2023汽車半導(dǎo)體生態(tài)峰會 || 芯聚能張芝貴：碳化硅器件及模塊的汽車類應(yīng)用場景

以“鏈啟芯程·智造未來”為主題的“2023汽車半導(dǎo)體生態(tài)峰會暨全球汽車電子博覽會”，由廣東省工業(yè)和信息化廳、深圳市工業(yè)和信息化局、中國能源汽車傳播集團(tuán)指導(dǎo)，《中國汽車報》社、中國半導(dǎo)體投資聯(lián)盟主辦，愛集微承辦，于2023年9月26日至27日在深圳福田會議中心隆重召開。

本屆峰會堅持行業(yè)領(lǐng)袖峰會的高端定位，全面助力產(chǎn)業(yè)間深度融合與創(chuàng)新，推動上下游產(chǎn)業(yè)鏈伙伴攜手合作，共同構(gòu)建具有全球競爭力的汽車科技創(chuàng)新新生態(tài)。

峰會現(xiàn)場，多領(lǐng)域、多視角開展的20場特色活動，囊括主峰會、技術(shù)研討、項(xiàng)目路演、專業(yè)展覽、交流盛宴等，匯聚政、產(chǎn)、學(xué)、研、用、投等多個產(chǎn)業(yè)圈層，圍繞全球及中國汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)展開交流，峰會重點(diǎn)聚焦新技術(shù)、新趨勢，深入剖析汽車半導(dǎo)體各細(xì)分領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，近百個精彩紛呈的演講，共同呈現(xiàn)出一幅專業(yè)而全面的思維圖景。

其中，在9月26日舉辦的“汽車電子部件及車規(guī)級芯片專場”，廣州芯聚能有限公司市場銷售部總監(jiān)張芝貴做了題為《碳化硅器件及模塊的汽車類應(yīng)用場景》的精彩演講。以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實(shí)錄：

張芝貴：我們做的碳化硅器件是偏動力系統(tǒng)的，就是底盤，出力氣的。

廣州芯聚能有限公司市場銷售部總監(jiān) 張芝貴

碳化硅的歷史節(jié)點(diǎn)是馬斯克比較厲害選擇在2016年的時候就用碳化硅上汽車主驅(qū)。我們公司目前是全球碳化硅應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)最豐富的，因?yàn)樘厮估璵odel3里面的Tpak封裝的工藝、前期的設(shè)備拉通都和這個團(tuán)隊(duì)有很大的關(guān)系?，F(xiàn)在我們公司的辦公地點(diǎn)離這里也不遠(yuǎn)，在廣州南沙區(qū)，是廣州最接近深圳的地方，在深圳寶安機(jī)場的正對面，深中通道通了之后，20分鐘的車程，一個在珠江西岸，一個在珠江東岸。

廣東芯聚能半導(dǎo)體是2018年11月份成立的，是一家非常新的公司，芯聚能負(fù)責(zé)產(chǎn)品的設(shè)計封裝和芯片的設(shè)計。我們芯聚能現(xiàn)在的總投資是20億元，60畝地，建完了第一期。

我們公司一直說我們要做和全球一流的碳化硅功率器件公司，而不是和國內(nèi)其他半導(dǎo)體公司競爭的公司。我們做功率半導(dǎo)體，和國產(chǎn)大量的公司選擇的路徑不太一樣。我們正向面對很多生產(chǎn)制造和設(shè)計上的難點(diǎn)，從成立第一天開始，都是實(shí)實(shí)在在搬磚型的公司。

我們在廣州南沙建了一個工業(yè)園，中間的部分就是現(xiàn)在的芯聚能。

這是我們公司做的第一代汽車模塊，這個模塊拿到手里，大概會有1公斤左右的重量，但是這樣的模塊所承擔(dān)的東西，是被合資車和燃油車一直用動力系統(tǒng)定位車價，1.5T、2.0T加上幾檔變速箱，劃分15萬元的車、20萬元的車、30萬元的車還是50萬元的車。現(xiàn)在電機(jī)加電驅(qū)再加一檔變速器的方案，可以在電動車上實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)和變速箱的完全替代，現(xiàn)在國內(nèi)走的這個路線也是國產(chǎn)汽車崛起的一條路徑。

我們在2018年底成立，在2021年底獲得16949的認(rèn)證，在2022年初大規(guī)模給吉利出汽車碳化硅的第一代模塊，我們的第一代模塊從2021年到今年6月，一共給吉利出超過7萬片碳化硅模塊，到今年年底，目標(biāo)是13到15萬片的汽車模塊。同時，在今年第四季度量產(chǎn)第二代碳化硅模塊。

目前，除了吉利的浩瀚平臺面臨的接近10幾款車的量產(chǎn)的情況，我們還和四到五家國內(nèi)核心主機(jī)廠，還有很多零部件企業(yè)合作，從tier1到整機(jī)級別的都有合作。目前，無論在國內(nèi)還是全球，汽車碳化硅的模塊的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們是跑得比較靠前的。

為什么第三代半導(dǎo)體會吸引這么多人去投入？2016年，特斯拉大規(guī)模把碳化硅應(yīng)用到汽車主驅(qū)之后，我們經(jīng)常說一句話，舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家。在傳統(tǒng)的IGBT巨頭的規(guī)劃里，碳化硅是用來做3300V以上器件在高壓直流輸電和動車地鐵的，和民用的距離非常遠(yuǎn)。在2016年的時候，無論是ST還是特斯拉、CREE，在把碳化硅往電動車主驅(qū)市場應(yīng)用量產(chǎn)，這個方向上是領(lǐng)先這個行業(yè)5-10年的。目前看，獲得的效果也非常好，直接帶動了一個新產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

目前全球碳化硅的競爭格局群雄逐鹿。站在2023年9月底看這個市場，可能有幾點(diǎn)：第一點(diǎn)就是去年的8英寸襯底量產(chǎn)推遲的，這個事情影響到8英寸碳化硅大規(guī)模的生產(chǎn)。第二點(diǎn)就是2024年的下半年，大概率國產(chǎn)的6英寸碳化硅襯底會大規(guī)模上市，會造成全球的6英寸碳化硅襯底供大于求，也就是說，中國品牌真正的機(jī)會在2024年。第三點(diǎn)，一旦襯底供應(yīng)卡脖子的問題被解決，原來大量的積累溝槽工藝的碳化硅公司會在2024年之后有非常強(qiáng)大的爆發(fā)力，而現(xiàn)在我們看到的大量的國際和國內(nèi)的公司是以平面型的技術(shù)在打這個市場的。

新能源汽車和碳化硅是非常貼合的，碳化硅的崛起撞上了一個非常好的運(yùn)氣，撞上了電動車市場的快速爆發(fā)。一代技術(shù)的進(jìn)步和迭代正好遇上它的核心應(yīng)用市場的快速爆發(fā)，遇到非常難得的雙增長曲線的共振，爆發(fā)出來的市場爆發(fā)力是非常大的，這也是為什么這么多人投碳化硅?？梢赃@么說，在電動汽車沒有大規(guī)模推廣開始之前，整個功率器件只占電子元器件2%左右的市場，是小眾玩家，變頻空調(diào)這個級別的功率器件市場爆發(fā)，也可以把功率器件搞缺貨。而我們看到的電動汽車是類似于變頻空調(diào)的數(shù)量，但是它一輛電動汽車上的功率器件的使用金額是變頻空調(diào)的幾百倍，所以它會帶來功率半導(dǎo)體市場的快速擴(kuò)張。2022年，國內(nèi)的IGBT的市場需求大概在350億元左右，2025年這個數(shù)據(jù)就會超過500億元，而這里面大量的IGBT在汽車上的生意會被碳化硅取代掉。

之前國內(nèi)的碳化硅在汽車非常成功的市場，就是車載充電機(jī)市場，OBC這個市場目前來看完全可以利用碳化硅的高效和高頻的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計出的OBC的系統(tǒng)成本，能夠?qū)崿F(xiàn)和硅產(chǎn)品的系統(tǒng)成本拉平甚至更低。目前，市場需要能量雙向流動，可充可放的OBC場合，基本上都是碳化硅的方案。

對這個市場的認(rèn)知，真正意義上用碳化硅，要把電池的電壓升到800V之后，優(yōu)勢才會明顯，但從這兩三年市場實(shí)踐的情況來看，除了800V的市場，還有400V的市場，現(xiàn)在也成了核心的追逐碳化硅的點(diǎn)。400V系統(tǒng)國內(nèi)客戶測下來續(xù)航的提升能力，電池容量不變的情況下，只換碳化硅，續(xù)航能帶來4.6%的提升，在800V的情況下大概能帶來7%到10%的續(xù)航的提升，就是電池不變，續(xù)航可以增加。這樣，如果續(xù)航不變，就可以少裝電池，這就是碳化硅上車的邏輯。這是在把碳化硅當(dāng)成IGBT用，沒有專門為碳化硅設(shè)計電機(jī)和減速器的情況下，如果專門設(shè)計了，把電機(jī)轉(zhuǎn)速拉高，拉到2萬轉(zhuǎn)甚至2萬5千轉(zhuǎn)以上，減速器減速比繼續(xù)拉大，比如10、11拉到15，這個碳化硅的極限能夠提升的續(xù)航，很多數(shù)據(jù)說是提高15%-20%。

2020年到2021年，國內(nèi)大量談的項(xiàng)目是800V電池電壓的碳化硅應(yīng)用，但從2022年到現(xiàn)在，這個市場大規(guī)模在談的是400V的平臺，怎么把碳化硅用好？國內(nèi)大量電動車是對標(biāo)特斯拉的，特斯拉目前的電池電壓是400V，這就是一個很明顯的賣點(diǎn)，證明碳化硅價值的地方，碳化硅的低損耗在800V的情況下，碳化硅實(shí)際上還有一個非常大的優(yōu)點(diǎn)，它的芯片面積只有硅同類型的IGBT芯片類型的1/5，所以在非常追求小體積和高效率的車?yán)锩娑挤浅Ｓ袃?yōu)勢。還有很多需求比如輪邊電機(jī)方案，就是電機(jī)放到輪子旁邊，包括輪轂電機(jī)，這種方案首先需要器件體積夠小耐高溫，輸出能力夠強(qiáng)。其次，這個地方的工作環(huán)境是惡劣的，車上有一個簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量，如果放在簧下，工作環(huán)境是很惡劣的。所以某種意義上來看，往后續(xù)走，在汽車上很多的這種動力源頭越來越接近輪子端的應(yīng)用里面，碳化硅的應(yīng)用也是非常有優(yōu)勢的。

這是目前全球在做的一些碳化硅的控制器方案，最有核心代表的就是特斯拉model3的方案，這個方案回過頭來看，2016年做這個方案選擇大量的技術(shù)，無論是銅CLIP、還是銀燒結(jié)都變成這個市場上要做碳化硅模塊，要往碳化硅封裝這個方向走的標(biāo)配。

實(shí)際上大量的功率模塊是走綁定線，但碳化硅封裝銅排的方案可能更好，因?yàn)樘蓟柚挥袀鹘y(tǒng)芯片的1/5的面積，甚至你都不能在它的芯片上有足夠的面積打綁定線，所以只能想辦法用其他方式增加和它接觸的端電流輸出能力。

還有是一個比較大的高溫優(yōu)勢，碳化硅封裝在硅的基礎(chǔ)上發(fā)展?，F(xiàn)在硅標(biāo)到了最高175度的工作結(jié)溫，碳化硅目前在它獨(dú)立的封裝里面標(biāo)到了200度的工作溫度，實(shí)際上它的最高工作溫度可以到更高，現(xiàn)在各種材料阻礙了它性能的發(fā)揮，所以這個方向還是有比較大的前景。

當(dāng)然，碳化硅產(chǎn)品和每一個產(chǎn)品都一樣，并不是單純的追求某一方面的性能提升，最終還是一個性價比的平衡。這是普通的鉛焊料，和使用銀燒結(jié)的對比，這實(shí)際上是目前做碳化硅模塊最大的區(qū)別，就是能不能搞定大規(guī)模高質(zhì)量的銀燒結(jié)，因?yàn)殂y的熔點(diǎn)是600多度，而鉛的熔點(diǎn)是260度，要往更高的溫度走必須用銀，相當(dāng)于把芯片和底板鑄造在一起。這是我們的第二代模塊，在我們第一代模塊大規(guī)模上車的過程中，第一代模塊因?yàn)橐s2021年底測試完SOP上車的流程節(jié)點(diǎn)，有大量的技術(shù)沒有在第一代的模塊落地，所以在第一代模塊的基礎(chǔ)上我們研發(fā)了第二代的模塊。這一代的模塊，在芯片和芯片數(shù)量沒有變化的情況下，可以把電流提升15%到20%。這個市場上現(xiàn)在很主流的汽車碳化硅芯片是1200V16毫歐的，8個芯片并聯(lián)是2毫歐，6個芯片并聯(lián)大概是3毫歐，在8個芯片并聯(lián)的情況下，我們跑到了845V、575A峰值有效值，這個數(shù)字目前是同封裝里面最高的；6個芯片并聯(lián)，跑到了845V、460A峰值有效值。8并聯(lián)在有的商用車客戶應(yīng)用場景里面，800V母線電壓電流跑到了650A。

總結(jié)一下，芯聚能公司瞄準(zhǔn)碳化硅的最大應(yīng)用場景汽車主驅(qū)市場，布局和開發(fā)自己的產(chǎn)品。2022年，碳化硅的模塊出貨量在國內(nèi)排名第二；2023年的1到6月份的出貨數(shù)據(jù)，我們碳化硅模塊的出貨數(shù)據(jù)國內(nèi)排名第一。我們的碳化硅汽車模塊已經(jīng)不是一個還在等待驗(yàn)證的狀態(tài)，是已經(jīng)大規(guī)模上車，而且已經(jīng)獲得了比較好的市場效果。最早上車的模塊已經(jīng)超過2年多的時間，因?yàn)槲覀冎酪粋€產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室場景變成大規(guī)模的商品化的過程是不容易的，我們走完了這個過程。

碳化硅上車的過程中會面臨大量的一代電力電子器件決定一代電力電子設(shè)備的過程，不能把它當(dāng)做原來的IGBT的平替，應(yīng)該根據(jù)它的優(yōu)點(diǎn)去設(shè)計系統(tǒng)。在這個過程中，我們公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)從最早的和特斯拉接觸到現(xiàn)在的積累，問心無愧的說我們公司的技術(shù)團(tuán)隊(duì)是最有經(jīng)驗(yàn)完成這個技術(shù)落地的。

謝謝。