特斯拉因后电机逆变器功率半导体元件异常召回部分Model 3的事件,引发了市场对碳化硅(SiC)功率器件技术路线核心挑战的广泛讨论。景顺基金经理杨锐文指出,问题可能源于碳化硅衬底一致性导致的特定参数漂移,这直接揭示了当前SiC功率器件在衬底缺陷密度、晶型控制及掺杂均匀性等工艺难点上的技术壁垒,这些壁垒正深刻影响着SiC对传统IGBT的替代进程。
衬底一致性难题与召回事件
特斯拉在2018年率先于Model 3上使用碳化硅模块,其召回公告中的“后电机逆变器功率半导体元件异常”被业界认为与碳化硅有关。杨锐文在路演中判断,很有可能是衬底一致性问题导致了单管差异。这反映出碳化硅衬底在制造中,参数漂移和一致性控制仍是尚未完全攻克的工艺难点,直接影响逆变器的可靠性与良率。
功率器件技术路线的核心挑战
碳化硅MOSFET的技术演进面临两大挑战:一是从平面结构向沟槽结构过渡,虽然沟槽型是终极目标(如罗姆、英飞凌已推出沟槽产品),但其氧化层更脆弱,需通过更多车规级可靠性验证;二是衬底尺寸与产能瓶颈。目前碳化硅主流仍为6英寸晶圆,而IGBT已普及12英寸。晶圆尺寸越大,单片产出芯片越多,因此碳化硅从6英寸向8英寸乃至更大尺寸的扩产,是解决产能与降本的关键。
国内厂商的竞争格局
在碳化硅市场,国内厂商目前重心仍在IGBT,对更高难度的碳化硅MOS管“心有余而力不足”。大部分国内企业只能生产碳化硅二极管,这已是竞争激烈的红海;而碳化硅MOS管由于工艺门槛极高,市场仍被海外厂商主导,是名副其实的蓝海。谁能率先实现碳化硅MOS管的量产突破,谁就能抢占这一增量市场。
常见问题
特斯拉的碳化硅供应链是怎样的?
特斯拉采用自研的TPAK封装,可兼容SiC MOSFET、IGBT甚至未来氮化镓芯片。其碳化硅裸芯片主要采购自意法半导体(ST),而意法半导体的衬底大部分来自Wolfspeed(Cree)。特斯拉已将这些封装设计开放给其他海外大厂,形成了多供应商供货格局。
碳化硅和IGBT是替代关系吗?
在当前价格区间下,两者更多是互补关系。例如,主电机可能用碳化硅TPAK,副电机则用IGBT。未来电车还可能采用氮化镓+碳化硅或氮化镓+IGBT的组合方案,而非单一技术完全替代另一技术。
碳化硅MOS管与二极管的市场有何不同?
碳化硅二极管是国内厂商的主要战场,竞争激烈,已是红海;而碳化硅MOS管工艺要求极高,市场几乎被海外品牌垄断,是增量明显的蓝海市场。