特斯拉高調(diào)“減碳”，SiC高成本之殤，器件廠商如何應對？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）3月初特斯拉在投資者日上表示，將在下一代平臺上減少75%的碳化硅用量，消息一出，即給碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)帶來了一波地震，股價應聲下跌。不僅全球襯底龍頭Wolfspeed當日股價跌幅高達7%，特斯拉目前主要的SiC MOSFET供應商ST當天股價最高跌幅甚至達到8%，國內(nèi)的襯底廠商天岳先進、東尼電子開盤后即跌停，可見消息對整個產(chǎn)業(yè)鏈的打擊。

在投資者日上特斯拉并沒對他們的解決方案做過多解釋，如今這顆“子彈”飛了將近兩周，業(yè)界對于其降低碳化硅用量的方案已經(jīng)有相當多的討論，下文我們將對目前業(yè)界的猜測做一個匯總。

因此，我們比較關注的點是，特斯拉的舉措是否真的會為近年產(chǎn)能擴張投入巨大的SiC上下游帶來負面影響？特別是下游汽車廠商需求的變化下，最先傳導到的中游芯片設計或者是功率模塊廠商。

與此同時，襯底作為SiC器件成本占比最高的部分，盡管價格在不斷下降，但相比硅基功率器件依然高出不少。那么在襯底之外，SiC器件的成本能否通過其他途徑獲得更大程度的下降？

五種“減碳”方案猜想

對于特斯拉在下一代平臺車型中降低碳化硅用量的方案，各方都有不同的猜測。安徽芯塔電子市場經(jīng)理周駿峰在接受電子發(fā)燒友采訪時表示，特斯拉高調(diào)“減碳”的消息一出，感覺市場反應有些過于敏感，綜合目前各類終端市場反饋來看，近幾年碳化硅市場依舊會保持供不應求的趨勢，尤其是新能源汽車產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)對碳化硅“井噴”式需求，所以產(chǎn)業(yè)熱度并不會降低。綜合特斯拉公布關于Model 3的相關信息，他猜測特斯拉下一代車型可能會從目前的400V母線電壓架構(gòu)向800V轉(zhuǎn)變。

“采用800V以后，因為母線電壓較之前翻了一倍，在電機功率不變情況下，流過碳化硅MOSFET的電流減半，這導致碳化硅MOSFET管芯面積縮小。管芯面積縮小后，單片晶圓較之前大電流規(guī)格晶圓出芯率更高，單車使用碳化硅成本降低。換言之，采用800V架構(gòu)后，單車消耗碳化硅晶圓量減少，單片6寸晶圓可供更多車輛，這與特斯拉官宣是吻合的?！?br />
與此同時，周駿峰還提到另外兩種猜測，包括特斯拉供應商對器件封裝技術進行創(chuàng)新，使得熱阻更小，散熱性能更好，器件和模塊可以在更高的結(jié)溫下工作；或者特斯拉對電機進行革新，改進升級電驅(qū)系統(tǒng)，也可能使得對功率器件的需求量減少。

除了上面的三種可能之外，業(yè)界目前還有兩種猜想，其中聲量最大的是采用SiC MOSFET和IGBT混合模塊。在SiC MOSFET和IGBT混合模塊的方案中，大概使用2顆配套6顆IGBT封裝混合模塊，這種模式符合“降低75%用量”的說法。在實際應用中，IGBT載流能力更高，在大電流工況下有一定優(yōu)勢；在功耗方面，SiC MOSFET先于硅基IGBT開通，后于IGBT關斷，而IGBT可以實現(xiàn)ZVS零電壓開關，可以相比純IGBT模塊大幅降低損耗。

不過，由于SiC MOSFET和IGBT的工作頻率差異大，驅(qū)動電路方面混合模塊顯然會復雜很多，封裝難度也會較高。

另一種猜想是采用新一代的SiC MOSFET器件，比如ST的第三代SiC MOSFET芯片面積是第二代的25%，從尺寸上符合75%使用量降低的說法。

SiC襯底價格居高不下，芯片設計階段如何降本

實際上，特斯拉并沒有說要完全放棄SiC，其動力總成副總裁還在會上提到SiC晶體管是一種關鍵的器件，但太貴了，并且難以擴大使用（量產(chǎn)）規(guī)模。而SiC對降低電動汽車能耗是具有實打?qū)嵉男Ч?，特別是在800V高壓平臺中，SiC相比硅基IGBT的優(yōu)勢會更加突出。理想汽車CEO李想近期就在公開活動上表示，公司實測結(jié)果顯示，SiC模塊配合800V高壓平臺，與同樣驅(qū)動方式的400V平臺產(chǎn)品相比，可以節(jié)省約15%的電量。

所以，從投資者日上著重介紹的各種降成本舉措來看，對于特斯拉而言，降低成本是他們首要考慮的，減少SiC用量主要原因或許也是由于SiC當前的價格較高，放出消息幾乎等同于倒逼上游產(chǎn)業(yè)加速降本。

周駿峰表示，碳化硅的價格、單車用量和整體需求是互為影響的，在800V電氣架構(gòu)環(huán)境下，相較于硅基器件，碳化硅依舊是電動汽車主驅(qū)逆變器、OBC、暖通空調(diào)壓縮機驅(qū)動等應用的最優(yōu)方案。若未來隨著工藝技術精進及產(chǎn)能的提升，碳化硅器件成本下降，包括特斯拉在內(nèi)的所有新能源汽車廠商必定會進一步增加對碳化硅需求，從2023年開始，碳化硅MOSFET的價格也即將邁入下游終端大規(guī)模應用的甜蜜期。

而對于近幾年在產(chǎn)能擴張方面投入巨大的SiC上游，目前其實要更加擔心的應該是實際產(chǎn)能落地的狀況。“國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈都在積極擴產(chǎn)，但產(chǎn)能還未真正大規(guī)模釋放，產(chǎn)能等方面與海外巨頭還有差距。國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)要依靠整個國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的合作與深度協(xié)同，才能更好地與海外巨頭競爭?！?br />
SiC襯底在SiC器件成本中占比近50%，因此上游襯底的價格是影響器件價格的最重要因素。不過襯底價格也受到目前襯底良率、產(chǎn)能等影響，正如前面特斯拉動力總成副總裁提到的“難以擴大規(guī)?！?，而目前眾多擴產(chǎn)產(chǎn)能距離落地還有一段時間，短期難以大幅拉低成本。

在現(xiàn)階段，SiC襯底供不應求，價格居高不下，從上游降本的難度較大。那么對于中游的芯片設計公司而言，從芯片設計層面上，有沒有降低SiC芯片成本的方法？周駿峰告訴電子發(fā)燒友，降低芯片成本可以在保證管芯效能的前提下，減少芯片尺寸，以減少晶圓邊緣浪費率，提高出芯率。

具體而言，在設計層面有兩種方法減少芯片尺寸：

一是通過改變外延層厚度和濃度，平衡擊穿電壓和導通電阻，從而達到降低芯片尺寸的效果；

二是通過采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，達到降低芯片尺寸的效果。從理論上來看，平面柵SiC MOSFET的溝道遷移率低，相較之下，溝槽柵SiC MOSFET則呈現(xiàn)出更佳的電學特性，其優(yōu)勢包括：元胞密度高、導通損耗低、開關性能強等，可以進一步降低器件成本。

“目前，業(yè)界普遍認為溝槽型被是最有希望提升SiC MOSFET性能的結(jié)構(gòu)，芯塔電子作為國內(nèi)最早布局溝槽型SiC MOSFET專利技術企業(yè)之一，無論是未來優(yōu)化產(chǎn)品成本，提高設計工藝方面都極具優(yōu)勢?！敝茯E峰補充道。

在通過芯片設計改進，降低SiC MOSFET芯片面積的過程中，在襯底供應鏈不變的情況下，市場上SiC器件的產(chǎn)量能夠得到顯著提高。同時伴隨著襯底產(chǎn)能的擴產(chǎn)，兩方面因素將會促成襯底價格的加速下降。

作為SiC器件廠商，對于未來SiC器件價格的趨勢，周駿峰認為，優(yōu)秀的器件廠商隨著產(chǎn)品良率的不斷提升和產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應的不斷顯現(xiàn)，將持續(xù)推動芯片價格快速下降，降低車企選用碳化硅的成本門檻。同時，未來在原材料成本影響逐步下降的過程中，SiC器件廠商的盈利能力在技術水平、工藝積累、團隊實力和產(chǎn)業(yè)資源的影響下將快速分化，SiC賽道內(nèi)的龍頭玩家將實現(xiàn)盈利高速成長。

換言之，在未來SiC襯底價格進一步下行時，器件廠商是否擁有核心技術和工藝開發(fā)平臺，從芯片設計層面具備技術優(yōu)勢實現(xiàn)成本與性能的平衡，或許會是立足于市場的關鍵。

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安徽芯塔電子市場經(jīng)理 周駿峰