7家车厂携手供应商布局 车规级功率模块发展的三大趋势

6月20日，嘉兴斯达半导体股份有限公司在其官方微信公众号上发布消息，公司近日与深蓝汽车科技有限公司组建了一家全新合资公司名为“重庆安达半导体有限公司”，注册地址位于重庆市。

双方将围绕车规级功率半导体模块开展合作，共同推进下一代功率半导体在新能源汽车领域的商业化应用，助力中国新能源汽车产业高质量发展。

根据InSemi梳理的当前车企对于功率半导体的产业链布局情况，整车厂与半导体供应商合资共同研发已经是主流趋势。如下表所示，吉利汽车、理想汽车、东风汽车、广汽集团、一汽集团、上汽集团等老牌车企、新势力车企都选择了这种方式。

表12家整车厂布局半导体功率模块的部分情况 

来源：InSemi

那么，整车厂们携手半导体供应商布局的重点及方向是什么呢？

6月16日，2023碳化硅功率器件应用及测试技术大会落幕。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。

当日，无锡芯动半导体科技有限公司产品市场总监邓海明作了主题为《车规级功率模块产品发展趋势》的演讲。他提出了三大趋势：

▲无锡芯动半导体科技有限公司产品市场总监邓海明

趋势一：从标准灌封到定制化塑封

塑封模块的优势有4个方面：

1、功率密度提高。通过塑封的形式可以在给定的功率范围内进一步压缩模块的封装体积，提高功率密度。

2、塑封模块杂感降低。可以在给定电压应力的边界条件下提高器件的开关速度，降低开关损耗，这个对碳化硅的器件上来说尤其明显。

3、单位功率成本的降低。这主要体现在两个方面，一是塑封材料可以支持更高的工作结温，有材料厂商介绍，目前可以支撑到200度，甚至到220度，甚至更高。二是塑封的封装形式为双面散热提供了可能，双面散热可以进一步提高单位芯片的能力，这也是成本降低的有效手段。

4、塑封模块可以灵活设计成单管、半桥、系统及全桥集成方案，根据用户的需求灵活搭配，充分满足客户的需求。

趋势二：从硅到碳化硅的转型

1、高耐压、高耐温、低损耗、高成本。我们也看到它的未来，成本的问题可以解决，芯动半导体是长城汽车在新能源产业布局里面的一环，得益于我们在从器件到系统到整车的优势，我们在不同的电压平台上面把硅跟碳化硅的效率做了对比。

碳化硅在整车应用端到底具备什么样的优势？在400V的电桥方面，用碳化硅在低速可以降低3%，中高速下降1%，平均提升2%，在800V的系统低速损耗可以下降8%，中高速下降1%，中低负荷工况系数效率平均提升4.5%，这个是整车应用系统上高效率的优势。

2、高频率。器件的开关频率由10k提升30k，噪音明显下降，具体的体现就是电流谐波的抑制非常明显。高频以后，电流是非常平滑的。其实对碳化硅来说，还有一个优势就是高频率以后增加的损耗是有限的，而硅IGBT如果使用高频以后，损耗会有接近3倍的增长，这个是对效率的最大损失，所以限制了硅器件的效率提升。

3、小体积。我们可以从几个维度讲，一是芯片面积。以200千瓦的控制器为例，IGBT芯片面积接近450平方毫米，碳化硅的面积可以降到150平方毫米，封装体积上面至少可以降低30%。但是目前来讲，真正批量用的碳化硅模块仍然延用了HPD的封装，这限制了体积的下降，下一代典型的封装我们判断是定制化的塑封碳化硅。当然这个器件的变化在控制器端带来的优势是体积的降低，目前硅器件的控制器体积6升做到150千瓦，3升的体积做到230千瓦，功率密度也做了对应提升。

刚刚讲到碳化硅的痛点就是高成本，我们也在400V平台和800V平台做了器件成本的对比，400V、150千瓦的电桥，从行业数据分析，400V平台碳化硅的器件成本在2025年会达到硅器件的2.5-3倍，在2027年会做到硅器件的2倍，800V平台这个比例比400V平台更低，价格的倍数应该是会进一步缩小的。

我们也从整车的角度做了碳化硅应用的系统收益的测算。在400V平台，以某一款车型为例做了续航里程提升的测算，碳化硅在CRT工况提升4.2%，等速120提升2.1%效率，如果2025年电池的价格降到7毛一度电，550公里续航的车型400V平台使用碳化硅整车的收益是正的。

来到800V平台我们做了测算，使用碳化硅在CLTC工况续航提升可以达到7.9%，等速120工况可以提升4.3%，以电池0.7元每瓦测算500公里续航乘车收益是明显提升的。

趋势三：从单一器件到混合器件

特斯拉提出降低75%的器件，器件类型有硅和碳化硅，但是下一步很可能是硅和碳化硅的混合器件，优势是实现了“既要还要”，既要成本低又要效率高，这个是充分满足客户的需求，长续航，低成本。

具体的混合器件怎么使用？就是在低端的经济型车型用强IGBT实现成本优势；高性价比车型可以搭配IGBT和碳化硅的混合器件，实现既高效又低成本的要求；高端车型还是使用碳化硅追求极致的性能，混合器件的方案还可以兼容400V、800V平台进行灵活的配置。

总结来说，主要提出以下几点：

1、灌封和塑封相辅相成。灌封产品目前在市场上应用广泛，虽然在封装方面性能优化是有限的，但是芯片的技术迭代拓宽是灌封产品在车规方面的应用，延长生命力，未来5年灌封产品还是很盛行，灌封和塑封有相辅相成的状态。

2、IGBT与碳化硅的长期共存。可能有人认为碳化硅会完全取代硅基产品，基于需求端不同车型的应用，IGBT仍然有使用价值，即便是碳化硅成本得到优化，IGBT将与碳化硅长期共存。

3、成本是永恒的话题。今年整车价格战打的非常厉害，它会传递到产业链的上游，传递到电驱，传递到功率模块，传递到功率模块上游原材料所有的供应商。

无论是IGBT还是碳化硅，无论是何种封装形式，我们要把先进的产品从实验室搬到生产线的前提都是技术方案可行，同时商业价值是可实现的，成本是在满足需求的前提下最核心的目标，这也是我们所有技术迭代的方向。