特斯拉自研TPAK封装并开放设计,正在加速碳化硅在电驱系统中的应用渗透,功率器件市场有望迎来新一轮扩张周期。TPAK封装兼容碳化硅MOSFET、IGBT乃至未来氮化镓芯片,其开放策略降低了碳化硅模块的导入门槛,而碳化硅晶圆从6寸向8寸过渡的产能爬坡,将成为推动成本下降、催化市场规模扩容的关键变量。
TPAK封装与供应链格局
特斯拉为最大化功率器件性能,自研了名为TPAK(Tesla Pack)的封装技术。该模块不仅可接入碳化硅MOSFET裸芯片,还能兼容IGBT芯片,甚至在未来车规大功率氮化镓技术成熟后装入氮化镓芯片。特斯拉按功率等级选择不同数量的TPAK并联——在四驱版本中,主电机主要采用碳化硅TPAK,副电机则使用IGBT。
在供应链方面,特斯拉主要对裸芯片进行外采,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来自Wolfspeed(即Cree)。模块封装设计由特斯拉完成,现已将这些设计开放给其他海外大厂,实现了多源供应格局。这种开放策略直接降低了碳化硅模块的导入门槛,使更多厂商能够快速跟进。
碳化硅MOS管的技术演进与市场分层
碳化硅器件结构正从平面栅极向沟槽栅极演进。以罗姆(Rohm)公布的数据为例,其第二代平面型1200V SiC-MOSFET的导通电阻(RonA)为8.2mΩ·cm²,而第三代沟槽型产品降至4.1mΩ·cm²,650V等级也从6.5mΩ·cm²降至3.1mΩ·cm²。沟槽结构能显著降低导通损耗,但可靠性验证仍需时间——英飞凌虽声称其结构做了大量可靠性测试,但碳化硅封装难度远大于IGBT,最终还需参考车厂验证。
市场格局呈现明显分层:国内厂商在碳化硅二极管领域竞争激烈,已属红海;而工艺要求更高的MOS管领域,国内大部分厂商尚无力生产,该市场原本完全由国外品牌占据,是名副其实的增量蓝海市场。谁能率先实现碳化硅MOS管的量产,谁就能在增量市场中抢占先机。
晶圆尺寸升级决定降本节奏
碳化硅降本的关键制约因素在于晶圆尺寸。当前IGBT已可实现12寸线生产,而碳化硅主流仍为6寸线,克里(Cree)的8寸线尚在扩产,需要大量时间。晶圆尺寸越大,单片产出的芯片(Die)数量越多——以5×5mm的Die尺寸计算,8寸晶圆产出1033颗,而12寸晶圆产出2461颗。碳化硅晶圆厂若迟迟无法扩至8寸,晶圆供货不足的窘境将持续,降本进程也会相对滞后。
碳化硅与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相对互补。碳化硅产品仍需更多可靠性试验验证,而晶圆尺寸升级(至少8寸线快速放量)将是解决产能问题与实现降本的核心方向。
常见问题
特斯拉TPAK封装对碳化硅产业有何意义?
TPAK封装兼容碳化硅MOSFET、IGBT及未来氮化镓芯片,且特斯拉已开放设计给海外大厂,实现多源供应。这一开放策略降低了碳化硅模块的导入门槛,加速了碳化硅在电驱系统中的渗透。
碳化硅MOS管市场为何被称为蓝海?
国内厂商在碳化硅二极管领域竞争激烈属红海,但工艺要求更高的MOS管领域,国内大部分厂商尚不能生产,市场原本由国外品牌占据,是增量市场。
晶圆尺寸如何影响碳化硅降本?
晶圆越大,单片产出Die数量越多——以5×5mm Die尺寸计,8寸产出1033颗,12寸产出2461颗。碳化硅主流仍为6寸线,8寸线扩产进度直接决定产能释放与降本节奏。