特斯拉自研封装、外采裸芯片的模式,正在重塑碳化硅功率器件产业链的价值分配:设计与封装环节的价值被显著前置,而衬底与芯片制造环节则继续承担核心成本与产能瓶颈。这一“设计主导、制造分工”的商业模式,让整车厂得以深度介入器件定义,同时通过开放设计引入多供应商来保障供应安全。
特斯拉的 TPAK 模式:定义封装,外采芯片
特斯拉在功率器件使用上采取的是自研封装路线,其命名为 TPAK(Tesla Pack)。这一模块设计具备较强的兼容性,不仅可以接入碳化硅 MOSFET 裸芯片,还可以连入 IGBT 芯片,未来车规级大功率氮化镓技术成熟后,同样可以装入氮化镓芯片。特斯拉还会根据不同功率等级,选择不同数量的 TPAK 进行并联,例如由 4 个碳化硅模块组成的逆变器方案。
在供应链组织上,特斯拉凭借自有的封装技术,主要对裸芯片进行外采,其官宣的碳化硅合作伙伴是意法半导体(ST),而意法的大部分衬底又来自 Wolfspeed(即 Cree)。值得关注的是,特斯拉已将 TPAK 设计开放给其他海外大厂,实现了多供应商供货的局面。这一模式的核心逻辑在于:特斯拉掌控封装设计与系统集成,芯片制造则交由专业厂商完成,从而在性能与供应弹性之间取得平衡。
产业链价值分配:封装设计上移,芯片制造承压
碳化硅产业链大致可分为衬底、芯片设计制造、封装与系统应用几个环节。在特斯拉的 TPAK 模式下,封装环节的价值不再只是“来料加工”,而是上升为决定器件性能的关键设计环节。与此同时,衬底与芯片制造环节依然面临较大的技术与产能挑战。
| 产业链环节 | 价值分配逻辑 |
|---|---|
| 衬底 | 技术壁垒高,扩产周期长,是产能瓶颈所在 |
| 芯片设计制造 | 决定器件核心性能,平面结构向沟槽结构演进中 |
| 封装设计 | 特斯拉自研 TPAK,直接影响碳化硅性能发挥 |
| 系统应用 | 整车厂按功率等级灵活配置模块数量 |
在芯片制造端,碳化硅 MOSFET 的工艺难度显著高于 IGBT。从结构演进看,碳化硅 MOSFET 正从平面栅极(DMOS)向沟槽栅极(UMOS)过渡,沟槽型结构在导通电阻上具备优势,但氧化层可靠性仍是车规验证的难点。目前海外厂商中,Cree、意法半导体、安森美的产品以平面型为主,而罗姆与英飞凌则推出了沟槽型产品。国内企业方面,碳化硅模块出货量较大的比亚迪,实际采购自意法半导体或博世的晶片后自行封装,斯达同样采购 Cree 晶片进行封装。但需要强调的是,为了发挥碳化硅的性能,封装必须重新设计,并非简单的替代。
国内厂商的机遇与瓶颈
国内功率器件厂商目前的重心仍主要放在 IGBT 领域,在碳化硅方面确实存在技术差距。从产品形态看,国内厂商在封装成成品阶段,大部分只能做成二极管,对于工艺要求更高的 MOSFET 管则能力有限。这形成了鲜明的市场格局:二极管领域竞争激烈,已是红海;而 MOSFET 领域由于此前基本由国外厂商主导,属于增量明显的蓝海市场。 谁能率先实现碳化硅 MOSFET 的突破,谁就有机会抢占这一增量市场。
此外,晶圆尺寸的扩大是碳化硅降本与产能释放的关键。当前碳化硅的主流产线仍以 6 寸为主,IGBT 已可做到 12 寸线,而 Cree 的 8 寸线仍在扩产阶段。晶片越大,单片产出的芯片数量越多,若碳化硅晶圆厂无法快速扩产至 8 寸,碳化硅晶圆将面临供货不足的窘境,降本进程也会相对滞后。
常见问题
特斯拉为什么选择外采裸芯片而不是自行制造?
特斯拉的核心能力在于封装设计与系统集成,而非芯片制造。通过自研 TPAK 封装并外采裸芯片,特斯拉可以灵活接入不同供应商的碳化硅 MOSFET、IGBT 乃至未来的氮化镓芯片,同时将设计开放给多家海外大厂,实现多供应商供货,降低单一来源风险。
碳化硅 MOSFET 与二极管的市场格局有何不同?
碳化硅二极管市场竞争激烈,国内厂商主要集中于此,属于红海市场;而碳化硅 MOSFET 由于工艺难度高,此前基本由国外厂商主导,属于增量明显的蓝海市场。国内厂商目前大部分只能完成二极管产品,MOSFET 的突破将是抢占市场的关键。
碳化硅降本的主要瓶颈在哪里?
晶圆尺寸是核心瓶颈之一。碳化硅主流产线仍以 6 寸为主,而 IGBT 已可做到 12 寸线,Cree 的 8 寸线仍在扩产。晶片尺寸越大,单片产出芯片越多,若无法快速扩产至 8 寸,碳化硅晶圆将面临供货不足,降本进程也会受到制约。