撰文 / 周 洲

編輯 / 黃大路

設(shè)計 / 琚 佳

這兩日令小米怒氣連發(fā)、智己再三道歉的拉鋸戰(zhàn)，緣起碳化硅（SiC）參數(shù)。

4月8日晚的智己L6的發(fā)布會，全程對標(biāo)小米SU7。在電驅(qū)的參數(shù)對比方面，卻出現(xiàn)了SiC的錯誤標(biāo)注。

智己發(fā)布會上的PPT顯示，小米SU7 Max版為“前IGBT 后SiC”。

實(shí)際上，小米SU7 Max 與智己L6一樣，均為前后雙SiC。

小米汽車產(chǎn)品經(jīng)理潘曉雯更是發(fā)文稱：“小米SU7全系全域碳化硅，不僅前后電驅(qū)都是碳化硅，就連車載充電機(jī)（OBC）和熱管理系統(tǒng)的壓縮機(jī)都用了碳化硅。”

根據(jù)產(chǎn)品性能介紹，小米SU7 Max版（雙電機(jī)版，800V電壓平臺）的電驅(qū)供應(yīng)商為匯川聯(lián)合動力，其中搭載了來自英飛凌的SiC芯片和模塊產(chǎn)品；標(biāo)準(zhǔn)版和Pro版（單電機(jī)版，400V電壓平臺）搭載了聯(lián)合汽車電子的電橋，應(yīng)用了博世第二代溝槽型SiC芯片產(chǎn)品。

這一輪PPT對標(biāo)掀起的碳化硅大戰(zhàn)，其實(shí)顯示了作為入局造車的新新勢力小米和老牌傳統(tǒng)企業(yè)上汽的新能源精英智己，在殘忍的降價潮中上市新品，壓力都不小。

隨著800V高壓超充越來越成為中高端車型的標(biāo)配，碳化硅的“上車量”，也成為車企們爭奪的吸睛之地。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，小米SU7單電機(jī)版本約為64顆SiC芯片，其中主驅(qū)約36顆，OBC（車載充電機(jī)）約14顆，高壓DC-DC（高低壓直流轉(zhuǎn)換器）約8顆，空壓機(jī)電控約6顆；雙電機(jī)版本約為112顆，其中主驅(qū)48顆，輔驅(qū)36顆，OBC約14顆，高壓DC-DC約8顆，空壓機(jī)電控約6顆。這還不包括充電樁和PTC等環(huán)節(jié)。

而最先在電動車上應(yīng)用SiC芯片的特斯拉，卻要推翻自己開創(chuàng)的潮流，絞盡腦汁想要在下一代電驅(qū)系統(tǒng)上減少3/4的SiC用量。

800V高壓快充標(biāo)配

最早使用SiC MOSFET（金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管）的是豐田，早在2015年豐田就開始測試SiC MOSFET，只不過是在氫燃料車上。2016年，豐田的氫燃料車使用的SiC MOSFET由豐田關(guān)聯(lián)公司電裝提供，實(shí)現(xiàn)了從磊晶到芯片再到模塊的垂直供應(yīng)。

特斯拉是最先在電動汽車上使用SiC的汽車廠家。

2018年，特斯拉率先將意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的第二代SiC應(yīng)用于Model 3,開啟了主驅(qū)逆變SiC器件在電動車的商業(yè)化應(yīng)用。

作為第三代半導(dǎo)體材料的代表之一，SiC被稱為新能源汽車800V高壓快充的標(biāo)配器件。

為了解決續(xù)航里程和充電快捷方便兩個痛點(diǎn)，緩解補(bǔ)能焦慮，新能源車企采取加大電池容量、提供快充甚至超級快充的方案。

快充技術(shù)的核心在于提高整車充電功率。要提高整車充電功率，技術(shù)手段上，加大充電流，提高充電電壓。加大充電電流意味著更粗更重的線束、更多的發(fā)熱量以及更多附屬設(shè)備瓶頸，而提升充電電壓則有更大的設(shè)計自由度。這直接推動了400V（整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍230V-450V，取中間值400V）電壓平臺向800V（550V-930V，取中間值800V）電壓平臺轉(zhuǎn)換。

隨著吉利、長城、零跑等一眾車企相繼發(fā)布800V技術(shù)的布局規(guī)劃，再加上寧德時代發(fā)布了更有性價比的磷酸鐵鋰神行超充電池，2023年也被稱作800V快充元年。

SiC 芯片作為第三代半導(dǎo)體，具有極低的開關(guān)損耗，非常適用于高壓高速開關(guān)的應(yīng)用。高壓快充要想提升功率密度就必須提升開關(guān)器頻率，SiC是不二之選。

在新能源汽車上，SiC主要用在主驅(qū)Inverter（逆變器）、OBC、DC/DC上。

SiC在純電動車、混動車的主驅(qū)上都有應(yīng)用。

比如，Model 3全車搭載了24個SiC模塊，拆開封裝每顆有2個SiC裸晶(Die)，所以算下來共計搭載48顆SiC MOSFET。后續(xù)有比亞迪、蔚小理、吉利等車企跟進(jìn)。

在OBC、DC/DC上，相比SiC主驅(qū)逆變器，其所使用的SiC MOSFET允許更高的導(dǎo)通電阻，技術(shù)成熟度更高，一些車企早在2018年就開始在OBC中應(yīng)用碳化硅器件。

SiC 芯片的主要生產(chǎn)商英飛凌對汽車商業(yè)評論稱，800V 車型對SiC 芯片需求量會比較大。一臺OBC/DCDC可能會用到14-18顆SiC MOSFET, 規(guī)格相對較小，約40-80mohm；一臺逆變器會用到36-72顆芯片，規(guī)格比較大，需要12-17mohm芯片。粗略計算，逆變器對SiC的需求量大概在OBC、DC/DC 10倍左右。

2023年，無所不卷的中國新能源汽車把800V高壓快充卷成了中高端車型的標(biāo)配，SiC亦隨之上量上車。這里主要指主驅(qū)逆變器上的SiC。

相比此前400V系統(tǒng)的硅基IGBT，無論400V系統(tǒng)還是800V高壓系統(tǒng)，SiC MOSFET逆變器損耗均可以降低50%左右，提升電驅(qū)效率，從而降低整車能耗。

從A00級別到大型SUV級別，SiC MOSFET電驅(qū)產(chǎn)品可以將整車電耗降低5%-7%，這等于同等容量電池下續(xù)航至少增加5%。

成本高企

雖然SiC器件具有諸多優(yōu)勢，但成本仍是其能否被廣泛應(yīng)用的一個主因素。

一位新勢力汽車廠商的電驅(qū)高管對汽車商業(yè)評論稱，SiC芯片的采購成本比IGBT要高上3-5倍，量級上升之后，能下降一些，達(dá)到2-3倍。

新能源電動車成本最貴的是電池，根據(jù)原材料價格起伏約占整車成本的30%-60%，原先IGBT約占8%。如果都替換為SiC，那么芯片成本將和電池差不多。

此外，由于使用了SiC逆變器，電驅(qū)系統(tǒng)的SIC 驅(qū)動芯片要用適用于SiC開關(guān)的型號。SiC 開關(guān)頻率更高，門極開通電壓比IGBT低，對系統(tǒng)的抗干擾能力要求更高，逆變器內(nèi)部du/dt大幅提升，這對于逆變器EMC設(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn)。

也因此，800V高壓快充主要集中在20萬元以上的中高端車型上。

SiC器件，占據(jù)總成本最大頭的是襯底，占其總生產(chǎn)成本的45%之多。

襯底是所有半導(dǎo)體芯片的底層材料。SiC襯底是一種由碳化硅材料制成的片狀襯底，可以作為半導(dǎo)體器件的支持基底。

目前的SiC主要以6英寸襯底為主。根據(jù)TrendForce的數(shù)據(jù)，6英寸SiC襯底的市場份額達(dá)到了80%，8英寸襯底僅占約6%的市場份額。

降低SiC器件成本的一個關(guān)鍵就是轉(zhuǎn)向更大的襯底尺寸。

根據(jù)SiC襯底廠商天科合達(dá)的測算，從4英寸提升到6英寸，單位成本預(yù)計能夠降低50%；從6英寸到8英寸，成本能夠在這個基礎(chǔ)上再降低35%。

同時，8英寸襯底能夠切出更多的芯片，預(yù)計可多切90%，邊緣浪費(fèi)也會更低。也即8英寸襯底具備更高的有效利用率，這也是各大廠商積極研發(fā)8英寸襯底的直接原因。

根據(jù)TrendForce的數(shù)據(jù)，2022年前五大SiC功率半導(dǎo)體公司分別為意法半導(dǎo)體（36.5%）、英飛凌（17.9%）、Wolfspeed（16.3%）、安森美（11.6%）和羅姆半導(dǎo)體（8.1%），其余公司僅占9.6%。前五大公司占據(jù)了超過90%以上的市場份額。

Wolfspeed在2023年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了8英寸SiC襯底的量產(chǎn)。

自2015年Wolfspeed首次展示樣品，8英寸SiC襯底至今已發(fā)展9年。Wolfspeed正在繼續(xù)建設(shè)美國北卡羅來納州SiC襯底工廠的John Palmour碳化硅制造中心，后續(xù)該工廠將持續(xù)推動襯底產(chǎn)能的擴(kuò)充，配合其8英寸晶圓廠的擴(kuò)產(chǎn)需求。

意法半導(dǎo)體也在8英寸SiC襯底上早有布局。除了此前與Soitec的合資之外，2023年年中，意法半導(dǎo)體與湖南的三安光電宣布將斥資50億美元在重慶建立一座8英寸SiC襯底廠。

據(jù)集邦化合物半導(dǎo)體不完全統(tǒng)計，2023年約12個8英寸晶圓相關(guān)擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目落地，其中8個項(xiàng)目由Wolfspeed、安森美、意法半導(dǎo)體、英飛凌、羅姆等國際廠商主導(dǎo)，合資的有意法半導(dǎo)體與三安光電項(xiàng)目，另外3個項(xiàng)目由泰科天潤、芯聯(lián)集成、杰平方等中國廠商主導(dǎo)。

英飛凌方面對汽車商業(yè)評論稱，SiC發(fā)展趨勢向好是確定的，但距離真正大批量應(yīng)用還有一段路要走，產(chǎn)能和技術(shù)都還在早期開發(fā)階段，要做好SiC芯片需要更多的積累。“比如開發(fā)8英寸良率更好的晶錠和基片，以降低成本，從平面工藝向溝槽工藝轉(zhuǎn)發(fā)，提升SiC性能。”

英飛凌科技高級副總裁、汽車業(yè)務(wù)大中華區(qū)負(fù)責(zé)人曹彥飛3月對汽車商業(yè)評論在內(nèi)的媒體稱，英飛凌在碳化硅領(lǐng)域已經(jīng)布局了將近30年，公司從一開始推向市場的量產(chǎn)SiC芯片就是溝槽工藝。

自2010年Wolfspeed和羅姆推出SiC MOSFET以來，平面柵結(jié)構(gòu)工藝一直是主流。

溝槽工藝是將柵極埋入基體中形成垂直溝道，工藝復(fù)雜、單元一致性比平面結(jié)構(gòu)差，但是溝槽結(jié)構(gòu)可以增加單元密度，沒有JFET效應(yīng)，寄生電容更小，開關(guān)速度快，損耗非常低，而且通過選取合適溝道晶面以及優(yōu)化設(shè)計的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)最佳的溝道遷移率，顯著降低導(dǎo)通電阻。在更高代次的產(chǎn)品中，溝槽柵結(jié)構(gòu)將取代平面柵結(jié)構(gòu)。

（圖左為平面工藝，圖右為英飛凌的溝槽工藝）

為了用好SiC芯片，半導(dǎo)體廠商還需要在功率器件的封裝上加強(qiáng)導(dǎo)流、導(dǎo)熱能力的開發(fā)，使SiC能夠在更安全穩(wěn)定的環(huán)境里工作。

令人吃驚的是，2023年3月1日，馬斯克在特斯拉投資者大會上宣稱下一代電驅(qū)動系統(tǒng)將要削減75%的碳化硅用量。此言一出，除英飛凌外的碳化硅廠商股票紛紛大跌。

這主要是由于馬斯克想要削減成本。此外特斯拉的充電樁包括快充最高是480V，800V平臺的暫時用不著，使用的主要是意法半導(dǎo)體的單管SiC，成本比SiC模塊要低。

不過，特斯拉的皮卡和卡車則直接上了1000V平臺，其下一代產(chǎn)品特別是高功率車型極大概率也得用SiC模塊。

據(jù)《2023年碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》統(tǒng)計，2022年以來，有6家Tier 1以及車企通過投資SiC企業(yè)來鎖定碳化硅產(chǎn)能，涉及企業(yè)包括特斯拉、博格華納、安森美等。

其中，特斯拉被傳出2022年3月參與投資安森美在韓國富川的碳化硅研究中心及制造工廠。

特斯拉對關(guān)鍵的零部件供應(yīng)商總是既愛又恨。

正如此前其對電池正極原材料供應(yīng)商嘉能可，一邊喊著“自研無鈷電池”令嘉能可股價大跌，一邊又簽訂長協(xié)并考慮入股。

而電動汽車朝著高功率和高壓平臺的發(fā)展，必將帶動所需SiC功率器件的增長。

根據(jù)Yole Intelligence 2023年發(fā)布的SiC功率器件報告，預(yù)計到2028年，全球SiC功率器件市場將增長至約90億美元，相比2022年增長31%，汽車應(yīng)用將是SiC功率器件的主要市場。

（本刊記者錢亞光對本文亦有貢獻(xiàn)）