功率器件市场的增长,核心驱动力来自新能源车对SiC(碳化硅)的规模化采用,以及由此带动的产业链上下游扩产与技术升级。特斯拉率先在Model 3上使用碳化硅模块,并官宣意法半导体(ST)为碳化硅合作伙伴,而意法的大部分衬底又来自Wolfspeed(原Cree),这条供应链的绑定关系,直接反映出SiC需求已经从“导入期”进入“放量期”。新能源车主驱逆变器、充电桩、光伏逆变器等高功率场景,是SiC需求放量的三大终端引擎。
新能源车:SiC从“选配”走向“标配”的核心推手
特斯拉在2018年就率先在Model 3上应用碳化硅模块,其自研的TPAK封装方案不仅能接入碳化硅MOSFET裸芯片,还可兼容IGBT芯片,甚至为未来车规级氮化镓预留了空间。这种“多技术路线兼容”的封装设计,配合对裸芯片的外采策略,形成了“TPAK+多厂家供应芯片”的供应链格局。特斯拉官宣的碳化硅合作伙伴是意法半导体,而意法的大部分衬底来自Wolfspeed,这意味着SiC产业链的产能瓶颈与质量把控,直接决定了终端车型的交付节奏。
在具体应用上,纯电版本的主电机通常采用碳化硅TPAK,副电机则用IGBT。这种“主驱SiC+辅驱IGBT”的分工,说明SiC并非全面替代IGBT,而是在高功率密度需求最迫切的环节率先渗透。随着800V高压平台逐步普及,主驱逆变器对功率器件的高压、高频、高温性能要求进一步提升,SiC MOSFET相比传统硅基器件的优势将被持续放大,进而推动单车SiC用量提升。
产业链瓶颈:衬底、晶圆尺寸与MOS管工艺决定放量速度
SiC的成本与产能,很大程度上受制于上游衬底与晶圆尺寸。目前碳化硅主流仍是6寸线,而IGBT已做到12寸线;以克里(Cree)为代表的8寸线仍在扩产中。晶圆尺寸越大,单片产出的芯片数量越多——以5×5mm的Die尺寸为例,8寸晶圆产出约1033颗,12寸晶圆则可产出约2461颗,因此8寸线的快速放量是SiC降本的关键路径。
在器件层面,碳化硅MOSFET的设计正从平面型(Planner)向沟槽型(Trench)演进,沟槽结构能显著降低导通电阻,但栅氧化层可靠性仍是车规验证的难点。目前克里、意法、安森美的产品以平面型为主,罗姆与英飞凌则已推出沟槽型产品。国内厂商在碳化硅领域大部分只能做二极管,竞争激烈已成红海;而工艺要求更高的MOS管仍是蓝海市场,谁能率先实现车规级SiC MOSFET的量产突破,谁就能在增量市场中占据先机。
常见问题
SiC会完全替代IGBT吗?
短期内不会。在当前价格区间下,SiC与IGBT在高功率市场更多是互补关系——主驱用SiC追求效率,辅驱或低成本车型仍可用IGBT平衡成本。特斯拉“主驱SiC+副驱IGBT”的方案就是典型例证。
为什么意法半导体依赖Wolfspeed的衬底?
衬底是SiC器件成本最高的环节之一,且扩产周期长、技术壁垒高。意法作为特斯拉官宣的碳化硅合作伙伴,需要稳定的衬底供应来保障器件交付,而Wolfspeed(原Cree)是全球主要的SiC衬底供应商,双方绑定是产业链专业化分工的体现。
国内厂商在SiC市场的机会在哪里?
国内厂商在碳化硅二极管领域已形成一定竞争力,但MOS管工艺仍是短板。参考斯达、比亚迪等采购克里或意法晶片后自行封装的模式,国内企业的切入点更多在封装环节——SiC器件对封装有重新设计要求,具备封装能力并能向MOS管工艺突破的厂商,将更有可能受益于SiC放量。