在电动车渗透率持续提升与单车功率器件价值量增长的双重驱动下,功率器件整体市场规模正稳步扩大。其中,碳化硅(SiC)与IGBT在高功率市场并非简单的替代关系,在当前价格区间下两者呈互补共存格局,共同受益于电动化带来的增量空间。

电动车驱动功率器件需求总量增长

电动车是功率器件最重要的增量市场之一。随着电动车渗透率不断提升,每辆车所需的功率半导体数量和价值量均显著高于传统燃油车,这直接拉动了功率器件整体市场规模的扩大。电动车销量的增长与单车功率器件价值量的提升,构成了功率器件市场增长的两大核心驱动力。

碳化硅与IGBT互补并存

碳化硅与IGBT在高功率市场的互补关系,在特斯拉的车型应用中体现得较为典型。特斯拉在部分车型的主电机上采用碳化硅TPAK模块,副电机则使用IGBT,说明两种技术路线在当前阶段各有适用场景。

特斯拉为最大化性能,采用了自研封装并命名为TPAK(Tesla Pack)。该模块设计不仅可接入碳化硅MOSFET裸芯片,也能兼容IGBT芯片,未来车规级氮化镓技术成熟后还可装入氮化镓芯片。特斯拉通常按不同功率等级选择不同数量的TPAK进行并联,并对裸芯片进行外采,其碳化硅合作伙伴包括意法半导体(ST)等海外大厂。

碳化硅降本与产能瓶颈

碳化硅模块单价高于IGBT,因此采用碳化硅方案会提升单车价值量,但当前碳化硅的降本仍受制于晶圆尺寸。目前碳化硅主流产线仍为6英寸,而IGBT已可实现12英寸线生产;以克里(Cree)为代表的碳化硅晶圆厂8英寸线尚在扩产中,需要较长时间放量。晶圆尺寸越大,单片产出的芯片数量越多,因此若8英寸线无法快速放量,碳化硅晶圆将面临供货不足的局面,降本进程也会相对滞后。

常见问题

碳化硅MOS管与二极管的市场格局有何不同?

碳化硅市场内部存在明显分化。国内厂商在碳化硅二极管领域竞争激烈,已形成红海格局;而工艺要求更高的碳化硅MOS管市场此前主要由国外厂商占据,属于增量市场,谁能率先实现碳化硅MOS管的量产突破,谁就能抢占市场先机。

碳化硅沟槽结构是行业趋势吗?

参照IGBT的发展历史,碳化硅MOSFET的设计正从平面结构向沟槽结构演进,沟槽型被视为最终方向。但沟槽结构会使氧化层变得脆弱,可靠性是其主要挑战,能否达到车规要求仍有待工艺进步和车厂验证。

特斯拉召回事件说明什么?

特斯拉此前因“后电机逆变器功率半导体元件异常”召回了一批Model 3。有观点认为,问题可能出在碳化硅衬底一致性导致的特定参数漂移,进而引发单管一致性差异。这一事件一定程度上显示出碳化硅产品仍存在不稳定性,需要更多可靠性试验来验证和完善。