碳化硅专家最新交流纪要–20220830
Q：SiC目前上车情况？未来时间表和量的估计？ 使用SiC车企情况：寻求多家供应商；未来自己做封装，将各家供应商芯片兼容在自研封装模块里；对SiC需求量很大，2024年800V车型基本标配SiC作为主驱。 1）上车情况与车的等级、车企定位有关。 基本是头部玩家在做，大部分车型为20万-30万元，包括蔚来的新平台、理想的Whale和Shark平台、小鹏H93之后的几代都会用SiC。北汽、广汽、长安汽车等传统车企对SiC需求不大，只是预研项目，和SiC目前成本较高有关。 2）使用SiC的头部玩家想自己做封装，目前车主要用供应商的模块和芯片做集成方案，以HybridPACK封装为主，如蔚来的ET7，小鹏的G9。 24年下半年-25年上半年预计含Tier1在内的大量车企适用于800V-900V平台的自研SiC模块将会SOP，如蔚来、小鹏、理想、Tier1的汇川、吉利、广汽、赛力斯、华为等都在和安森美谈合作：安森美提供1200VSiC芯片，模块封装由车企或合作代工厂负责，出货量预测较大，一年为50万辆车及以上。 这几家车企也在布局芯片，力图锁定2024-2030年的SiC供应。 3）目前能提供车规级主驱SiC模块的供应商很少：只有英飞凌、安森美、ST、丹佛斯和赛米控，Wolfspeed能供一半，但国内选择不多；国产的中车、斯达也有类似的HybridPACK模块。 4）400V平台HybridPACK使用较主流，也有少量塑封模块；800V平台中每家都倾向用自研的塑封模块，因为传统灌胶模块在可靠性、杂散电感、工作温度、兼容性等电热学特性方面有局限，塑封模块将是下一代主流，但缺点是每家路线图不同，车企供应链风险大，基本每家车企都有2-3家供应商，HybridPACK为兼容性方案，调配控制参数即可，而2-3家供应商的塑封模块需要2-3套设计方案，因此车企希望自己定义模块/接 口，供应商只提供芯片，只用一套方案的同时保证供应链安全。 5）总体对SiC需求量很大，2024年800V车型基本标配SiC作为主驱。 400V下，SiC和IGBT性能区别不大；750V下，IGBT的Vcesat（饱和电压）和SwitchingLoss（开关损耗）还可以；800V下，器件比400V需要高一倍的耐压，厚度要求更高；1200V下，为保证导通能力需要将离子注入浓度提高数倍，开关损耗很大或者器件要很厚，IGBT性能会下降很多，SiC的RDS（on）、开关/导通损耗和低压相差不大，性能好很多。 双驱系统的高/低端车都只用一个SiC逆变器，四驱会用SiC主驱配合永磁电机，IGBT和感应电机作为辅驱。 主驱优化方向是提升效率、里程，辅驱是控制成本，因为运行一般只需主驱的180-220kw单电机，150-300kw的辅驱大部分情况下不会启动，性能好坏对整体里程影响不大。 实测数据显示：400V下，SiC代替IGBT效率能提高3.5%-4%，800V下能提升7%-8%。 Q：各家车企使用SiC的具体车型？ 1）蔚来：目前为2.9平台，对应ET7车型；在做3.9平台，对应ET5、ES7等车型；下一代为Titan和Thunder两个4.0平台。 Titan主要做800V的SUV，是主品牌，副品牌阿尔卑斯面向大众市场，目标价约3万美元或更低，和Model3一个等级，对成本控制很严格。 蔚来自己做封装另一个原因是控制成本，因为自研封装可以兼容Titan和Thunder平台，走量很大，规划peakyear能达100万辆车，对应300多万个塑封半桥模块，每个模块约含12个芯片，产能需求很大。 2）小鹏：H93和G9后的下一代平台都会用SiC，G9之后也都会沿用800V系统，意味着1200V的SiC需求量会越来越大。 3）理想：L9之后，Whale和Shark平台是主品牌的延续，做高端、大型的SUV、MPV。 和小鹏类似，一部分产能由Tier1如汇川、联电、华为、博格华纳和采埃孚等供应IGBT和SiC主驱，同时逐步提高内部在模块、模块集成的逆变器、主驱系统上的产能。 蔚小理三家准备/已经和Wolfspeed、安森美签订长期供货协议，SiC需求和衬底需求增幅都很大，产能比较紧缺。 Q：SiC未来需求情况？ SiC需求：22-24年随新车型发布迅速增长，产能增长更慢，缺口会增大且没有缓解趋势，因此车企希望有战略合作而不是市场买卖。 每家都有战略合作计划：ST的雅典娜计划，安森美的LTSA（Long-termSupplyAgreement），英飞凌和Wolfspeed都有长期共同扩建产能的计划。 由客户提供未来5年的车型和需求，安森美根据需求投产线，客户会分担一部分，更重要的是提供每年需要的量，在3-5年周期中根据客户（尤其是核心客户）的需求投资产能来保证供给。 Q：未来由灌胶模块转为塑封模块的原因？ 由灌胶模块转为塑封模块是因为塑封方案具有五方面优势。 1）可靠性：传统灌胶模块需用铝线和焊接技术，基材一般，并使用果冻胶凝胶形式。传统IGBT的模式套用于SiC做HybridPACK，相同电流下SiC面积远小于IGBT。 电流要通过键合线，IGBT上可以打很多线，线均电流密度小；SiC面积很小，线数目有限，线均电流密度大很多，线温高且发热多，长时间老化线体会脱落造成连接问题和模块损伤，用Clip（条带键合）的形式能将可靠性提高10倍左右。 传统HybridPACK模块用回流焊形式，将IGBT放入温箱里加热融化焊锡，之后把芯片放在基板上做模片固定。 从Si基到SiC基，杨氏模量和CTE变化很大，SiC边角压力和热膨胀系数会大四倍，温升会产生裂痕、分层、空洞，热阻增加，结温升高，可靠性下降。 解决方法：改变模块封装形式，铝线换成铜线或铜排，以提高可靠性和载流能力；焊料换成银烧结，热阻降低有利于增强散热能力，多孔纳米银材料可吸收热膨胀带来的张力，可靠性和热管理能力会提升。 灌胶是液体形式，震动时对键合线产生惯性力，拉扯会造成疲劳和老化，灌胶过程中还可能有气泡、湿气和水汽，高温高湿度下果冻胶模块容易损坏，塑封模块对湿气控制、散热能力会好很多。 下一代SiC封装的革新：在于封装材料和形式的变化，因此带来了塑封路线图。 博格华纳、德尔福、特斯拉和ST的T-PACK基本不用果冻胶，做小的塑封器件；赛米控、丹佛斯的单/双面直接水冷的塑封模块都是下一代流行趋势；之前用单管并联的阳光、赛力斯、吉利都有可能用类特斯拉方案取代之前TO-247单管方案。 2）性能（杂散电感等）；SiC为单极性载流子，开关速度很快可大幅降低开关损耗，但DIDT和DVDT很大，会产生杂散电感、寄生电容等，IGBT 开关速度慢，影响不大。 汽车/工业用62mm主流模块在功率回路中通过DBC、键合线和连接引起较大的杂散电感，配合SiC高速开关的特性会产生强震荡，一会影响可靠性，二会产生杂音。 抑制震荡的方法：降低杂散电感。 震荡源于能量的来回释放，包括电感和电容间能量互相转化。 一可以把键合线换成Clip（条带键合），利用互感或一些设计降低电感，二是改变模块的设计，三是改变连接处，特斯拉的T-PACK用激光焊，相比传统打螺丝方案能大幅降低连接处的寄生杂散电感。 HybridPACK的杂散电感约30-40nH，塑封模块可低于5nH，可以适应SiC的高速运行。3）工作温度；4）性价比；5）市场需求。 Q：使用SiC能增加还是减少外围电容和电感消耗量？肯定会减小，但减小空间不大。 主驱目前用10k开关频率，若升级到16k体积会减小40%左右，（各行业纪要+v：hjk985211)改进不明显；OBC用了SiC之后电感、电容会大幅降低，6.6kWSi基OBC可以用SiC做到11kw，等效体积降低很多，SiC高频特性在OBC上应用很广，带来薄膜电容很大节约，汽车主驱变化不大。 Q：详细介绍一下AMD基板和DBC基板？ DBC陶瓷基板绝缘性强，由铜加陶瓷加铜组成，主要是陶瓷不一样。 AMD和DBC工艺不同，对终端用户来讲，本质区别是AMD把DBC中间的陶瓷基板从氧化铝换成氮化硅/氮化铝，热阻低很多，散热能力好很多：相同芯片热阻降低10%-20%，电流能力能提升10%-20%。 SiC芯片很贵，尽量少用SiC芯片，改变热阻来提升电流能力，氧化铝要用8颗芯片，换成氮化硅6/7颗芯片能做到。基板会多花钱，整个模块可以降本。 因此大家希望用更好的材料匹配SiC的应用，最大限度提升性能。 Q：主机厂做封装壁垒大吗？ 斯达、时代电气原本封装技术转到SiC有优势吗？ 车企有点激进，内卷严重，电机、电控没有新的东西，他们就想布局上、下游。 下游做整车集成，上游更多面向原材料和半导体，因为门槛最低和供应问题想做封装，但其实并不好做。 蔚来、小鹏、理想都和传统封装厂/半导体厂商合作：三安光电和理想联合建厂；小鹏想找斯达合作，但斯达和科锐、Wolfspeed闹掰了，现在在找中芯集成做，小鹏负责提供芯片和模块设计，中芯负责提供代工线；蔚来也想扶植小的封装厂。 车企都想做但能力不强，目前设计和整车需求自己做，代工交给第三方，技术成熟后可能自己做产线。吉利和芯聚能、芯越能，基本半导体和广汽、汇川和宏微都是类似模式，都找现有半导体厂商合作。 Q：汽车主驱、OBC的SiC模块价格水平？ 1）高端车OBC的SiC模块约120-150美元，用十几颗SiCMOS，每颗7-8美元，还用一些IGBT，加起来是一百多美元；2）主推的主驱SiC模块方案用HybridPACK，一个模块用48颗芯片，考虑到良率和用材较好，如DBC的氮化硅、银烧结，成本很贵，售价约600-700美元，能供220kW的电机。 3）OBC和主驱是使用SiC最多的两部分，加起来约800美元。Q：HybridPACK模块所用48颗芯片是多大安培的？ 单颗芯片RDS（on）为13-15mΩ，对应100A左右。整个SiC模块对应600-700A，最高能做到800A。 主流的芯片售价约22-25美分/平方毫米，一般大小为25平方毫米，一颗芯片售价约5-6美元。 Q：主驱模块对应芯片、衬底价值量分布占比？芯片占60%-70%。 以1200VSiCMOS为例，衬底价值量占约50%；外延占20%；Frontend（前道）占10%-20%；封装占30%。衬底占比最大，也是供应链短板和缺货点。 封装成本也包括良率，国产封装厂、纯封装代工厂最大问题在于良率难以控制，折合成本就很高，SiC芯片贵，因此良率比IGBT重要很多。 Q：能提供有效衬底产能的有哪些合格供应商？ Wolfspeed产能最大，占9成；安森美去年收购了GTAT作为内部供应商做垂直整合，约占1成，还有其他供应商在评估，但都是海外供应商。目前衬底还没有国产合格供应商，其产能、良率、一致性都和国际大厂区别较大。 安森美以前欠缺的是前端从碳粉、硅粉做到晶柱的过程，GTAT做长晶炉设备，系统成熟能很快扩产，还有一定的SiC产能和经验，刚好互补。预计2025年占比从1：9变成9：1，Wolfspeed供应量基本稳定，相当于GTAT的供应量要增加数倍。 Q：2023-2025年全市场SiC车型的量有多少？ 每家车企预测都很大，几乎都是30-50万辆/年，有的达到100万辆/年。 但合理估计，欧美约10家主流厂商，每家约20-30万辆/年，总计200-400万辆/年。一个晶圆能做6-7辆车，因此需晶圆产能约30万片/年。 预计2025年汽车市场的需求为70万片，2030年约200万片。 Q：怎么看规划的晶圆年产能远多于30万片？ 所谓产能都是国产的，离真正能用的还有很大差别。 安森美、ST产能扩张计划是根据核心客户的需求来决定的。 Q：SiC上车的认证流程和主要指标？ 和IGBT的指标差不多，先做benchtest（系统级测试），再做DV、PV
