特斯拉Model 3因后电机逆变器功率半导体元件异常而召回,市场普遍认为这与碳化硅(SiC)衬底的一致性问题有关。功率器件技术难点主要在于衬底缺陷导致参数漂移、长晶工艺控制难度高,以及大尺寸晶圆量产挑战。这些因素直接影响器件可靠性与降本路径。
SiC衬底一致性与器件参数漂移
景顺基金经理杨锐文在路演中指出,特斯拉召回事件很可能是衬底一致性问题导致的特定参数漂移,最终造成单管一致性差异。碳化硅衬底在制造过程中,微管、位错等晶体缺陷会直接影响功率器件的击穿电压和导通电阻,导致同批次器件性能不稳定。这类缺陷在长晶阶段(如PVT法)难以完全消除,是制约器件可靠性的核心瓶颈。
长晶技术与8英寸衬底进展
当前碳化硅主流长晶技术为物理气相传输法(PVT),其工艺难度在于对温度场和杂质浓度的精确控制,以保证衬底一致性。相比之下,高温化学气相沉积法(HTCVD)在缺陷控制上可能更具潜力,但尚未大规模量产。此外,碳化硅晶圆目前主流仍为6英寸,而IGBT已实现12英寸线。克里(Cree)的8英寸线仍在扩产,需要大量时间。晶片尺寸越大,单片产出的芯片数量越多——例如8英寸晶圆(Die尺寸5×5mm)产出约1033颗,而12英寸晶圆可产出2461颗,大尺寸晶圆是解决产能与降本的关键。
常见问题
特斯拉的SiC供应链是如何构成的?
特斯拉采用自研TPAK封装,并向意法半导体(ST)等厂商采购碳化硅裸芯片。意法的大部分衬底来自Wolfspeed(Cree)。特斯拉已将设计开放给多家海外大厂,实现多供应商供货。
国内企业在碳化硅功率器件领域的现状如何?
国内企业重心仍在IGBT领域,碳化硅模块出货最多的比亚迪采购自意法或博世的晶片再封装。大部分国内厂商只能生产碳化硅二极管,对工艺要求更高的MOS管无能为力,这导致二极管市场竞争激烈(红海),而MOS管市场仍是蓝海,主要由国外品牌占据。
碳化硅MOS管的技术趋势是什么?
行业趋势是从平面栅极(Planner)转向沟槽栅极(Trench),可降低导通电阻。但沟槽型结构的氧化层更脆弱,可靠性是达到车规要求的主要挑战。目前克里、意法、安森美主要采用平面型,而罗姆、英飞凌推出沟槽型产品。