電子發(fā)燒友原創(chuàng) 章鷹

今年，標(biāo)配800V高壓充電的新能源汽車成為市場(chǎng)主流，小鵬G9配備了800V超充，充電5分鐘就可以跑200KM，技術(shù)上又進(jìn)步了，極大提高應(yīng)急能力。極狐阿爾法S全新HI版擁有國(guó)內(nèi)首個(gè)800V高壓量產(chǎn)車平臺(tái)，充電功率最高187kW，10分鐘即可補(bǔ)充近200km的續(xù)航里程，電量從30%充到80%僅需15分鐘。

豪華汽車品牌保時(shí)捷推出首款純電動(dòng)車型保時(shí)捷Taycan，這款車采用了保時(shí)捷800V電氣架構(gòu)，這是第一款系統(tǒng)電壓達(dá)到800V的量產(chǎn)車型，Taycan能夠使用更高功率的直流充電，充電功率高達(dá)270kW，僅需5分多鐘便可滿足100 km續(xù)航里程所需電量(WLTP標(biāo)準(zhǔn)下)。在理想充電條件下，Taycan從電量5%充至80%僅需22.5分鐘。新能源汽車的里程焦慮，一直是消費(fèi)者購買的痛點(diǎn)之一，800V高壓充電到底為何火了？其上游的碳化硅器件如何助力新能源汽車800V快速發(fā)展。近日，在南京半導(dǎo)體大會(huì)上，三安集團(tuán)北京公司副總經(jīng)理陳東坡帶來了最近解讀和市場(chǎng)趨勢(shì)分析。

新能源汽車800V時(shí)代的超強(qiáng)風(fēng)口到來 碳化硅器件市場(chǎng)需求上量

“雙碳”成為各個(gè)國(guó)家的主要發(fā)展戰(zhàn)略，新能源汽車的節(jié)能減排成為落實(shí)“雙碳”的主要抓手之一，因此，“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施有力推進(jìn)新能源汽車的加速發(fā)展。根據(jù)公開數(shù)據(jù)報(bào)道，2021年全球新能源汽車市場(chǎng)是670萬輛，同比增長(zhǎng)102%。據(jù)中國(guó)乘用車協(xié)會(huì)（CPCA）統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)新能源汽車銷量330萬輛，同比增長(zhǎng)1.6倍，中國(guó)連續(xù)7年位居第一。

當(dāng)下800V高壓平臺(tái)成為主要整車廠重點(diǎn)布局方向，國(guó)內(nèi)新能源汽車廠商比亞迪在這方面非常積極，把漢EV平臺(tái)下的各種車型電壓都提升到600V以上，而且還用了碳化硅的模塊。功率半導(dǎo)體是電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，基于功率半導(dǎo)體的諸多電氣技術(shù)將在雙碳進(jìn)程中起著不可替代的關(guān)鍵作用。SiC憑借耐高壓、耐高溫、更高頻率的優(yōu)勢(shì)，有望在新能源汽車、光伏、工控、軌道交通等高壓應(yīng)用場(chǎng)景中加速對(duì)Si基功率器件的替代。

相比于在400V平臺(tái)中用到的硅基IGBT，在800V平臺(tái)中普遍應(yīng)用的碳化硅基 MOSFET，可以使整體系統(tǒng)效率提高8%，而且尺寸和重量也大幅縮小，相同規(guī)格的后者尺寸僅為前者的1/10。此外，碳化硅的硬度很大，莫氏硬度9.5級(jí)，僅次于世界上最硬的金剛石（10級(jí)），具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，而且它還有一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)，那就是非常適合在高壓環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)用。

三安集團(tuán)北京公司副總經(jīng)理陳東坡分析說：“據(jù)國(guó)際調(diào)研機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，2025年全球新能源汽車銷量預(yù)計(jì)達(dá)到2240萬輛，假設(shè)B級(jí)以上車型會(huì)優(yōu)先采用高壓平臺(tái)和碳化硅器件，高壓平臺(tái)車型會(huì)達(dá)到437萬輛，每輛車碳化硅器件使用量為150顆（電驅(qū)動(dòng)、OBC、DC-DC等），那么6寸碳化硅晶圓就會(huì)達(dá)到219萬片。如果樂觀估計(jì)，874萬輛車采用高壓平臺(tái)，6寸碳化硅晶圓就會(huì)達(dá)到437萬片?！?br />
陳東坡認(rèn)為，碳化硅的性能非常優(yōu)越，前景明朗。但是目前在整個(gè)功率器件里面占比很小，在新能源汽車?yán)锩鎸?dǎo)入也是剛剛開始。目前碳化硅主要有三方面的瓶頸：一是襯底的產(chǎn)能，二是成本高，還有可靠性的問題，三、碳化硅MOSFET產(chǎn)品批量供應(yīng)能力還有一些問題。具體來看，碳化硅材料的硬度高，在切膜的時(shí)候成品率會(huì)比較低，表面處理難度也比較大，導(dǎo)致碳化硅襯底材料成本高，產(chǎn)能有限。

當(dāng)前，新能源汽車行業(yè)方興未艾，推動(dòng)了SiC產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要由海外廠商主導(dǎo)，全球前五大SiC廠商分布在歐洲、美國(guó)和日本，均采用IDM模式。車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體企業(yè)采用IDM模式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)與制造工藝、封裝工藝與系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用更緊密的結(jié)合，形成技術(shù)閉環(huán)，提升產(chǎn)品性能及可靠性。而且碳化硅的應(yīng)用不僅局限在新能源汽車領(lǐng)域，還包括光伏、儲(chǔ)能、電源、軌道交通等等，新能源汽車對(duì)碳化硅的消耗和拉動(dòng)作用會(huì)強(qiáng)，大約60%的比重。2025年全球碳化硅襯底總共是282萬片，中國(guó)是89萬片，中國(guó)以外的地區(qū)是193萬片。隨著應(yīng)用增加，未來三年碳化硅處于供不應(yīng)求狀態(tài)。

國(guó)際的SiC龍頭大廠都采用這種全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合的模式，而下面的一些廠商雖然沒有布局全產(chǎn)業(yè)鏈垂直一體化的模式，但是它紛紛和上游的材料企業(yè)簽署長(zhǎng)期供貨協(xié)議或者是聯(lián)合聲明鎖定上游的產(chǎn)能，構(gòu)建虛擬的IDM模式。原因之一，IDM模式更適合新能源汽車的一些需求，三安也是遵循這一行業(yè)特征，一開始就圍繞全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行布局。

三安光電碳化硅產(chǎn)線布局

具體到器件層面，SiC成熟度比較低，而且要做到高質(zhì)量低缺陷的調(diào)控技術(shù)還需要繼續(xù)提升，最主要的是MOSFET批量制造能力現(xiàn)在國(guó)內(nèi)還不具備。而且模塊這方面因?yàn)橛锌量痰氖褂铆h(huán)境，還有碳化硅本身的特性，也需要新的封裝材料和新的設(shè)計(jì)。碳化硅MOSFET器件還需要接受更多時(shí)間和實(shí)踐的檢驗(yàn)才能更好地滿足新能源汽車的發(fā)展需求。

圍繞著這些問題，三安是如何布局？有哪些核心競(jìng)爭(zhēng)力？

首先，三安碳化硅業(yè)務(wù)是放在湖南三安半導(dǎo)體這個(gè)主體來完成，湖南三安半導(dǎo)體坐落于長(zhǎng)沙高新區(qū)，總投資160億，占地1000畝。2021年6月份一期已經(jīng)建設(shè)完成，6寸晶圓量產(chǎn)，二期預(yù)計(jì)在2024年完成。主要產(chǎn)品涉及N型功率碳化硅襯底、碳化硅功率外延、碳化硅肖特基二極管/MOSFET芯片、硅基氮化鎵外延片、芯片和器件封裝。

陳東坡強(qiáng)調(diào)，三安具備全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合能力，公司在襯底領(lǐng)域布局生產(chǎn)6寸的導(dǎo)電襯底和4寸半絕緣襯底。在外延芯片制造環(huán)節(jié)，有碳化硅的MOS和碳化硅的SBD。


作為碳化硅產(chǎn)線主體湖南三安，這家公司具備四點(diǎn)核心競(jìng)爭(zhēng)力：一，專業(yè)平臺(tái)。長(zhǎng)沙工廠只專注于碳化硅、氮化鎵電力電子產(chǎn)品的研發(fā)與大規(guī)模制造。二，垂直整合。完成了從材料制備、加工、外延、封裝等等，真正做到一站式服務(wù)。三，規(guī)模制造。每個(gè)環(huán)節(jié)規(guī)劃的產(chǎn)能都很大，我們是希望通過規(guī)模制造來降低各個(gè)環(huán)節(jié)的成本，從而加速碳化硅和氮化鎵功率器件的產(chǎn)業(yè)化落地。四、靈活合作。湖南三安目前在碳化硅領(lǐng)域的客戶超過200家，既可以做IDM，也可以提供代工，為客戶提供多元化的定制化服務(wù)。