斷擴大。
中國臺灣某功率元件晶圓廠表示，除非IGBT龍頭英飛凌在技術(shù)上做出重大升級，否則目前SiC的性能優(yōu)勢非常明顯。主要的 IDM 已經(jīng)在 SiC 上投入了大量資金。計劃這樣做的中國臺灣供應(yīng)商包括 Hermes-Epitek 的 Episil、富士康的 Hung Yang、Globalwafers。
2.特斯拉降低成本的愿望會間接推動SiC供應(yīng)商降價
但是，Si IGBT與SiC的價差還是有數(shù)倍的差距，因為SiC剛剛從6英寸擴展到8英寸，而硅基半導(dǎo)體已經(jīng)在12英寸的成熟生產(chǎn)線上。目前來說，碳化硅的高成本確實是讓電動車和車企望而卻步的事情。
供應(yīng)商透露，與4-5年前相比，SiC的價格已經(jīng)小幅下降。當時，一塊 6 英寸 SiC 襯底（僅襯底）的成本約為 10 萬新臺幣（3000 美元）?，F(xiàn)在，同一件商品的價格約為 60,000 新臺幣（2000 美元），一塊 6 英寸晶圓只能切割出大約 500-600 個 SiC 組件。
SiC設(shè)備更是搶手。即使經(jīng)過調(diào)整，碳化硅設(shè)備訂單的交貨期仍有將近兩年的時間。中國、美國和歐洲的芯片制造商繼續(xù)向日本設(shè)備制造商訂購關(guān)鍵設(shè)備。
特斯拉對于碳化硅的快速崛起功不可沒。然而，截至目前，SiC 功率元件仍然相當昂貴。如果特斯拉未來的運營策略是提高生產(chǎn)效率和降低成本，它很可能會想盡一切辦法將碳化硅的價格進一步降低到普遍水平。
3.沒有新的替代材料，為“第四類”半導(dǎo)體做準備
那么，是否還有其他高效的半導(dǎo)體材料可以替代成熟的IGBT或者還在上升期的SiC呢？一家國際化合物芯片設(shè)備制造商坦言，從技術(shù)上講，目前沒有更好的材料可以替代它們。所謂的第四類半導(dǎo)體，例如 Ga2O3，都還處于非常早期的開發(fā)階段。他們要走向成熟，至少還需要10年的發(fā)展。
回顧過去，特斯拉暗示其將減少 75% 的 SiC 材料需求，這將在未來幾個月內(nèi)繼續(xù)在功率半導(dǎo)體行業(yè)引起轟動。預(yù)計這將導(dǎo)致 IDM 領(lǐng)導(dǎo)者重新考慮 SiC 組件價格和成本策略。
