特斯拉自研TPAK封装并开放多源供应,正在从封装环节撬动功率器件产业链的权力结构:核心变化在于,封装设计与芯片采购解耦,整车厂首次深度介入封装定义,而芯片供应商从“卖模块”转向“卖裸芯片”,产业链议价权随之发生转移。

封装环节:特斯拉定义标准,第三方代工受益

特斯拉为最大化功率器件性能,自研了名为 TPAK(Tesla Pack) 的封装方案。这一封装设计具备很强的兼容性——模块内不仅可以接入碳化硅 MOSFET 裸芯片,还可以连入 IGBT 芯片,甚至等车规大功率氮化镓技术成熟后,也能装入氮化镓芯片。同时,特斯拉会按照不同功率等级,选择不同数量的 TPAK 进行并联,例如由 4 个碳化硅 TPAK 并联组成 Model 3 的逆变器。

由于封装设计由特斯拉完成,它一般对裸芯片进行外采,官宣的碳化硅合作伙伴为意法半导体(ST),而意法的大部分衬底又来自 Wolfspeed(即 Cree)。更关键的是,特斯拉现已将这些封装设计开放给了其他海外大厂,实现了多源供应的局面。这意味着,封装环节从车企的“内部能力”变为“开放标准”,具备车规级封装能力的第三方代工厂将获得新的业务增量。

芯片环节:裸芯片外采,SiC MOSFET 仍是蓝海

特斯拉对裸芯片的外采模式,直接改变了芯片供应商的交付形态——从提供封装好的模块,变为提供裸芯片。这一变化对芯片厂商的封装能力要求降低,但对芯片本身的良率与一致性要求更高。此前特斯拉因“后电机逆变器功率半导体元件异常”召回部分 Model 3,市场猜测可能与碳化硅衬底一致性问题导致的参数漂移有关,这也凸显了芯片端一致性的重要性。

从技术路线看,碳化硅 MOSFET 正从平面结构向沟槽结构演进,沟槽型是参照 IGBT 历史的终极目标,但沟槽型结构的氧化层较为脆弱,能否达到车规要求仍需工艺进步与可靠性验证。目前国内厂商在碳化硅领域多数只能做二极管,竞争激烈已成红海;而 MOS 管因工艺门槛更高,市场原先完全由国外品牌占据,属于增量蓝海。

衬底与晶圆:6 寸向 8 寸迁移决定降本速度

碳化硅的降本进程受制于晶圆尺寸。当前 IGBT 已能做到 12 寸线,碳化硅主流仍是 6 寸线,Cree 的 8 寸线还在扩产。晶圆尺寸越大,单片产出的芯片数量越多,若 8 寸线无法快速放量,碳化硅晶圆将面临供货不足,降本也会相对滞后。因此,衬底与晶圆环节的扩产节奏,是影响整个产业链价格走向的关键变量。

常见问题

TPAK 封装只能用于碳化硅吗?

不是。TPAK 封装具备多芯片兼容能力,不仅可以接入碳化硅 MOSFET 裸芯片,还可以连入 IGBT 芯片,未来车规大功率氮化镓技术成熟后也可装入氮化镓芯片。理想状态下,车主电机可用碳化硅 TPAK,副电机用 IGBT,未来还可能采用氮化镓+碳化硅或氮化镓+IGBT 的组合方案。

特斯拉开放 TPAK 设计对供应商意味着什么?

特斯拉已将 TPAK 封装设计开放给多家海外大厂,实现了多源供应。对芯片供应商而言,交付形态从模块转向裸芯片,降低了封装环节的门槛,但对芯片良率与一致性提出更高要求;对第三方封装厂而言,则意味着承接车规级封装代工的新机会。

碳化硅产业链哪个环节竞争最激烈?

目前国内厂商在碳化硅领域大部分只能做成二极管,该市场竞争激烈,已属红海;而 MOS 管因工艺要求更高,市场仍以海外厂商为主,属于增量蓝海。此外,晶圆从 6 寸向 8 寸迁移的进度,将直接决定碳化硅的产能供给与降本速度。