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隨著汽車四化進(jìn)程的演進(jìn)，電動(dòng)化作為相對(duì)獨(dú)立的單元，其技術(shù)進(jìn)步得到第三代寬禁帶半導(dǎo)體應(yīng)用的推動(dòng)，相關(guān)器件搭載率提升的同時(shí)，也為SiC技術(shù)公司的增長(zhǎng)帶來(lái)動(dòng)力，技術(shù)進(jìn)步的背后，是降本增效的需求。
圍繞驅(qū)動(dòng)，一個(gè)趨勢(shì)是電動(dòng)汽車電壓平臺(tái)將由目前的400伏轉(zhuǎn)向800伏。派恩杰半導(dǎo)體創(chuàng)始人兼總裁黃興博士認(rèn)為，不論是電池的充放電還是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，800伏電壓平臺(tái)系統(tǒng)的重量更輕、體積更小，效率也更高。另外，使用800伏的系統(tǒng)，整個(gè)線材的電流會(huì)更小，可以使用更細(xì)的銅線，面積從95平方毫米降低到35平方毫米，在減少線材使用成本的同時(shí)，提高了布局布線的靈活性。
從功率器件的成本看，800伏電壓平臺(tái)的功率器件，一般使用1200伏的功率器件，就每千瓦數(shù)的成本而言，800伏電壓平臺(tái)的功率器件相比600伏或者700伏、400伏的功率器件要更便宜。
除了汽車平臺(tái)降本增效的需求，碳中和目標(biāo)也為SiC的應(yīng)用提供了增長(zhǎng)的大環(huán)境——國(guó)家相關(guān)指導(dǎo)綱要中明確提出，到2025年，國(guó)內(nèi)乘用車平均百公里電耗要低于12度電，新能源汽車的年銷量要占到20%。目前，即使是特斯拉model 3，其百公里電耗也要15度電左右，蔚來(lái)約23度。要實(shí)現(xiàn)2025電耗目標(biāo)，SiC技術(shù)是必選。
“以去年一年銷售2500萬(wàn)輛汽車為例，20%的汽車銷量就是500萬(wàn)輛汽車，大約要用到100萬(wàn)片6英寸SiC芯片，僅主驅(qū)逆變器的使用預(yù)計(jì)就是500億人民幣的市場(chǎng)。”黃興分析，“把1200伏的IGBT和1200伏的SiC進(jìn)行比較，在10 kHz 工作頻率，SiC能降低38%的損耗；在30 kHz工作頻率，SiC能降低約60%的損耗。隨著電機(jī)小型化以及靜音的這些要求，就有需要把開(kāi)關(guān)頻率提升到30KHz以上?！?/p>
對(duì)于SiC的規(guī)模應(yīng)用而言，成本是最大的障礙，目前，同樣功率等級(jí)的SiC的成本約為IGBT模塊的2.5倍（貴2000左右）。不過(guò)，由于效率更高，所以在同樣的續(xù)航里程下，可以減少電池的裝配容量。特別是長(zhǎng)續(xù)航里程的車，電池成本可以節(jié)省人民幣3600-7000元，這對(duì)車企來(lái)說(shuō)，顯然更劃算。此外，SiC每年會(huì)有約20%的價(jià)格降幅，而IGBT已經(jīng)不會(huì)再降。
如果從上游制造成本分析，SiC的優(yōu)勢(shì)更明顯?！耙獫M足每年500萬(wàn)輛汽車的需求，投資一條IGBT線需要人民幣70億元，而投資一條SiC線去滿足這個(gè)500億的市場(chǎng)，只需要16億。”黃興說(shuō)，“此外，高速電機(jī)將成為主流。不僅功率密度更高，同時(shí)減輕了電機(jī)本身的重量。1萬(wàn)轉(zhuǎn)的電機(jī)和23000轉(zhuǎn)電機(jī)相比，前者重量是16.4千克，而后者只有5.6千克，整個(gè)電機(jī)重量降了3倍?！?/p>
高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)將主要采用SiC器件。面對(duì)這樣一個(gè)確定性的增長(zhǎng)機(jī)遇，有著十余年SiC功率器件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，全球首位在6英寸SiC晶圓上做出3300伏MOS功率器件的的黃興決定從美國(guó)北卡州立大學(xué)回國(guó)創(chuàng)業(yè)，成立派恩杰半導(dǎo)體。三年后，該公司650伏、1200伏和1700伏SiC SBD和MOSFET已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并已在400伏主逆變器、PV 1500伏平臺(tái)、OBC、DCDC通信電源等領(lǐng)域批量應(yīng)用。其中1700伏SiC應(yīng)用于工業(yè)輔助電源，目前也是該領(lǐng)域唯一一家國(guó)產(chǎn)器件供應(yīng)商。
圖：派恩杰半導(dǎo)體1700伏SiC應(yīng)用于工業(yè)輔助電源，目前是該領(lǐng)域唯一一家國(guó)產(chǎn)器件供應(yīng)商。
“我們的MOSFET的HDFM指標(biāo)全球領(lǐng)先，產(chǎn)品目錄在國(guó)產(chǎn)器件中非常全面?！秉S興說(shuō)，“我們和全球最大的SiC代工廠X-FAB合作，他們有30年的車規(guī)歷史，所以我們的芯片完全符合車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。目前代工廠的芯片年供貨量能達(dá)到上百KK，其中SiC產(chǎn)品的月產(chǎn)能超過(guò)5000片。一輛車主驅(qū)完全使用SiC的話，一張晶圓約可滿足5輛車。同時(shí)，我們也是JEDEC標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的成員公司，參與制定SiC和GaN相關(guān)功率器件的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>
作為面向?qū)捊麕Чβ势骷墓荆S興的理想是讓派恩杰成為中國(guó)的英飛凌、羅姆和CREE，建立起自主可控的產(chǎn)業(yè)鏈，而國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了契機(jī)。目前國(guó)內(nèi)主機(jī)廠，不僅新興汽車廠，如小鵬、蔚來(lái)、理想，包括比亞迪、上汽、北汽等這些傳統(tǒng)車廠，都在向電動(dòng)車發(fā)力。其中比亞迪、吉利在OBC上已大量使用SiC器件。不同于主驅(qū)逆變器的嚴(yán)苛要求，OBC車載充電機(jī)的應(yīng)用門檻相對(duì)較低，車廠可以先在OBC導(dǎo)入SiC器件進(jìn)行驗(yàn)證，再導(dǎo)入到應(yīng)用要求更高的主驅(qū)逆變器上。
由于國(guó)內(nèi)成熟的SiC器件供應(yīng)商并不多，國(guó)產(chǎn)車廠相關(guān)供應(yīng)商還是以CREE、羅姆、ST、英飛凌等為主。派恩杰已經(jīng)拿到一些車廠的供應(yīng)商資質(zhì)，并且產(chǎn)品設(shè)計(jì)和性能可以和CREE、ST實(shí)現(xiàn)pin to pin替換。黃興表示，在OBC，派恩杰是目前極少數(shù)幾個(gè)送樣產(chǎn)品已通過(guò)測(cè)試的國(guó)產(chǎn)廠商之一。而主驅(qū)逆變器方面，像比亞迪，也基本是采用CREE的SiC器件，由于需要更長(zhǎng)的驗(yàn)證周期，國(guó)產(chǎn)器件的導(dǎo)入尚需時(shí)日，派恩杰已經(jīng)就一個(gè)樣品和封裝廠、車廠開(kāi)始預(yù)研。?
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