在功率器件领域,碳化硅模块“外采晶片+自行封装”的分工格局,是上游晶片供给集中于海外厂商、中游封装环节国内厂商能力分层共同作用的结果。碳化硅模块出货较多的比亚迪,实际是采购意法半导体(ST)或博世(Bosch)的晶片后自行封装;斯达同样采购克里(Cree)的晶片再封装。与此同时,国内封装环节大部分只能做成二极管,对工艺要求更高的 MOS 管则难以覆盖,上下游分工由此趋于固化。

分工格局是如何形成的

上游晶片环节高度集中于海外。 从供应链看,特斯拉官宣的碳化硅合作伙伴是意法半导体(ST),而意法的大部分衬底来自 Wolfspeed(Cree)。国内厂商要做出碳化硅模块,晶片这一环目前主要依赖外采。

中游封装并非简单环节。 为了发挥碳化硅的性能,需要重新设计封装,这本身构成一道门槛。特斯拉为最大化性能采用自研封装 TPAK(Tesla Pack),可接入碳化硅 MOSFET 裸芯片,也可连入 IGBT 芯片;正因其掌握封装技术,特斯拉一般对裸芯片进行外采,并把封装设计开放给其他海外大厂,形成多供局面。

国内厂商的能力集中在二极管。 封装成产成品的阶段,国内厂商大部分只能做成二极管;对工艺要求更高的 MOS 管则无能为力,原因在于技术水平尚未达到。因此同属碳化硅市场,二极管竞争激烈,MOS 管则因原先完全由外国品牌占据,属于增量市场。

工艺与产能的两道门槛

在器件结构上,碳化硅最初与 IGBT 一样采用平面结构,随技术导入逐步从平面转向沟槽,参照 IGBT 的历史,沟槽型是最终目标。目前克里(Cree)、意法(STM)、安森美(ON)的产品主要是平面型,罗姆(Rohm)与英飞凌(IFX)为沟槽型。沟槽型的缺点在于可靠性——会使氧化层变得脆弱,能否达到车规要求仍要看工艺进步。

产能与降本同样受限:IGBT 已可做到 12 寸线,而碳化硅目前主流仍是 6 寸线,克里(Cree)的 8 寸线仍在扩产,需要大量时间。晶片越大,单片产出的芯片越多,若 8 寸扩产迟迟无法推进,晶片供货不足的局面与降本节奏都会受到影响。

常见问题

为什么国内厂商多选择外采晶片而不是自产?

碳化硅晶片环节目前主要集中于海外厂商,国内厂商在模块出货上更多依托外采晶片再自行封装的方式切入,封装设计本身也需要重新开发。

国内封装环节为什么集中在二极管?

二极管与 MOS 管的工艺要求不同,MOS 管难度更高。国内厂商大部分只能做到二极管,MOS 管受工艺限制难以覆盖,这也使 MOS 管成为尚待突破的增量市场。

碳化硅会取代 IGBT 吗?

在高功率市场上,两者并非替代关系。在当前的价格区间下,碳化硅与 IGBT 更接近相对互补的存在。