電子發(fā)燒友原創(chuàng) 章鷹

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

豪華汽車品牌保時捷推出首款純電動車型保時捷Taycan，這款車采用了保時捷800V電氣架構(gòu)，這是第一款系統(tǒng)電壓達到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270kW，僅需5分多鐘便可滿足100 km續(xù)航里程所需電量(WLTP標準下)。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，一直是消費者購買的痛點之一，800V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)體大會上，三安集團北京公司副總經(jīng)理陳東坡帶來了最近解讀和市場趨勢分析。

新能源汽車800V時代的超強風(fēng)口到來 碳化硅器件市場需求上量

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

當(dāng)下800V高壓平臺成為主要整車廠重點布局方向，國內(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，有望在新能源汽車、光伏、工控、軌道交通等高壓應(yīng)用場景中加速對Si基功率器件的替代。

相比于在400V平臺中用到的硅基IGBT，在800V平臺中普遍應(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，僅次于世界上最硬的金剛石（10級），具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，而且它還有一個重要的優(yōu)勢，那就是非常適合在高壓環(huán)境下進行應(yīng)用。

三安集團北京公司副總經(jīng)理陳東坡分析說：“據(jù)國際調(diào)研機構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，2025年全球新能源汽車銷量預(yù)計達到2240萬輛，假設(shè)B級以上車型會優(yōu)先采用高壓平臺和碳化硅器件，高壓平臺車型會達到437萬輛，每輛車碳化硅器件使用量為150顆（電驅(qū)動、OBC、DC-DC等），那么6寸碳化硅晶圓就會達到219萬片。如果樂觀估計，874萬輛車采用高壓平臺，6寸碳化硅晶圓就會達到437萬片。”

陳東坡認為，碳化硅的性能非常優(yōu)越，前景明朗。但是目前在整個功率器件里面占比很小，在新能源汽車里面導(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，在切膜的時候成品率會比較低，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、美國和日本，均采用IDM模式。車規(guī)級功率半導(dǎo)體企業(yè)采用IDM模式，能夠?qū)⒃O(shè)計與制造工藝、封裝工藝與系統(tǒng)級應(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、儲能、電源、軌道交通等等，新能源汽車對碳化硅的消耗和拉動作用會強，大約60%的比重。2025年全球碳化硅襯底總共是282萬片，中國是89萬片，中國以外的地區(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)在國內(nèi)還不具備。而且模塊這方面因為有苛刻的使用環(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。碳化硅MOSFET器件還需要接受更多時間和實踐的檢驗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？有哪些核心競爭力？

首先，三安碳化硅業(yè)務(wù)是放在湖南三安半導(dǎo)體這個主體來完成，湖南三安半導(dǎo)體坐落于長沙高新區(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，這家公司具備四點核心競爭力：一，專業(yè)平臺。長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)。