特斯拉高調“減碳”，SiC高成本之殤，器件廠商如何應對？

電子發燒友網報道（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，即給碳化硅產業鏈企業帶來了一波地震，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，可見消息對整個產業鏈的打擊。

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，業界對于其降低碳化硅用量的方案已經有相當多的討論，下文我們將對目前業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理周駿峰在接受電子發燒友采訪時表示，特斯拉高調“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業將呈現對碳化硅“井噴”式需求，所以產業熱度并不會降低。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母線電壓架構向800V轉變。

“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溫下工作；或者特斯拉對電機進行革新，改進升級電驅系統，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）規模。而SiC對降低電動汽車能耗是具有實打實的效果的，特別是在800V高壓平臺中，SiC相比硅基IGBT的優勢會更加突出。理想汽車CEO李想近期就在公開活動上表示，公司實測結果顯示，SiC模塊配合800V高壓平臺，與同樣驅動方式的400V平臺產品相比，可以節省約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業加速降本。

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電氣架構環境下，相較于硅基器件，碳化硅依舊是電動汽車主驅逆變器、OBC、暖通空調壓縮機驅動等應用的最優方案。若未來隨著工藝技術精進及產能的提升，碳化硅器件成本下降，包括特斯拉在內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模應用的甜蜜期。

而對于近幾年在產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能落地的狀況?！皣鴥忍蓟璁a業鏈都在積極擴產，但產能還未真正大規模釋放，產能等方面與海外巨頭還有差距。國內碳化硅產業要依靠整個國內產業鏈的合作與深度協同，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?！?，而目前眾多擴產產能距離落地還有一段時間，短期難以大幅拉低成本。

在現階段，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構，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則呈現出更佳的電學特性，其優勢包括：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，業界普遍認為溝槽型被是最有希望提升SiC MOSFET性能的結構，芯塔電子作為國內最早布局溝槽型SiC MOSFET專利技術企業之一，無論是未來優化產品成本，提高設計工藝方面都極具優勢?！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器件的產量能夠得到顯著提高。同時伴隨著襯底產能的擴產，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，優秀的器件廠商隨著產品良率的不斷提升和產業規模效應的不斷顯現，將持續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、團隊實力和產業資源的影響下將快速分化，SiC賽道內的龍頭玩家將實現盈利高速成長。

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平臺，從芯片設計層面具備技術優勢實現成本與性能的平衡，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理 周駿峰