会议嘉宾：前任 某新能源车厂 资深专家

【专家发言】
一、 新能源汽车市场情况以及 IGBT 换为 SiC 的原因
新能源车近年来发展较好，过去十年的年增长率在 60%左右，21 年销售新能源车 350万辆，市占率 13%左右，22 年新能源车销售量将超 600 万，市占率介于 22%~23%，预计至 2025 年，新能源车（混动+电动）年产量预计为 1900 万辆，2035 年年产量将接近 4000 万辆，所以很明显可以看出新能源汽车对功率半导体的需求量极大。
目前，国内电动汽车厂商已经完成了 1.0 的转型，电动汽车的关键零部件已实现自主可控。近几年英飞凌的市占率从 60%下降到 30%，而这些份额给到了中车、斯达等国内半导体公司。
国内电动汽车厂商将要迎来 2.0 快充时代，充电时间需要从 40 分钟减少到 20 分钟甚至 5 分钟，对快充功率的要求不断增强，2.0 主要解决的是 SiC 功率器件和充电电压平台的升高（800V）这两个技术。其中充电电压升高可以在提升充电的功率的同时降低充电电流，不会导致电池过热且效率提升，将基 IGBT 换为 SiC 则更加适合高压场景。传统的基半导体也可以高压情况下工作，但是效率下降、损耗上升这两点较为明显。
电动车 2.0 时代主要的特征为 SiC 的使用以及 800V 平台的建立。目前已经有比亚迪 e3.0，汉 EV 都是从 450V 的平台提升到 800V，现在奥迪、小鹏、通用、奔驰等主机厂都有推出 800V 平台的计划，基本上都相应配套 SiC 功率半导体，预计 800V 平台会在 25 年前后上量。

二、 SiC 在新能源车上的应用场景，SiC 在这些场景下的优缺点
SiC 特别适合高效能的转化，新能源车上的三大应用场景分别是：电控、OBC 车载充电、DCDC。
在电控应用场景下，SiC 主要发挥特性是较高的能量转化率，传统的基电控综合效率约为 94%（峰值可达 99%，但是实际参考意义不大），SiC 的效率综合则可达 97%，相当于能量损耗减少一半，对一些低功率状态，可减少 70%~80%的能量损耗。使用 SiC 后行驶效率续航可以提升 5%左右，电池使用量也可以减少 5%，如 80 度的电池，可节约 4 度电，每 1 度电价值约 180 美元，可节省 720 美元相当于 4000 多人民币，虽然 180KW 的 SiC 比基本身要贵 2000 元，但是总体成本可以下降 1000-2000 元人民币，这也车企格外关注 SiC技术的原因。
OBC 与 DCDC 两者比较相似，以 OBC 举例。OBC 是利用了 SiC 的高效和高频的特点，SiC是单极性器件，由于单极性器件电子的产生和消除较快，更适用于高频和高速的开关过 程。在传统的基于基的拓扑结构中，OBC 在 DCDC 端使用的是三电平结构，使用 SiC 之 后，三电平使用的 16 颗器件可以减少到 8 颗器件，在体积减小的同时，整体效率可以提升 1%~2%，同时开关频率的提升可以减少被动器件如磁体、电感、电容的使用量。最后虽然三电平器件的总体价值量上涨，但是与功率半导体相关的驱动电路、隔离芯片、driver 和控制板的数量基本减半，且在 OBC 端，半导体的规格不高价格较低，那么如果厂商的议价能力较高，基于 SiC 的 OBC 就可以实现降本。所以总体来说 SiC 在 OBC 的使用有体积小、效率高和成本下降的优点。DCDC 优点类似。

三、 使用 SiC 后有哪些技术需要更新
SiC 最核心的是功率器件的替换，所以功率模块封装技术要求需要得到提升。
驱动电路方面有相对应的隔离器件，隔离同时也要保证信号传输不失真，对隔离器的要求较高，以往一直使用的是光耦隔离，但是因其是 LED 发光传输容易老化，将来更偏向磁隔离与电容隔离
驱动芯片需要加入新的功能，由于 IGBT 开关频率较慢，所以功能相对简单，对驱动的要求较低，但是 SiC 的 DI/DT 比 IGBT 快了将近 10 倍，所以要求驱动提供更好的保护作 用，同时，也对汽车的诊断功能提出了更高的要求。
使用 SiC 后会出现一些电磁干扰和电磁兼容的问题，为了符合国家标准，由于基系统较慢，只需要 1 级滤波器或者 2 级滤波器就可以满足标准，SiC 出现之后，对滤波器的登记就提出了更高要求，会对滤波器中磁芯和控制板的使用量提出要求。电池为 400V 时，只要求 500~550V 的薄膜电容，转 800V 电压系统后，电池最高电压可以达到 900~920V，则需要 1000V 的薄膜电容。

四、 国内外 SiC 厂商产品布局及最新进展
SiC 目前主要还是以国外为主，SiC 四巨头分别为英飞凌、意法、安森美、罗姆，去年博世也进入了这个业务领域，经测试其性能非常优越，可以位列第一梯队。相对来说，国内 SiC 技术则起步较晚，国内可以规模生产 SiC 器件尤其是 MOS 器件的公司凤毛麟角。
从产业布局来说，国外的布局在材料端、器件端、设计端、代工等方面都很完善，相较于国内更成熟，CREE 纽约的生产线原本预计在 24/25 年开通，但是实际上已于今年通线，并预计今年年底到明年年初线上产品就可以销售，且这条线是 8 寸线，衬底产能可达72 万片，相当于 150 万片 6 寸片。国内主流 SiC 衬底还主要是 4 寸和 6 寸线。
因为基中衬底价值量较低，所以国外厂商英飞凌、安森美等一般都是直接购买衬  底，但是在 SiC 中衬底+外延的价值量超 60%，所以英飞凌、安森美、罗姆等都有在衬底和外延上进行了布局。就制造端而言，国际上有两个代工工厂：一是美国德州 X-Fab，其生产线已转化为 SiC 的代工线，近年来的产能约为 10 万件；二是台湾汉磊，整体来说其技术工艺水平相对差一些，性价比较低。
国内厂商中，就衬底来说，截止 2020 年，国内已有 30 家衬底厂，国内的衬底厂有 “四大”和 “四小”。“四大”指的是天科合达、山东天岳、山西烁科、河北同光，“四小”指的是露笑科技、东尼电子、中科钢研、中电化合物。“四大”预计 2025 年产能能达到 100~150 万片，将来放量后衬底的价格会有所下降。就外延来说，国内主要有瀚天天成和东莞天域，他们在数量、订单、交付、出货方面比较稳定。以往天科合达只专注于外 延，但是近年来它也有了衬底业务，它的业务较为完整。目前国内比较欠缺制造端，国内具备二极管、MOS 两个完整产线的只有上海积塔一家，且其产量较小，年产量不足 3 万片，扩产后也只能达到 5 万片远未满足市场需求。

【问答环节】
Q：SiC 应用后对电驱系统、电源系统生产上是否有新要求？SiC 应用后单车价值量如何变化，对充电桩有什么要求吗？
SiC 应用后，对生产而言变化不大，只是对绝缘的要求更高，但是以往的标准都是以2500V 做绝缘的，所以整体的影响不大。
SiC 使用后价值量会上升，以最常见的 150~180KW 为例，IGBT 与 SiC 的差价约为2000~2500 元。就电控来说，基电控的价格约为 3000 元，其中功率模块的价格介于1200~1400 之间，其余模块的价值约为 1600~1800 元，更换为 SiC 之后其余模块的价值基本不变，功率模块价值上升为 3000 元左右，整个成本提高到 5000 元上下。功率半导体模块价值占电控整个模块的价值超 60%。
传统的充电桩最高电压一般是 600V 左右，导致 800V 电池只能充 7-8 成的电，所以将来会要求适配充电桩 1000V~1200V。2020 年已经在开始建造 1000V 的充电桩，但建设量仍然跟不上需求。由于很多主机厂规划在 22 年~25 年期间建造 750V 的充电桩，25 年之后 1000V 的充电桩才会成为主流。

Q:超结 MOS 在充电桩应用趋势未来会被 SiC 替代吗？
OBC 和 DCDC 都是偏高频，基本都是用超结 MOS 器件。这两个场景功率不太高， mos加三电平结构，峰值效率 94~95%。SiC 替代以后，效率提升、体积变小且结构会变简单，未来取代是基本必然趋势。

Q：Wolfspeed  与英飞凌、罗姆等比，器件水平如何？
Wolfspeed 之前的销售是偏军品，后来开始先后做衬底和功率器件。CREE 本质上是材料供应商，是真正想推广 SIC 市场，而英飞凌和安森美开发比较慢。Wolfspeed 在 14~15年前后推出了第三代 SiC 产品，是目前他们主推的产品。
技术水平来看，CREE 的技术在一些工艺上是领先的，对材料的理解更深入一些，Mos器件相对简单。在接下来的 3~5 年，英飞凌路线图更激进，可能会重回领先地位。安森美、意法和罗姆这三家公司，未来不会太差，但应该不会超过 CREE.

Q:后续 SiC MOS 器件结构是否还是从平面型往沟槽型过渡？
平面型比沟槽型好做，设计和工艺简单，而且平面型没有专利壁垒。罗姆、博世和英飞凌这三家都是沟槽型，目前表现的性能还可以。如果短时间内还没找到提高 SiC 沟道迁移率的方法，那么沟槽栅会出现且会慢慢占据主流，但如果从制备工艺、材料等环节找到了方法，可能沟槽栅不一定会成为未来的发展方向，因为工艺复杂，成本高且良率低