碳化硅推广者，再次“推广”碳化硅！

集微网消息，回顾碳化硅车用发展历程，特斯拉作为碳化硅的“推广大使”，2018年率先在Model3主驱逆变器上使用碳化硅，开启并加速了碳化硅规模应用，也使碳化硅产业发展进入了快车道。

特斯拉近期结束的年度投资者日，马斯克的第三个“宏图计划（Master Plan）”没能带动自家股票上涨，而且在下一代电动车平台上的动作，带崩了稀土和碳化硅的上市公司股价。一时间，特斯拉“减少75%碳化硅”仿佛叫停了产业，在与纳微在内的多位业内人士交流后，集微网认为，从产业长远发展角度来看，作为碳化硅“推广者”的特斯拉，事实上将有可能再度“推广”碳化硅。

特斯拉减少75%碳化硅

在近期的特斯拉年度投资者日上，特斯拉公布了下一代动力平台的一些细节，其中关于碳化硅（SiC）器件用量大幅下降，引起业内担忧。

二级市场上，在特斯拉宣布减少75%碳化硅后，A股市场碳化硅概念股大跌，其中，东尼电子3月3日-4日的两个交易日大跌逾19%，至今股价持续承压。

纳微半导体相关人士指出，所需部件更少的特斯拉新设计适用于低功率、低成本的“Model 2”电动汽车，事实上这一选择很可能会加速电动汽车的广泛普及，并最终提升SiC的行业应用，而并非大家认为的“完全减少”。这是因为特斯拉新款Model 2 将会加速低功率、低成本的电动汽车（也就是可能只采用25%碳化硅的电动汽车）的市场普及率，促使低端车消费者以更低的价格购买电动汽车，而这类消费者原本是普通燃油汽车的消费者，如果没有Model 2这一选择，他们采购的传统燃油汽车上使用到的SiC就是0%。所以相比之下，此举不仅能够增加电动汽车的整体增产，还有可能带动更多的碳化硅需求。

事实上，对于特斯拉“减少75%碳化硅”，业内认为主要是出于供应考量。前述人士表示，“今年Cree、Wolfspeed的6寸放量没那么快，特斯拉如果要冲量，要考虑供应链能满足多少辆车，在SiC产能能扩产不及预期下，要考虑最大化利用好全球现有产能。”

芯聚能总裁周晓阳指出，“碳化硅中短期供不应求，碳化硅IDM厂商卖给特斯拉的碳化硅比其他人都便宜；另外，能满足特斯拉性价比要求的供应商很少，特斯拉的需求可能比他几年前给各合格供应商的预测要大，特斯拉要求在同样价钱能拿到的供应不能满足自身发展的要求。”

“如果碳化硅的成本下降，后续产能供应增加，特斯拉还会增加对碳化硅需求的占比。”周晓阳补充到。

也就是说，特斯拉有意识的控制碳化硅的节奏，希望把需求放得更长久。

以技术创新再度推广碳化硅

既然需求不成问题，那么特斯拉是如何减少碳化硅用量而不影响车的性能和效能。目前讨论最多的方案之一就是用硅基IGBT替代减少的碳化硅，即在一个逆变器里混合使用碳化硅MOSFET和硅基IGBT。

不过，如果采用混合方案，集成的元器件数量会更多，模块的尺寸也会变得更大，这显然有悖于特斯拉要减少车用零部件的做法。此外，IGBT和碳化硅二极管替代SiC MOSFET，元器件的增加也将考验整个模块的可靠性。

“这种替代方式的可能性相对较小。”周晓阳认为，“我认为特斯拉很有可能是通过一个或几个技术的革命或创新，不用任何替代，碳化硅的芯片面积降低75%。这需要多方面配合，例如，电机的革新，减少对驱动的功率器件的需求；提高芯片的功率密度；电驱系统的改进等。”

从这几点来看，减少芯片面积和提高封装创新是行业发展关键且比较难的点。近年来，意法半导体的SiC MOSFET芯片尺寸一直在缩小，如果按照第3代MOSFET面积是第2代的1/4来算，芯片面积恰好缩小了75%。这也符合特斯拉动力总成副总裁柯林·坎贝尔在投资者活动日上提到的“封装中的碳化硅晶片要小很多。”的说法。

芯片面积的减小，主要得益于器件厂商的努力，相比之下更考验特斯拉的是封装技术。周晓阳指出，“在封装技术的创新，热阻更小，散热更好，材料更好，器件和模块可以在更高结温下工作。”碳化硅芯片面积的减小，在同等功率条件下，对单位面积导热能力的要求成倍提高。这次的投资者日活动，特斯拉也重点强调了封装技术，宣称定制化封装技术能提升2倍左右的散热能力，但具体散热效果如何，仍待市场验证。

如果是通过减少芯片面积和提高封装技术来减少碳化硅的量，碳化硅“推广者”的特斯拉无疑将再度将碳化硅的应用推广到更大量级。碳化硅在电动汽车的使用会从高中端乘用车向低端乘用车下探，也会从乘用车向商用车以及特种车发展；与此同时，碳化硅会向更大的工业及消费产业发展，并且发展的更快；对碳化硅的产业链而言，价值链中，芯片制造及封装的价值份额会提高。

不止碳化硅，氮化镓相向而行

作为第三代半导体的“杀手级应用”，汽车产业可以承载的不止碳化硅，新能源汽车低电压系统的升级迭代，也有望为氮化镓的应用带来新的市场增量。

Yole预测，车用GaN将从2021年的530万美元增长到2027年的3.089亿美元，复合年增长率达到惊人的97%，其中车载DC-DC转换器和车载充电器(OBC)将迎来下一波增长。

在此前的投资者活动日上，特斯拉还宣布了低压用电系统升级到48V电压。纳微半导体相关人士表示，“从 12V 到 48V 配电的转变有利于 Si 向低压 GaN 的转变。”

集微咨询资深分析师朱航欧指出，从技术上而言，GaN电力电子器件在48V的混合动力汽车领域将拥有较强的竞争力，SiC更适合大功率主逆变器，Si基GaN电力电子技术更适合中小功率DC/DC和AC/DC转换器。

对于下游终端的技术迭代趋势，上游芯片厂商自然不会无动于衷。

此前专注于GaN战线的纳微半导体在2022年8月份也正式并购了GeneSiC这家公司，全面专注第三代功率半导体。据介绍，GeneSiC的产品已经发货超过800万颗，排在全球前八。

纳微半导体副总裁兼中国区总经理查莹杰指出，“之前大家把GaN和SiC是分开来谈，当我们把一个系统拆开来去看的时候，我们发现在不同的功率等级或者不同的电压等级，可以看到这两个技术可以进行完美的融合。目前我们在电动汽车、服务器上面已经证明，这两个技术，可以把整个系统效率，以及系统的性价比完美地去提升，混合性设计已经给客户带来了非常重要的启发。”

据纳微半导体新能源汽车应用中心总监孙浩介绍，“以一个具体的6.6kWOBC为例，如果我们把频率从60k变化到500k，变压器的功率密度可以大幅度提升，从原先的14.1kW/L提升到56.5kW/L，因此宽禁带器件更适合于高频应用场合，而氮化镓和碳化硅的混合设计，在未来也是一个很主要的趋势。”

得益于氮化镓轻量化、小型化的发展，主机厂越来越倾向于看氮化镓的应用。氮化镓在高频上的优势，可以让产品变得更紧凑，同时产品的性能不会有所损失，甚至略有提高。而产品的轻量化、小型化以及高性能，是主机厂比较关注的点，能为整车带来明显的提升。

此外，氮化镓相对于碳化硅，在成本上有天然的优势，这也是主机厂最为关心的。孙浩指出，“大家都希望未来氮化镓它的成本是真的能够和硅基的产品来做PK，而不是跟碳化硅。我们预计在未来的2年之内，氮化镓有机会能够上车。”

后记

在“宏图计划”第三篇章中，马斯克介绍了“通往地球完全可持续能源未来的道路”。诚如纳微半导体的“Electrify Our World”愿景，在“双碳”目标下，全球电气化将加速，在整个能源的供给端和用户端，能效的提升将是大势所趋，在通往地球完全可持续能源未来的道路上，其中蕴含非常多的碳化硅和氮化镓发展机会。