活動現(xiàn)場，英飛凌科技（中國）有限公司大中華區(qū)汽車電子事業(yè)部市場負責人秦繼峰發(fā)表了演講。

 

 

以下為演講實錄：

 

首先，為什么車用功率半導(dǎo)體在電氣化的過程中特別重要呢？我看了百人會的會議宣傳材料，里面也說的很清楚了。我們還是用數(shù)據(jù)來說話，傳統(tǒng)的動力總成的車，車里面的半導(dǎo)體價值平均大概是350美金，功率半導(dǎo)體大概占了20%，就是70美金，而隨著電氣化的發(fā)展，以純電動車為例子，里面半導(dǎo)體的價值增加了一倍，就是700美金，而其中大概一半都是功率半導(dǎo)體。也就是說汽車在電氣化的過程中，增量的半導(dǎo)體市場絕大部分都在功率半導(dǎo)體方面，這也是為什么車用功率半導(dǎo)體是一個關(guān)鍵的話題。

 

接下來我給大家分享幾個方向：第一，總結(jié)一下車用功率半導(dǎo)體目前市場的情況。第二，探討一下第三代功率半導(dǎo)體，以及功率半導(dǎo)體的封裝以后的發(fā)展趨勢，第三，在發(fā)展過程中的機遇和挑戰(zhàn)。

 

首先看一看電動車里面有哪些應(yīng)用需要用到功率半導(dǎo)體。如果看左邊的這個圖，功率半導(dǎo)體應(yīng)用主要分三類：第一類是主逆變器，就是直接驅(qū)動馬達、大功率，這里面主要用到大功率的IGBT模塊；第二類是和充電相關(guān)的應(yīng)用，比如車載充電器(OBC)、直流電壓換器（DC/DC）。第三類是輔助類的應(yīng)用，這里面包括了PTC加熱器、空調(diào)壓縮機、水泵、油泵等，這里面主要用的是IGBT分立封裝的解決方案。

 

右邊這張圖針對這三類應(yīng)用給出了相應(yīng)的主流器件和功率等級的范圍，大家可以看到這里面的趨勢。如果我們現(xiàn)在看，從前道晶圓的角度來說，硅的解決方案300V以下還是MOSFET， 600V以上是IGBT。而第三代半導(dǎo)體的解決方案，特別是碳化硅，已經(jīng)逐漸開始在主逆變器、OBC、DC/DC、壓縮機里面開始應(yīng)用了。接下來我會從前道（晶圓）、后道（封裝）兩個方面跟大家分享。

 

針對晶圓的技術(shù)，英飛凌對以后市場的預(yù)測大致如下： （如PPT）左上角這張圖，我們認為，一直到2025年硅還是占了主導(dǎo)地位。而碳化硅現(xiàn)在整個市場大概是在1%到3%，隨著碳化硅技術(shù)的發(fā)展，到2025年大概1/5的市場會使用碳化硅的方案，考慮到新能源車的量將會越來越多，所以這個市場是非常可觀的。

 

如果我們專門來看看碳化硅的市場，封裝形式有裸片、有分立器件、還有模塊。那么碳化硅的市場以后哪一種封裝會更有優(yōu)勢呢？我們看到現(xiàn)在大部分產(chǎn)品這個市場上還是用碳化硅二極管和碳化硅MOSFET的方案，而到了2025年大部分的市場會被碳化硅的模塊占據(jù)，這是為什么呢？ 這里我先賣一個小關(guān)子，希望我后面的分享可以給大家解答這個問題。

 

了解了硅和碳化硅的市場，下面的問題就是，碳化硅和硅相比有哪些技術(shù)優(yōu)勢？首先是功率密度的提高：汽車里面空間是非常小的，所以功率密度的提高是以后的發(fā)展趨勢，碳化硅器件的特性可以不僅使功率半導(dǎo)體的封裝相比較硅的方案做得更小，而且使與功率器件配套的無源器件和散熱器都做得更小。其次是系統(tǒng)效率的提高：比如說用在主逆變器里面，用碳化硅模塊和IGBT模塊相比可以提高大概5%的系統(tǒng)效率，那對于整車廠就有兩個選擇：第一，用相同的電池容量，續(xù)航里程可以高5%；第二，如果設(shè)計相同的續(xù)航里程，電池容量可以減5%。比如Model 3大概是80度的電池，5%就是4度電，目前按照每度電大概人民幣700-1000元來算的話，節(jié)約下來的成本還是比較可觀的，當然這里面還要考慮到碳化硅模塊會比IGBT貴一些，以后這個平衡點怎么找是碳化硅模塊什么時候進入市場的關(guān)鍵。最后碳化硅還有一個重要的優(yōu)勢，就是非常適合高壓的應(yīng)用。我們看到一些主流車廠已經(jīng)把車的電池電壓提高到了800V，以后的高壓直流充電樁里面也是用的高壓，在這些高壓的應(yīng)用里，以后碳化硅，特別是高壓的1200V的碳化硅比硅會更有優(yōu)勢。

 

這里講的碳化硅這么多優(yōu)點，大家可能會想為什么現(xiàn)在的碳化硅只有2%、3%的份額？我們來看下面我們總結(jié)的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈成功的四個因素：襯底、器件、產(chǎn)品組合、系統(tǒng)。

 

第一，襯底和晶圓。碳化硅晶圓的生長比硅慢一些，碳化硅比較硬，切割稍微困難一點。比較重要的是，目前碳化硅主流的晶圓尺寸還是6寸，而硅已經(jīng)到了12寸。這是什么概念？如果一片6寸的晶圓能切割成100個裸片，那放到8寸相同的尺寸的裸片就可以有180個，放到12寸那就是405個，而晶圓尺寸從小變大造成的成本增加小于對應(yīng)的裸片數(shù)量的增長，這樣每一個裸片的成本隨著晶圓尺寸的增長而下降。我們預(yù)計碳化硅的模塊2022、2023年以后會是慢慢起量的一個時間點。第二， 器件，英飛凌使用了業(yè)界領(lǐng)先的基于溝槽的結(jié)構(gòu)，能更好地提升碳化硅產(chǎn)品的性能。

 

而接下來的兩點針對碳化硅和硅都適用，裸片生產(chǎn)出來后，需要合適的后道封裝的配合，才能體現(xiàn)整個產(chǎn)品的最優(yōu)價值。下面我們把視角從前端（裸片和晶圓）移到后端（封裝），看看封裝發(fā)展的趨勢。

 

這里列了一下英飛凌目前提供的一些比較主流的封裝，包括分立器件封裝， 三相模塊封裝， 雙面水冷封裝，Easy 半橋模塊封裝。為什么有這么多的封裝？這是由不同的使用場景來決定的。 以主逆變器應(yīng)用為例子：我們看到分立器件是業(yè)界比較成熟的，用在功率比較小的應(yīng)用，A00、A0級的電動車用得比較多。 我們看到之前補貼退坡造成A00在市場的占比有所下降，市場轉(zhuǎn)向了需要更高功率的A級以上的車。當功率上去以后，如果用分立器件，就需要更多的并聯(lián)，并聯(lián)多，問題就出來了，怎么保證每一個并聯(lián)器件的一致性是一個關(guān)鍵問題。所以大功率的車會更適合三相模塊的應(yīng)用。雙面水冷的模塊，也是以后業(yè)界的一個趨勢，雙面水冷具備更好的散熱性，能提高功率密度，比較適合在空間要求比較小，比如混合動力汽車的應(yīng)用。英飛凌還有Easy封裝的半橋模塊，給用戶提供更靈活的解決方案。

 

不同的使用場景需要多樣化的封裝方式，那未來發(fā)展的趨勢是什么樣的呢？我們來看看下一頁的例子。英飛凌在2019年做了一件很重要的事， 那就是我們成功把HybridPACKTM Drive系列的產(chǎn)品推向了市場。我借用這個例子給大家講一講以后封裝的趨勢： 那就是產(chǎn)品組合易延展、熱性能提升、減少寄生電感、以及更高的集成度。

 

首先產(chǎn)品組合的易延展性是很重要的。這樣可以幫助開發(fā)者更快速簡單的設(shè)計配套的系統(tǒng)方案，而無需改變系統(tǒng)的設(shè)計就能實現(xiàn)不同的系統(tǒng)功率的需求，比如散熱器或者水冷系統(tǒng)。我們推向市場的四個HybridPACKTM Drive系列的產(chǎn)品， 里面的晶圓都是一樣的，而如果把模塊拆開來看，就可以看出，在封裝上我們使用不同的外殼連接器, 陶瓷板和底基板組合來實現(xiàn)不同的性能需求。