回顧碳化硅車用發(fā)展歷程，特斯拉作為碳化硅的“推廣大使”，2018年率先在Model3主驅(qū)逆變器上使用碳化硅，開啟并加速了碳化硅規(guī)模應(yīng)用，也使碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道。

特斯拉近期結(jié)束的年度投資者日，馬斯克的第三個(gè)“宏圖計(jì)劃（Master Plan）”沒能帶動(dòng)自家股票上漲，而且在下一代電動(dòng)車平臺上的動(dòng)作，帶崩了稀土和碳化硅的上市公司股價(jià)。一時(shí)間，特斯拉“減少75%碳化硅”仿佛叫停了產(chǎn)業(yè)，但從產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展角度來看，作為碳化硅“推廣者”的特斯拉，再度推廣碳化硅。

特斯拉減少75%碳化硅

在近期的特斯拉年度投資者日上，特斯拉公布了下一代動(dòng)力平臺的一些細(xì)節(jié)，其中關(guān)于碳化硅（SiC）器件用量大幅下降，引起業(yè)內(nèi)擔(dān)憂。

二級市場上，在特斯拉宣布減少75%碳化硅后，A股市場碳化硅概念股大跌，其中，東尼電子3月3日-4日的兩個(gè)交易日大跌逾19%，至今股價(jià)持續(xù)承壓。

對終端影響方面，業(yè)內(nèi)人士指出，“特斯拉這個(gè)事影響不大，不管是現(xiàn)有平臺還是下一代，總歸要用SiC，現(xiàn)在SiC產(chǎn)能總體缺貨。短期內(nèi)會(huì)影響市場容量的預(yù)期變小，但最終會(huì)變大。特斯拉未來要推出價(jià)格更低的新車型，提升市場占有率，未來目標(biāo)保有量要到2000萬。所以單車碳化硅的量下降，但絕對值變高。”

事實(shí)上，對于特斯拉“減少75%碳化硅”，業(yè)內(nèi)認(rèn)為主要是出于供應(yīng)考量。前述人士表示，“今年Cree、Wolfspeed今年6寸放量沒那么快，特斯拉如果要沖量，要考慮供應(yīng)鏈能滿足多少輛車，在SiC產(chǎn)能能擴(kuò)產(chǎn)不及預(yù)期下，要考慮最大化利用好全球現(xiàn)有產(chǎn)能。”

芯聚能總裁周曉陽指出，“碳化硅中短期供不應(yīng)求，碳化硅IDM廠商賣給特斯拉的碳化硅比其他人都便宜；另外，能滿足特斯拉性價(jià)比要求的供應(yīng)商很少，特斯拉的需求可能比他幾年前給各合格供應(yīng)商的預(yù)測要大，特斯拉要求在同樣價(jià)錢能拿到的供應(yīng)不能滿足自身發(fā)展的要求。”

“如果碳化硅的成本下降，后續(xù)產(chǎn)能供應(yīng)增加，特斯拉還會(huì)增加對碳化硅需求的占比。”周曉陽補(bǔ)充到。

也就是說，特斯拉有意識的控制碳化硅的節(jié)奏，希望把需求放得更長久。

以技術(shù)創(chuàng)新再度推廣碳化硅

既然需求不成問題，那么特斯拉是如何減少碳化硅用量而不影響車的性能和效能。目前討論最多的方案之一就是用硅基IGBT替代減少的碳化硅，即在一個(gè)逆變器里混合使用碳化硅MOSFET和硅基IGBT。

不過，如果采用混合方案，集成的元器件數(shù)量會(huì)更多，模塊的尺寸也會(huì)變得更大，這顯然有悖于特斯拉要減少車用零部件的做法。此外，IGBT和碳化硅二極管替代SiC MOSFET，元器件的增加也將考驗(yàn)整個(gè)模塊的可靠性。

“這種替代方式的可能性相對較小。”周曉陽認(rèn)為，“我認(rèn)為特斯拉很有可能是通過一個(gè)或幾個(gè)技術(shù)的革命或創(chuàng)新，不用任何替代，碳化硅的芯片面積降低75%。這需要多方面配合，例如，電機(jī)的革新，減少對驅(qū)動(dòng)的功率器件的需求；提高芯片的功率密度；電驅(qū)系統(tǒng)的改進(jìn)等。”

從這幾點(diǎn)來看，減少芯片面積和提高封裝創(chuàng)新是行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵且比較難的點(diǎn)。近年來，意法半導(dǎo)體的SiC MOSFET芯片尺寸一直在縮小，如果按照第3代MOSFET面積是第2代的1/4來算，芯片面積恰好縮小了75%。這也符合特斯拉動(dòng)力總成副總裁柯林·坎貝爾在投資者活動(dòng)日上提到的“封裝中的碳化硅晶片要小很多。”的說法。

芯片面積的減小，主要得益于器件廠商的努力，相比之下更考驗(yàn)特斯拉的是封裝技術(shù)。周曉陽指出，“在封裝技術(shù)的創(chuàng)新，熱阻更小，散熱更好，材料更好，器件和模塊可以在更高結(jié)溫下工作。”碳化硅芯片面積的減小，在同等功率條件下，對單位面積導(dǎo)熱能力的要求成倍提高。這次的投資者日活動(dòng)，特斯拉也重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了封裝技術(shù)，宣稱定制化封裝技術(shù)能提升2倍左右的散熱能力，但具體散熱效果如何，仍待市場驗(yàn)證。

如果是通過減少芯片面積和提高封裝技術(shù)來減少碳化硅的量，碳化硅“推廣者”的特斯拉無疑將再度將碳化硅的應(yīng)用推廣到更大量級。碳化硅在電動(dòng)汽車的使用會(huì)從高中端乘用車向低端乘用車下探，也會(huì)從乘用車向商用車以及特種車發(fā)展；與此同時(shí)，碳化硅會(huì)向更大的工業(yè)及消費(fèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并且發(fā)展的更快；對碳化硅的產(chǎn)業(yè)鏈而言，價(jià)值鏈中，芯片制造及封裝的價(jià)值份額會(huì)提高。

不止碳化硅，氮化鎵相向而行

作為第三代半導(dǎo)體的“殺手級應(yīng)用”，汽車產(chǎn)業(yè)可以承載的不止碳化硅，新能源汽車低電壓系統(tǒng)的升級迭代，也有望為氮化鎵的應(yīng)用帶來新的市場增量。

Yole預(yù)測，車用GaN將從2021年的530萬美元增長到2027年的3.089億美元，復(fù)合年增長率達(dá)到驚人的97%，其中車載DC-DC轉(zhuǎn)換器和車載充電器(OBC)將迎來下一波增長。

在此前的投資者活動(dòng)日上，特斯拉還宣布了低壓用電系統(tǒng)升級到48V電壓。納微半導(dǎo)體相關(guān)人士表示，“從 12V 到 48V 配電的轉(zhuǎn)變有利于 Si 向低壓 GaN 的轉(zhuǎn)變。”

從技術(shù)上而言，GaN電力電子器件在48V的混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域?qū)碛休^強(qiáng)的競爭力，SiC更適合大功率主逆變器，Si基GaN電力電子技術(shù)更適合中小功率DC/DC和AC/DC轉(zhuǎn)換器。

對于下游終端的技術(shù)迭代趨勢，上游芯片廠商自然不會(huì)無動(dòng)于衷。

近日，英飛凌宣布已與GaN Systems公司簽署協(xié)議，將以38.3億美元（約合人民幣57.39億元）現(xiàn)金收購GaN Systems。

巧合的是，此前專注于GaN戰(zhàn)線的納微半導(dǎo)體在2022年8月份也正式并購了GeneSiC這家公司，全面專注第三代功率半導(dǎo)體。據(jù)介紹，GeneSiC的產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)貨超過800萬顆，排在全球前八。

納微半導(dǎo)體副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理查瑩杰指出，“之前大家把GaN和SiC是分開來談，當(dāng)我們把一個(gè)系統(tǒng)拆開來去看的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)在不同的功率等級或者不同的電壓等級，可以看到這兩個(gè)技術(shù)可以進(jìn)行完美的融合。目前我們在電動(dòng)汽車、服務(wù)器上面已經(jīng)證明，這兩個(gè)技術(shù)，可以把整個(gè)系統(tǒng)效率，以及系統(tǒng)的性價(jià)比完美地去提升，混合性設(shè)計(jì)已經(jīng)給客戶帶來了非常重要的啟發(fā)。”

據(jù)納微半導(dǎo)體新能源汽車應(yīng)用中心總監(jiān)孫浩介紹，“以一個(gè)具體的6.6kWOBC為例，如果我們把頻率從60k變化到500k，變壓器的功率密度可以大幅度提升，從原先的14.1kW/L提升到56.5kW/L，因此寬禁帶器件更適合于高頻應(yīng)用場合，而氮化鎵和碳化硅的混合設(shè)計(jì)，在未來也是一個(gè)很主要的趨勢。”

得益于氮化鎵輕量化、小型化的發(fā)展，主機(jī)廠越來越傾向于看氮化鎵的應(yīng)用。氮化鎵在高頻上的優(yōu)勢，可以讓產(chǎn)品變得更緊湊，同時(shí)產(chǎn)品的性能不會(huì)有所損失，甚至略有提高。而產(chǎn)品的輕量化、小型化以及高性能，是主機(jī)廠比較關(guān)注的點(diǎn)，能為整車帶來明顯的提升。

此外，氮化鎵相對于碳化硅，在成本上有天然的優(yōu)勢，這也是主機(jī)廠最為關(guān)心的。孫浩指出，“大家都希望未來氮化鎵它的成本是真的能夠和硅基的產(chǎn)品來做PK，而不是跟碳化硅。我們預(yù)計(jì)在未來的2年之內(nèi)，氮化鎵有機(jī)會(huì)能夠上車。”

后記

在“宏圖計(jì)劃”第三篇章中，馬斯克介紹了“通往地球完全可持續(xù)能源未來的道路”。誠如納微半導(dǎo)體的“Electrify Our World”愿景，在“雙碳”目標(biāo)下，全球電氣化將加速，在整個(gè)能源的供給端和用戶端，能效的提升將是大勢所趨，在通往地球完全可持續(xù)能源未來的道路上，其中蘊(yùn)含非常多的碳化硅和氮化鎵發(fā)展機(jī)會(huì)。