“得新能源汽车者得天下” 8位产业链代表共话“碳化硅上车”

“得新能源汽车者得天下”，这是随着第三代半导体进入市场应用视野，聚焦于碳化硅产业链企业们的共识。

各方的数据预测也在映证这一点。“2022年全球和中国汽车IGBT和SiC研究报告”报告预测，2025年，中国车用SiC市场规模将达到129.9亿元，年均增长率保持在97.2%。

6月15-6月16日，在2023碳化硅功率器件应用及测试技术大会上，来自01芯闻、安森美、博世汽车半导体、纳芯微、华域汽车、上汽捷能、一汽、安波福等的多位嘉宾，围绕车用SiC器件发表了各自的独到见解。

本次大会由江苏省无锡市锡山经济技术开发区管委会和InSemi Research主办，吸引了500余名业内专家学者、企业界人士相聚一堂，共同探讨碳化硅技术发展路径及可落地的产业链价值方案。

国内外车用碳化硅的现状和竞争格局

▲01芯闻主编刘宁一

01芯闻主编刘宁一用“老大难”三个字对车用碳化硅产业链做了精要概括。他认为，“老”是指市场主要被5家老牌巨头厂商占据，意法半导体（ST）、英飞凌（infeneon）、安森美（onsemi）、科锐（Wolfspeed）、罗姆（ROHM），也是最早研发碳化硅器件的企业。

“大”包含大市场、大投资两层含义。据法国市场调研机构Yole统计,全球碳化硅功率器件市场规模预计从2021年的10.9亿美元,增长至2027年的62.97亿美元,年均复合增长率达34%。这个数据偏向保守，从企业端来看，英飞凌、意法基本上是按照2027年是百亿美元市场，到2030年是200亿美元市场来规划的。同时，各家在升级投资上也像军备竞赛一样金额越来越大。

“难”则是指技术难，市场更难。从巨头来看，Wolfspeed已经在碳化硅方面沉淀了30余年，但是从最近的消息来看，其8寸晶圆厂量产时间一推再推；ST在器件设计升级上遇到很多挑战；安森美则是在衬底良率上碰到麻烦……在技术研发攻关难的背景下，各家产品在价格上的厮杀却非常激烈。比如特斯拉，由于其对碳化硅的用量相比3-4年前一直在减少，但对供应商成本压的比较狠，ST甚至不惜允许特斯拉引入第二供应商、第三供应商，通过让渡部分市场份额来保障自己的利益。

碳化硅上车的机遇与挑战

▲Onsemi中国区碳化硅首席专家、汽车市场技术负责人吴桐

基于以上格局，碳化硅上车的机遇在哪呢？

Onsemi中国区碳化硅首席专家、中国区汽车市场技术负责人吴桐认为，低端的车更多的是以IGBT为主，只有高功率车型才能用得起碳化硅，这意味着电池电流更大。新能源车型电池容量的主力区间在20度电到60度电，15万以上的新能源汽车都有可能使用碳化硅，尤其是在800V系统下，基本100%配套使用碳化硅，这是我们对碳化硅上车的展望，未来它在新能源汽车上的渗透率会持续增加，并且潜力无限大。

具体来看，相比IGBT，碳化硅会有4个比较重要的转折点：一是电流密度更高，面积发热也会更高，如何更好地散热。

二是对封装的影响，热量大不但跟散热纵向的材料有关，也是跟横向的散热面积有关，芯片面积变小意味着热更难散，封装上需要下功夫。

三是输出相同电流情况下碳化硅的产品还是IGBT的2-3倍，代表着必须更好地用散热系统和系统的整合，尽量节约碳化硅的使用，也就意味着在模块系统散热上多花投入，可以节约芯片的使用，从系统角度讲是有优势的。

四是碳化硅芯片面积普遍很小，最大的30平方毫米，主流的20平方毫米，甚至更小。为了追求大功率，没有办法做到像IGBT 100平方毫米的大面积，必须并联很多芯片。这意味着模块内部的电流的均衡，甚至整个并联都有讲究，散热也是，也表示碳化硅在封装上的门道比IGBT难很多。

▲博世汽车部件有限公司汽车电子事业部功率半导体战略合作负责人王骏跃

博世汽车部件有限公司汽车电子事业部功率半导体战略合作负责人王骏跃表示，2023年预计会有比较多的车企逐步用800V的技术，2025年所有乘用车和轻型的商用车在国内纯电的销售大概会在1400万台左右，其中纯电在50%左右，在所有纯电当中碳化硅的渗透率达到46%。到2029年数据会更加的可观，预计碳化硅的渗透率会在60%左右。

2022年到2023年初期，整个800V在新能源车的渗透率还在个位数5%-7%之间，我们预算在2030年的时候比例会达到25%，但是这个其实是基于2022年新能源车数量的绝对增长数值预测的。可以看到，2022年小鹏G9上市以后，有更多的主机厂大规模推广800V的车型。

那对产业链企业来说，会有哪些挑战呢？

▲纳芯微电子市场总监高金萍

纳芯微电子市场总监高金萍从芯片公司的角度谈了谈这个话题。她表示，采用碳化硅后，芯片的效率会更高，损耗也会更低，但是如果把效率和成本降低做结合，企业该怎么优化呢？比如在一些领域，IGBT受限于反向二极管的损耗，导致开关比例上不去，是不是可以换成碳化硅二极管做混合的技术？

功率密度方面，在驱动芯片上，大家可能会需要自己外搭电流结构，以让驱动的电流更好地适配IGBT跟碳化硅的产品，未来，一个明显的趋势是，驱动芯片需要做更好的集成，同样的封装把驱动电流推到15A，若系统更加简洁，集成度更高，整体的功率密度也会得到提升。

封装方面，她以隔离器封装举例，目前很多企业也会抛开传统的封装形式走向巅峰的结构，让整体的功率密度做到更高。

新的未来发展趋势，对功率半导体厂商、模拟芯片厂商都提出了新的诉求。总结来说，碳化硅上车是未来大势所趋，整个系统层面的集成，包括芯片层面的功能集成，都是为了打造出未来更高功率密度、性价比更高的解决方案。

▲华域汽车电动系统有限公司、新能源汽车电控产品硬件经理竺仁杰

华域汽车电动系统有限公司、新能源汽车电控产品硬件经理竺仁杰则是从高功率密度SiC电驱系统的角度发表了自己的看法。他首先从碳化硅电控技术出发，阐述了其发展趋势。他表示，基于消费者端对续航里程、快速充电以及整车端提效降本的诉求，这促使电机控制器的发展路线朝着高性能、高智能、高安全的方向发展，高性能系指更大的功率、更高的效率、更小的体积，能够集成车上更多的功能，简化整车的架构；高智能是能够自己实现诊断和升级功能；高安全则是在目前功能安全标准下都能够做到复合性的要求。

其次他从整车结构出发，分享了碳化硅电驱系统的机遇与挑战。目前碳化硅在整车上应用比较成熟的是“三小电”，即配电盒、OBC、DCDC（嘉宾把电空调、PTC也涵盖其中），用的是分立器件，由于电压和功率的要求，国内的一些技术已经达到比较高的水平，可以成熟应用在电动汽车上。

“三大电”电池、电机、电控中，碳化硅的应用主要在电控部分，还在发展中。他认为，电控部分是电动汽车的动力源，对开发的要求非常高，对模块厂商来说，选择六合一或者二合一并联数，在封装上面都是存在难度的。

整体来看，目前碳化硅成本比较高，所以是硅和碳化硅共存的过渡方案，但是到了2026年或者某个转折点可能是2倍价格的情况下，可以给整车带来更优的成本或者是体验，就会有一个更好的议价权。对电控来说，碳化硅是一个比较好的机遇，因为可以保持高压产品的技术领先以及开拓新的业务，树立一个比较好的品牌，提高市场占有率。

圆桌热议“供应链安全与应用需求”

▲圆桌图片

在会议的圆桌环节，上汽捷能电力电子高级经理王东萃、一汽研究总院电驱动开发高级主任兼功率电子开发总监助理李敏、纳芯微高金萍、华域汽车竺仁杰、安波福亚太区战略采购总监Power BU Head陈斐契等5位嘉宾，围绕“SiC芯片供应链安全与应用需求”主题展开了讨论。本场圆桌主持人系利普思半导体COO丁烜明。

以下部分Q&A精选：

主持人：在未来像800V碳化硅整车方面，作为传统主机厂，你们接下来在新能源汽车这么卷的赛道里面，怎么定义对于碳化硅车型或者是800V车型的竞争？

王东萃：现在整个汽车行业的竞争其实非常激烈，上汽这几年也一直加大了研发投入，我们主要还是采用平台化开发，无论是400V也好，800V，包括IGBT、碳化硅都是采用标准的平台化，在平台化的角度下可以匹配不同的需求。今年上汽开发出来的平台，包括A轴、B轴、C轴，兼顾了280千瓦等不同的功率等级，也兼容了400V和800V不同的电压平台，在800V的情况下功率等级可以更大，最高达到了400千瓦。

作为主机厂，如果谈到400V和800V，谈到碳化硅不得不说的还是成本压力很大。如果说不单是碳化硅器件本身，可能为此付出的包括800V的电池，充电系统，800V整体的线束，高压电机空调等等，层层加码下，当今800V的整车要比400V整车贵挺多，这种情况下我们觉得800V要走一个稍微中高端的路线，可能不会像之前想得那么大规模，因为现在400V也是一个主流的产品。

李敏：我很同意王总的看法。从一汽的角度看，800V的系统确实对于现在市场上常用的家用车来说是成本比较高的产品。我们在调研过程当中也发现，它的应用其实主要还是偏向于中高端车型，就目前推广来看，整个基础设施方面对它的影响有比较高的限制。

比如当前充电桩还是说以中压的充电桩多一些，所以说从我们这边看还是750V，最起码近几年还有很大的市场。当然，未来如果说整个基础设施800V的充电桩平台上来之后，对于这种高性能的特性还是觉得800V的系统更加合适。对于800V来说，碳化硅的应用是一个必然的应用。

主持人：听了两位主机厂讲的关键词“平台化、成本”，请问一下华域汽车作为Tier1，从未来800V中高端车型成本压力大，750V的碳化硅产品比较主流的前提来看，能不能跟我们分享一下在400V的平台下面，750V的碳化硅器件的一些需求，以及相关的技术路线发展？

竺仁杰：毕竟是属于承上启下的阶段，前面王总说的痛点我们也是观察到了，并且在PPT里面提及了一部分，如果是800V，是存在整车成本上升的情况，并且前面提到验证的整个过程，会把所有的400V的产品换成800V，这个对我们零部件企业来说是很痛苦的一件事情，毕竟一个试验投入都是很大的。所以目前400V的碳化硅产品是不是有一定的机会？而且测试下来，效率上面也有很大的优势，我们会把这个优势进行一定放大，未来是计划同时开展800V和400V的产品的开发。

400V的产品，比较好的点是开发过程我们之前已经沿用过的一些产品，比如说驱动板，或者电容组件，一些热设计是类似的，所以这个应用起来会比较快，后续车型方面，作为供应商分析，车型上面可能也有一定的细分，可能有最高端的车型，就是追求800V高性能；有一些车型是比较中产阶级喜欢的，比较务实，400V高效率的东西；还有一些是追求性价比的车型，用硅也会有很大的量，所以我们觉得市场会越来越成熟。

主持人：我再问一下陈总，你们部门是新的部门，先介绍介绍一下；然后这个部门在中国碳化硅市场有什么样的需求或者是战略？

陈斐契：我们部门2021年7月份才成立，主要是为了应对汽车电气化，安波福提供的是电网端一直到电池端系统的解决方案，从充电仓到高压连接器，高压线束连接器，所以这个是打造安波福作为系统供应商当中打造的部门。

因为2021年这个时间点相对来讲，进入小家电的市场是比较晚的，所以我们当时做了战略性的决定，第一代产品是800V全碳化硅的产品，这个是为了迎接2025年、2026年在欧美市场，中国市场的一波匹配800V平台的车型，这个是我们一直以来的战略。

主持人：纳芯微作为国产功率器件领先的代表，在国产的产能或者是良率等等这方面，未来这么大的市场，你们做了哪些准备？

高金萍：对于未来的国产半导体来讲，最关键的是大家把握好这波缺货的窗口，做进去了一定把自己的产品做好。

怎么做好？比如以碳化硅来讲，大家讲的最多的是可靠性，包括可靠性的测试。从我们的角度，今天大家上午也分享了关于AECQ101的标准，其实坦率地讲，101标准对于碳化硅器件还不够，它本身是早期针对低压MOSFET做的行业标准，验证条件是80-100V；现在要做到800V、1200V的器件一定不够，所以我们在做碳化硅器件的时候要做80%的额定电压1200V，如果可以也可以往100%的额定电压1200V。某种程度上，这可以把器件前期的风险筛掉。

怎么样保证产品一直做好？这是我们一直在持续改进的，就是整个IPD、开发研发的流程，只有好的研发流程和质量体系，才能保证第一款产品号，让后面持续的产品都是可靠和信赖的。