特斯拉自研TPAK封装并开放给多家海外供应商,正在推动功率器件产业链从IDM垂直整合走向“设计+代工”的分工模式,封装环节的价值重心从Tier1厂商向整车厂转移,而裸芯片外采与多供格局则重塑了衬底—芯片—封装各环节的价值分配。
特斯拉在功率器件使用上为最大化性能,采用了自研封装并命名为TPAK(Tesla Pack)。这一封装模块不仅可以接入碳化硅MOSFET裸芯片,还可连入IGBT芯片,甚至未来车规大功率氮化镓技术成熟后也可装入氮化镓芯片。特斯拉会按照不同功率等级选择不同数量的TPAK进行并联。在供应链策略上,特斯拉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ST的大部分衬底来自Wolfspeed(即Cree)。由于模块封装设计由特斯拉完成,且特斯拉已将这些设计开放给其他海外大厂,实现了多供局面——封装设计环节由此从传统Tier1厂商转移到整车厂手中。
产业链价值分配的重构
这一模式变化直接影响了功率器件产业链的价值分配格局。在特斯拉的供应链中,衬底(Wolfspeed)、芯片(ST)与封装(特斯拉设计+多厂代工)形成了清晰的价值链条。特斯拉掌握封装设计,意味着整车厂在功率模块定义上拥有了更大的话语权,而海外大厂通过获得特斯拉开放的设计进入供应体系,形成多供竞争格局。
对国内企业而言,这一分工模式也提供了切入产业链的路径。碳化硅模块出货较多的比亚迪,实际上采购自意法(ST)或博世(Bosch)的晶片后再自行封装;斯达同样采购克里(Cree)的晶片然后封装。封装环节由此成为国内企业进入功率器件产业链的价值入口——但封装并非低门槛环节,为发挥碳化硅性能,封装需要重新设计,这本身构成了工艺壁垒。
工艺壁垒带来的价值分层
碳化硅市场内部存在明显的利润与竞争差异。在封装成产成品的阶段,国内厂商大部分只能做成二极管,对工艺要求更高的MOS管则暂无力生产。因此,虽然同属碳化硅市场,二极管领域竞争激烈、已属红海,而MOS管市场则是蓝海——该市场原本主要由国外厂商占据,对国内企业而言是名副其实的增量市场。
从技术演进方向看,碳化硅MOS管正从平面结构向沟槽结构发展,参照IGBT历史,沟槽型被视为终极目标。目前克里(Cree)、意法(ST)、安森美(ON)的产品主要为平面型,罗姆(Rohm)与英飞凌(IFX)则为沟槽型。但沟槽型的缺点在于可靠性——氧化层变得脆弱,能否达到车规要求仍有待工艺进步与车厂验证。
此外,晶圆尺寸也是影响碳化硅降本与产能的关键因素。当前IGBT已可做到12寸线,而碳化硅主流仍是6寸线,克里(Cree)的8寸线尚在扩产。晶片越大,单片产出的芯片越多,因此碳化硅晶圆厂能否快速扩产至8寸,直接关系到供货能力与降本进度。
常见问题
特斯拉TPAK封装可以接入哪些芯片?
TPAK(Tesla Pack)是特斯拉自研的封装模块,可接入碳化硅MOSFET裸芯片、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。特斯拉会按功率等级选择不同数量的TPAK并联使用。
国内厂商如何参与功率器件产业链?
国内厂商主要通过采购海外晶片并自行封装的方式切入,例如比亚迪采购意法(ST)或博世(Bosch)晶片后自行封装,斯达则采购克里(Cree)晶片进行封装。封装环节成为国内企业进入产业链的价值入口,但需重新设计封装以发挥碳化硅性能。
碳化硅市场中二极管与MOS管的竞争格局有何不同?
国内厂商在封装成成品阶段大部分只能做成二极管,该领域竞争激烈、属红海;而工艺要求更高的MOS管市场原主要由国外厂商占据,对国内企业而言是增量市场、属蓝海。能否做出碳化硅MOS管,将决定企业能否率先抢占这一市场。