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新能源汽车800V高压超充风口将至!三安光电碳化硅产线快速推进

2022-09-02 23:08:27 656

摘要:电子发烧友原创 章鹰今年,标配800V高压充电的新能源汽车成为市场主流,小鹏G9配备了800V超充,充电5分钟就可以跑200KM,技术上又进步了,极大提高应急能力。极狐阿尔法S全新HI版拥有国内首个800V高压量产车平台,充电功率最高187...

电子发烧友原创 章鹰


今年,标配800V高压充电的新能源汽车成为市场主流,小鹏G9配备了800V超充,充电5分钟就可以跑200KM,技术上又进步了,极大提高应急能力。极狐阿尔法S全新HI版拥有国内首个800V高压量产车平台,充电功率最高187kW,10分钟即可补充近200km的续航里程,电量从30%充到80%仅需15分钟。


图片来自小鹏汽车微信


豪华汽车品牌保时捷推出首款纯电动车型保时捷Taycan,这款车采用了保时捷800V电气架构,这是第一款系统电压达到800V的量产车型,Taycan能够使用更高功率的直流充电,充电功率高达270kW,仅需5分多钟便可满足100 km续航里程所需电量(WLTP标准下)。在理想充电条件下,Taycan从电量5%充至80%仅需22.5分钟。新能源汽车的里程焦虑,一直是消费者购买的痛点之一,800V高压充电到底为何火了?其上游的碳化硅器件如何助力新能源汽车800V快速发展。近日,在南京半导体大会上,三安集团北京公司副总经理陈东坡带来了最近解读和市场趋势分析。


新能源汽车800V时代的超强风口到来 碳化硅器件市场需求上量


“双碳”成为各个国家的主要发展战略,新能源汽车的节能减排成为落实“双碳”的主要抓手之一,因此,“双碳”战略的实施有力推进新能源汽车的加速发展。根据公开数据报道,2021年全球新能源汽车市场是670万辆,同比增长102%。据中国乘用车协会(CPCA)统计,2021年中国新能源汽车销量330万辆,同比增长1.6倍,中国连续7年位居第一。


当下800V高压平台成为主要整车厂重点布局方向,国内新能源汽车厂商比亚迪在这方面非常积极,把汉EV平台下的各种车型电压都提升到600V以上,而且还用了碳化硅的模块。功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心,基于功率半导体的诸多电气技术将在双碳进程中起着不可替代的关键作用。SiC凭借耐高压、耐高温、更高频率的优势,有望在新能源汽车、光伏、工控、轨道交通等高压应用场景中加速对Si基功率器件的替代。


相比于在400V平台中用到的硅基IGBT,在800V平台中普遍应用的碳化硅基 MOSFET,可以使整体系统效率提高8%,而且尺寸和重量也大幅缩小,相同规格的后者尺寸仅为前者的1/10。此外,碳化硅的硬度很大,莫氏硬度9.5级,仅次于世界上最硬的金刚石(10级),具有优良的导热性能,而且它还有一个重要的优势,那就是非常适合在高压环境下进行应用。


三安集团北京公司副总经理陈东坡分析说:“据国际调研机构数据显示,2025年全球新能源汽车销量预计达到2240万辆,假设B级以上车型会优先采用高压平台和碳化硅器件,高压平台车型会达到437万辆,每辆车碳化硅器件使用量为150颗(电驱动、OBC、DC-DC等),那么6寸碳化硅晶圆就会达到219万片。如果乐观估计,874万辆车采用高压平台,6寸碳化硅晶圆就会达到437万片。”


图1:采用800V高压平台车型总量预测 电子发烧友拍摄


陈东坡认为,碳化硅的性能非常优越,前景明朗。但是目前在整个功率器件里面占比很小,在新能源汽车里面导入也是刚刚开始。目前碳化硅主要有三方面的瓶颈:一是衬底的产能,二是成本高,还有可靠性的问题,三、碳化硅MOSFET产品批量供应能力还有一些问题。具体来看,碳化硅材料的硬度高,在切膜的时候成品率会比较低,表面处理难度也比较大,导致碳化硅衬底材料成本高,产能有限。


当前,新能源汽车行业方兴未艾,推动了SiC产业链的快速发展,碳化硅产业链主要由海外厂商主导,全球前五大SiC厂商分布在欧洲、美国和日本,均采用IDM模式。车规级功率半导体企业采用IDM模式,能够将设计与制造工艺、封装工艺与系统级应用更紧密的结合,形成技术闭环,提升产品性能及可靠性。而且碳化硅的应用不仅局限在新能源汽车领域,还包括光伏、储能、电源、轨道交通等等,新能源汽车对碳化硅的消耗和拉动作用会强,大约60%的比重。2025年全球碳化硅衬底总共是282万片,中国是89万片,中国以外的地区是193万片。随着应用增加,未来三年碳化硅处于供不应求状态。


国际的SiC龙头大厂都采用这种全产业链垂直整合的模式,而下面的一些厂商虽然没有布局全产业链垂直一体化的模式,但是它纷纷和上游的材料企业签署长期供货协议或者是联合声明锁定上游的产能,构建虚拟的IDM模式。原因之一,IDM模式更适合新能源汽车的一些需求,三安也是遵循这一行业特征,一开始就围绕全产业链进行布局。


三安光电碳化硅产线布局


具体到器件层面,SiC成熟度比较低,而且要做到高质量低缺陷的调控技术还需要继续提升,最主要的是MOSFET批量制造能力现在国内还不具备。而且模块这方面因为有苛刻的使用环境,还有碳化硅本身的特性,也需要新的封装材料和新的设计。碳化硅MOSFET器件还需要接受更多时间和实践的检验才能更好地满足新能源汽车的发展需求。


围绕着这些问题,三安是如何布局?有哪些核心竞争力?


首先,三安碳化硅业务是放在湖南三安半导体这个主体来完成,湖南三安半导体坐落于长沙高新区,总投资160亿,占地1000亩。2021年6月份一期已经建设完成,6寸晶圆量产,二期预计在2024年完成。主要产品涉及N型功率碳化硅衬底、碳化硅功率外延、碳化硅肖特基二极管/MOSFET芯片、硅基氮化镓外延片、芯片和器件封装。


图2:湖南三安半导体基本情况 电子发烧友拍摄


陈东坡强调,三安具备全产业链垂直整合能力,公司在衬底领域布局生产6寸的导电衬底和4寸半绝缘衬底。在外延芯片制造环节,有碳化硅的MOS和碳化硅的SBD。


图3:湖南三安发展规划 电子发烧友拍摄


作为碳化硅产线主体湖南三安,这家公司具备四点核心竞争力:一,专业平台。长沙工厂只专注于碳化硅、氮化镓电力电子产品的研发与大规模制造。二,垂直整合。完成了从材料制备、加工、外延、封装等等,真正做到一站式服务。三,规模制造。每个环节规划的产能都很大,我们是希望通过规模制造来降低各个环节的成本,从而加速碳化硅和氮化镓功率器件的产业化落地。四、灵活合作。湖南三安目前在碳化硅领域的客户超过200家,既可以做IDM,也可以提供代工,为客户提供多元化的定制化服务。

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