特斯拉的 TPAK 模块可接入碳化硅 MOSFET 裸芯片与 IGBT 芯片,并预留了在车规大功率氮化镓技术成熟后装入氮化镓芯片的空间。这意味着车规大功率氮化镓尚未成熟,但功率器件的国产替代与自主可控并非只能等待单点突破:国内厂商在衬底、外延、器件设计与模块封装各环节各有进展与短板,封装与模块环节是当前较现实的切入点,碳化硅 MOS 管则是待抢占的增量市场。

从 TPAK 看模块环节的机会

特斯拉为最大化性能自研封装,取名为 TPAK(Tesla Pack),按不同功率等级选择不同数量的模块并联:双电机版本中,主电机主要用碳化硅 TPAK,副电机用 IGBT。其碳化硅合作伙伴为意法半导体(ST),而意法大部分衬底来自 Wolfspeed(Cree);模块封装设计由特斯拉完成,并已开放给其他海外大厂,形成多供局面。

这一模式说明,模块封装本身具备独立的技术价值。国内出货碳化硅模块较多的比亚迪,是采购意法或博世的晶片后自行封装,斯达同样采购 Cree 晶片再封装。封装并非低门槛环节——为发挥碳化硅性能,需要重新设计封装。对国内厂商而言,这是相对可切入、且已被验证的路径。

衬底、外延与器件设计的现状

碳化硅降本受制于晶圆尺寸:IGBT 已可做到 12 寸线,而碳化硅主流仍是 6 寸线,Cree 的 8 寸线还在扩产,需要大量时间。晶片越大,单片产出芯片越多,若 8 寸放量迟迟无法实现,碳化硅晶圆仍将面临供货不足,降本也会相对滞后。

器件设计上,行业趋势是从平面结构(Planner)走向沟槽结构(Trench),参照 IGBT 历史,沟槽型是终极目标。但沟槽型的缺点在于可靠性——会使氧化层变得脆弱,能否达到车规要求还需看工艺进步。国内企业目前重心仍在 IGBT 领域,对难度更高的碳化硅有些心有余而力不足;封装成产成品阶段,国内厂商大部分只能做二极管,对工艺要求更高的 MOS 管无能为力。二极管是红海,MOS 管是蓝海——后者原本完全由海外厂商占据,是名副其实的增量市场。

供应链安全的关键变量

特斯拉的召回事件一定程度上显示,碳化硅产品仍不够稳定,还需要更多可靠性试验。有观点认为,问题可能出在衬底一致性导致的特定参数漂移,最终造成单管一致性差异。

由此看,自主可控不只是"能不能做",更是"做得稳不稳"。衬底一致性、沟槽工艺可靠性、车厂验证进度,共同决定国产器件能否真正上车。碳化硅与 IGBT 在高功率市场并非替代关系,在当前价格区间下两者相对互补;未来电车则可能采用氮化镓+碳化硅,或氮化镓+IGBT 的方案。

常见问题

车规大功率氮化镓现在能上车了吗?

尚未成熟。特斯拉 TPAK 模块目前可接入碳化硅 MOSFET 裸芯片与 IGBT 芯片,氮化镓芯片需等车规大功率技术成熟后才可装入。在此之前,氮化镓在车规主逆变器环节仍处于等待期。

国内功率器件厂商最现实的突破口在哪?

模块封装与二极管环节已有实际出货与封装经验,是相对可切入的方向;碳化硅 MOS 管则是待抢占的增量市场,谁能率先做出,谁就能较早进入这一原本由海外厂商占据的领域。器件设计与衬底一致性仍需工艺积累。

制约国产替代的核心瓶颈是什么?

一是晶圆尺寸,碳化硅主流仍是 6 寸线,8 寸线放量需要大量时间,直接影响供货与降本;二是工艺可靠性,沟槽结构虽为趋势,但氧化层脆弱问题尚待工艺进步与车厂验证。这两点共同决定国产器件的上车节奏。