摘要：能源新聞網(wǎng)訊，12月5日-6日，由中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司共同主辦的“2023全球汽車芯片創(chuàng)新大會(huì)暨第二屆中國(guó)汽車芯片高峰論壇”在無錫舉辦。
能源新聞網(wǎng)訊，12月5日-6日，由中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司共同主辦的“2023全球汽車芯片創(chuàng)新大會(huì)暨第二屆中國(guó)汽車芯片高峰論壇”在無錫舉辦。本屆芯片大會(huì)以“共享中國(guó)機(jī)遇•共謀創(chuàng)新發(fā)展•共贏產(chǎn)業(yè)未來”為主題，設(shè)置了“1場(chǎng)高層峰會(huì)、1場(chǎng)主旨論壇、4場(chǎng)主題論壇”共6場(chǎng)會(huì)議。其中，在12月6日下午舉辦的“主題論壇二：新能源汽車‘芯’動(dòng)態(tài)”上，上汽英飛凌汽車功率半導(dǎo)體(上海)有限公司總經(jīng)理陶青發(fā)表精彩演講。 以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)錄： 各位嘉賓大家好，我來自上汽英飛凌，我們公司的主要產(chǎn)品是新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用的功率模塊，就是剛才王總說的半導(dǎo)體里面的分離器件里的功率產(chǎn)品。 由于現(xiàn)在的客戶對(duì)高續(xù)航里程和快充都有普遍的需求，所以越來越多的新能源車企把碳化硅作為新的材料應(yīng)用到電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，今天我想就碳化硅的應(yīng)用前景、英飛凌對(duì)碳化硅采取的策略、以及我們上汽英飛凌作為一家本土的企業(yè)，如何更好地滿足中國(guó)市場(chǎng)客戶需求，這三方面來進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。 首先，關(guān)于碳化硅應(yīng)用于功率器件的發(fā)展方向我們是這樣看的，不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)功率半導(dǎo)體有著不同的要求。目前市場(chǎng)上的功率半導(dǎo)體主要基于三種材料，他們分別適用于不同的開關(guān)頻率和功率需求。 硅支持較高的開關(guān)頻率和較大的功率，適用的器件范圍最廣，并且成本最低，是目前主流的技術(shù)方案。 碳化硅支持更高的開關(guān)頻率和更大的功率，但受制于成本因素，目前主要應(yīng)用于對(duì)系統(tǒng)效率有明顯提升的領(lǐng)域。 氮化鎵支持最高的開關(guān)頻率，但無法滿足大功率的需求，所以目前應(yīng)用的領(lǐng)域主要集中在小功率器件，未來如能突破功率限制，將會(huì)有更為廣泛的應(yīng)用前景。 所以綜合來看，從材料的特性出發(fā)，我們認(rèn)為基于碳化硅的功率器件將是未來幾年重要的發(fā)展方向之一。 雖然目前新能源汽車主驅(qū)系統(tǒng)的功率器件仍以IGBT為主，但我們已經(jīng)看到800V以及碳化硅的滲透率在逐步提高，我們預(yù)測(cè)在2028年采用碳化硅的純電車型數(shù)量將超過采用IGBT的純電車型的數(shù)量。預(yù)計(jì)2033年將有40%的純電車型主驅(qū)系統(tǒng)采用800V高壓平臺(tái)，而800V高壓平臺(tái)中80%將采用碳化硅器件。加上400V的碳化硅，我們預(yù)計(jì)在2033年碳化硅器件在純電車型的滲透率將達(dá)到60%以上。 在需求旺盛的同時(shí)，碳化硅器件的供應(yīng)卻相對(duì)緊張，主要原因是相對(duì)于硅，碳化硅器件的生產(chǎn)難度更高，生產(chǎn)效率更低，而生產(chǎn)成本也更高。 以晶錠為例，硅一般可以在72小時(shí)內(nèi)拉伸出2米的晶柱，而碳化硅需要168小時(shí)才能完成約40毫米的晶柱生長(zhǎng)，而且碳化硅晶柱生長(zhǎng)需要耗費(fèi)大量的電力，成本高昂，因此如何提高晶錠的利用率變得非常重要。 以晶圓為例，碳化硅材料的硬度相當(dāng)于鉆石，因而SiC晶圓加工的難度非常高，加工周期長(zhǎng)，良率低。而且單個(gè)碳化硅芯片的面積普遍只有20-30平方毫米，因此，碳化硅模塊一般都需要采取多芯片并聯(lián)的方式，對(duì)于多芯片并聯(lián)而言，芯片之間的開關(guān)特性參數(shù)，比如VTH、GOX、Rdson等指標(biāo)的一致性就非常重要。但是由于SiC晶圓加工的難度大，這些指標(biāo)很難做到高一致性，特別是對(duì)于溝槽工藝來說，難度會(huì)更大。因此如何提高芯片之間的一致性是影響碳化硅今后大規(guī)模應(yīng)用的重要課題。 綜上所述，碳化硅器件如要進(jìn)行大規(guī)模的推廣，還需要解決成本和質(zhì)量的雙重難題，以上是我們對(duì)車規(guī)碳化硅半導(dǎo)體應(yīng)用前景的判斷。 接下來我介紹一下英飛凌在碳化硅方面的策略。2022年英飛凌在全球汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)市占率排名第一，除了大家熟知的明星產(chǎn)品MCU、閃存IC之外，英飛凌在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的市場(chǎng)份額常年穩(wěn)居第一，積極助力新能源汽車的發(fā)展。 從1992年開始，英飛凌就啟動(dòng)了碳化硅器件的研發(fā)，迄今超過30年。2001年英飛凌開發(fā)出全球第一款商用碳化硅器件，2017年英飛凌第一款車規(guī)碳化硅Mosfet器件Coolsic批量投產(chǎn)，目前英飛凌還在不斷優(yōu)化車規(guī)碳化硅器件的各項(xiàng)性能指標(biāo)，以期為客戶提供更為可靠的解決方案。 為了給客戶提供更為可靠的碳化硅的車用產(chǎn)品，英飛凌從原材料、晶圓、封裝和應(yīng)用四個(gè)領(lǐng)域做了以下工作： 首先，在原材料維度，英飛凌收購了擁有冷切割專利技術(shù)的Siltectra公司，并將此技術(shù)應(yīng)用到晶錠的切割工藝中，可極大降低損耗，提高晶錠的利用率，有效增加晶圓的產(chǎn)出。這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)在八英寸的產(chǎn)品上更為明顯。同時(shí)，英飛凌采用多家供應(yīng)商的策略來確保原材料的供應(yīng)，迄今為止已經(jīng)認(rèn)證了4家碳化硅晶錠和基材供應(yīng)商，其中也包括國(guó)內(nèi)的供應(yīng)商，還有更多的供應(yīng)商正在評(píng)估過程中。 其次，從晶圓維度，英飛凌聚焦溝槽工藝，溝槽工藝的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，但是芯片的性能潛力大，從IGBT的發(fā)展路徑看，溝槽工藝非常適合功率器件的設(shè)計(jì)。目前業(yè)內(nèi)大部分友商采用的是平面工藝，但從市場(chǎng)信息看，幾乎所有的友商都在推出基于溝槽工藝的下一代產(chǎn)品。而英飛凌早在七年前就已開始車規(guī)級(jí)溝槽工藝的規(guī)?；瘧?yīng)用，通過每年持續(xù)的大規(guī)模的研發(fā)投入和成熟的工藝控制，已經(jīng)積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，在芯片性能和一致性方面有較好的表現(xiàn)。 再次，從封裝維度，英飛凌研發(fā)了一系列領(lǐng)先的封裝方案，其中二代HPD封裝可以更好地發(fā)揮碳化硅的性能優(yōu)勢(shì)，還有獨(dú)特的.XT技術(shù)可進(jìn)一步提高器件的功率密度。 最后，從應(yīng)用維度，英飛凌擁有最為全面的車規(guī)器件品類，并且在功率器件上積累了數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)，因此基于這兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，英飛凌可為客戶提供更具性價(jià)比的系統(tǒng)解決方案。 截止目前，英飛凌的一代車規(guī)碳化硅模塊已實(shí)現(xiàn)近百萬臺(tái)的出貨，以穩(wěn)定可靠的質(zhì)量表現(xiàn)幫助多家客戶實(shí)現(xiàn)了高壓平臺(tái)的建設(shè)，獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可。為了最大程度地滿足客戶的需求，英飛凌即將推出二代車規(guī)碳化硅產(chǎn)品，以更優(yōu)的性能，更為豐富的封裝形式，給客戶提供更多更好的選擇。 HPD封裝作為目前IGBT模塊市場(chǎng)上最主流的封裝形式具有極高的可替代性以及低成本的優(yōu)勢(shì)，因此，英飛凌二代碳化硅產(chǎn)品中的框架式全橋模塊采用了新一代的HPD封裝，與原有IGBT的HPD模塊的形成同封裝設(shè)計(jì)，可幫助客戶實(shí)現(xiàn)硅與碳化硅之間的無縫切換。同時(shí)，新一代HPD封裝在繼承原有HPD封裝優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，采用新材料和新的應(yīng)用技術(shù)，可以支持更大的電流輸出能力，以更好地發(fā)揮碳化硅的優(yōu)勢(shì)。目前二代碳化硅的主要產(chǎn)品已在2023年的4季度相繼量產(chǎn)，并已在先導(dǎo)客戶處實(shí)現(xiàn)批量供貨。 新能源汽車市場(chǎng)對(duì)于電驅(qū)系統(tǒng)的續(xù)航里程和系統(tǒng)成本都提出了更高的要求，第三代半導(dǎo)體中的碳化硅可以支持更高的續(xù)航里程，但如何發(fā)揮碳化硅器件的最優(yōu)性能目前尚處于研究階段，比如碳化硅在大電流的情況下?lián)p耗仍然偏高是限制SiC器件優(yōu)勢(shì)的一個(gè)因素。為此，已有車廠提出將碳化硅和IGBT聯(lián)合使用的混合型方案，以實(shí)現(xiàn)性能與成本的平衡。英飛凌正在積極致力于這方面的研究，希望能和客戶合作，創(chuàng)造性價(jià)比更優(yōu)的系統(tǒng)解決方案。 剛剛介紹的是英飛凌關(guān)于碳化硅產(chǎn)品方面的策略，接下來我介紹一下上汽英飛凌如何積極滿足中國(guó)市場(chǎng)客戶的需求。隨著中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)的飛速發(fā)展，越來越多的客戶對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其零部件提出了個(gè)性化需求，剛才兩位主機(jī)廠的領(lǐng)導(dǎo)都提到有定制化的要求，因此上汽英飛凌在引進(jìn)英飛凌模塊產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，除了為客戶提供本地化的工程服務(wù)外，也可以針對(duì)客戶的特殊需求開發(fā)定制化產(chǎn)品。公司具有完備的模塊開發(fā)能力，目前我們已經(jīng)和部分新能源車企開展了定制化的項(xiàng)目。 同時(shí)，為了滿足本土客戶對(duì)供應(yīng)鏈安全和及時(shí)響應(yīng)的要求，我們?cè)跓o錫建有大規(guī)模的封裝產(chǎn)線。公司引進(jìn)了英飛凌先進(jìn)的生產(chǎn)工藝、設(shè)備以及質(zhì)量體系，采用英飛凌的晶圓進(jìn)行本土化的封裝測(cè)試，做到在確保產(chǎn)品高品質(zhì)的同時(shí)，也讓產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力，更符合中國(guó)市場(chǎng)對(duì)成本的需求。 公司成立五年以來，銷量年復(fù)合增長(zhǎng)率30%，取得如此的成績(jī)得益于中國(guó)新能源市場(chǎng)的高速發(fā)展以及客戶的認(rèn)可與支持。我們將繼續(xù)努力為客戶創(chuàng)造更大的價(jià)值，用高可靠的功率模塊助力中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展。謝謝大家。 (注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱)
