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公號(hào) | 焉知汽車(chē)科技將攜手是德科技于2020年1月份在上海&西安聯(lián)合舉行IGBT研討會(huì)，歡迎關(guān)注和參加,！
一,、以電驅(qū)之長(zhǎng)補(bǔ)電池之短,，功率半導(dǎo)體位居關(guān)鍵環(huán)節(jié)
1、使用便捷性是汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)力的根本使用便捷性是絕大多數(shù)情況下用戶(hù)對(duì)汽車(chē)的接受底線和核心需求,，可簡(jiǎn)明體現(xiàn)為汽車(chē)在某工況/工況組合下 運(yùn)行的行駛時(shí)間和充能時(shí)間,，及對(duì)應(yīng)的行駛路程。
行駛路程越長(zhǎng)（對(duì)應(yīng)續(xù)航能力）/行駛速度越快（對(duì)應(yīng)動(dòng)力性能）,，單次充能時(shí)間越短/充能時(shí)間占總時(shí)間的 比例越?。▽?duì)應(yīng)充能能力），可認(rèn)為整車(chē)的使用便捷性越高,；在充能不便的條件下,，單次充能的行駛路程越長(zhǎng)， 整車(chē)的使用便捷性越高,。
汽車(chē)的續(xù)航能力,、動(dòng)力性能和充能時(shí)間的決定性因素是其儲(chǔ)能（及配套動(dòng)力）系統(tǒng)的本質(zhì)理化屬性,。這已為長(zhǎng)逾百年的汽車(chē)進(jìn)化史所證實(shí)。燃油汽車(chē)儲(chǔ)能及配套動(dòng)力系統(tǒng)主要為油箱,、發(fā)動(dòng)機(jī),。新能源汽車(chē)儲(chǔ)能及動(dòng)力系統(tǒng)（并含帶有高壓電的部件， 耐壓程度有 650V,、900V,、1200V 等不同等級(jí)）包括動(dòng)力電池，驅(qū)動(dòng)電機(jī),，高壓配電箱（PDU），電動(dòng)壓縮機(jī),， DC/DC,，OBC，PTC,，高壓線束等,，這些部件組成了整車(chē)的高壓系統(tǒng)，其中動(dòng)力電池,，驅(qū)動(dòng)電機(jī),，控制系統(tǒng)為純電動(dòng)汽車(chē)上的三大核心部件。動(dòng)力電池相比于油箱,，在鋰電替代鉛酸,、三元替代鐵鋰、三元高鎳化多重技術(shù)趨勢(shì)逐級(jí)推動(dòng)之下,，其有效 儲(chǔ)能仍居于劣勢(shì),；而長(zhǎng)續(xù)航車(chē)型的工況續(xù)航大體可以和燃油車(chē)型相比,，其主要原因是電機(jī)電控相比于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前,，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最高熱效率已經(jīng)突破 40%,。如豐田 Dynamic Force Engine 2.0L 發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)阿特金森循環(huán),、高壓縮比和雙噴射等技術(shù)手段達(dá)到了最佳工況下的高燃效,。電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有效率高（高效區(qū)間效率在 95%以上,，且相對(duì)高效區(qū)間覆蓋范圍遠(yuǎn)大于燃油發(fā)動(dòng)機(jī),，意味著電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)化更有效）、高效區(qū)間大（意味著絕大多數(shù)工況下電能-機(jī)械能）轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn),， 并可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收以進(jìn)一步降低實(shí)際油耗,。
另外，電動(dòng)機(jī)起步扭矩高,，最大功率高,，NVH出色。依托三電系統(tǒng)的新能源汽車(chē)駕駛體驗(yàn)相比依托傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的燃油汽車(chē)具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì),。
整車(chē)層面,，純電動(dòng)車(chē)型動(dòng)力電池包相比于燃油車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)重 300-500kg，而電機(jī)電控比燃油車(chē)型所需的內(nèi)燃機(jī),、變速器,、尾氣處理、水箱,、風(fēng)扇等輕約 200kg,。故燃油、純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的重量,、體積等參數(shù)基本可比,，電機(jī)電控的高效性能也是關(guān)鍵因素。
動(dòng)力電池包內(nèi)部由多個(gè)電池單體（鋰離子電池典型電壓 3.7V）串并聯(lián)對(duì)外輸出直流電,，電機(jī)所需則為交流 電,，需要開(kāi)關(guān)、逆變,、變頻,、變壓等功能，且應(yīng)滿足寬適用溫域,、寬海拔范圍,、長(zhǎng)壽命、高功率密度,、小體積,、 高能效低損耗等應(yīng)用條件,，并盡可能控制成本。上述功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠電控的核心組元功率半導(dǎo)體,。充電器,、 空調(diào)等也需要以功率半導(dǎo)體電力電子裝置。
圖表9：典型 EV/HEV 電路結(jié)構(gòu)圖
二,、電車(chē)需求結(jié)合材料本質(zhì),，硅 IGBT/碳化硅 MOSFET 脫穎而出1、半導(dǎo)體,，基材提供能隙摻雜控制電導(dǎo)半導(dǎo)體材料的電阻率覆蓋范圍很寬,，在 10-4到 109Ω·cm 之間，且電阻率隨溫度的升高而降低,。半導(dǎo)體的 物理特性由本征能帶和雜質(zhì)能級(jí)模型解釋?zhuān)?/span>半導(dǎo)體基體材料（基材）是固體,，在足夠低的溫度下，其導(dǎo)帶（對(duì) 應(yīng)自由電子的能量范圍）全空,，價(jià)帶（對(duì)應(yīng)價(jià)電子的能量范圍）全滿,，導(dǎo)帶底 Ec 和價(jià)帶頂 EV 二者之間的界限 為禁帶且對(duì)應(yīng)禁帶寬度（能隙）Eg。禁帶的產(chǎn)生是因?yàn)榘雽?dǎo)體原子的所有價(jià)帶電子在足夠低的溫度下要求有完 整的共價(jià)鍵,。溫度稍高時(shí),，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生本征載流子，禁帶寬度也會(huì)稍有變化,。
對(duì)于半導(dǎo)體器件而言,，其關(guān)鍵性質(zhì)是在一定溫度區(qū)間內(nèi)，電導(dǎo)率可以通過(guò)摻雜手段加以控制,。對(duì)于電中性 的 IV 主族,、III-V 主族半導(dǎo)體等而言，進(jìn)行 V 主族元素?fù)诫s,，會(huì)增加電子作為多數(shù)載流子,，形成施主能級(jí)，并 獲得 N 型半導(dǎo)體,；進(jìn)行 III 主族元素?fù)诫s，會(huì)增加空穴作為多數(shù)載流子,，形成受主能級(jí),，并獲得 P 型半導(dǎo)體。
2,、硅是主流基材,，三代半導(dǎo)體碳化硅性能出色半導(dǎo)體功能的實(shí)現(xiàn)受到基體材料理化性質(zhì)的限制。首先,，基體材料需要有一個(gè)較寬的能隙,，以確保在沒(méi)有摻雜的情況下,，本征載流子濃度低于最輕摻雜區(qū)摻 雜濃度的溫度上限較高，且臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)較高,；能隙也不應(yīng)過(guò)寬,，致使自建電勢(shì)和門(mén)檻電壓過(guò)高。其次,，基體材料在禁帶中的能級(jí)應(yīng)盡可能少,，使得阻斷電壓高、漏電流低,。再次,，基體材料需要有足夠高的自由載流子遷移率（電子遷移率高于空穴，故以電子遷移率為準(zhǔn)）,，使得相 應(yīng)功率半導(dǎo)體器件的最大允許電流密度較高,。而且，基體材料需要有足夠高的載流子飽和漂移速度（同樣以電子遷移率為準(zhǔn)）,，使得相應(yīng)功率半導(dǎo)體器件 的最大允許頻率較高,。最后，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),、較高的熱導(dǎo)率等對(duì)高性能器件的實(shí)際應(yīng)用也具有重要作用,。典型半導(dǎo)體材料包括以鍺為代表的第一代半導(dǎo)體材料，以硅為代表的第二代半導(dǎo)體材料,，和以碳化硅,、氮 化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料（均為單晶材料）其中，鍺因?yàn)槟芟短?，允許的工作溫度上限僅為 70℃,，不是主流的功率器件材料；硅綜合性能均衡,、單 晶生產(chǎn)成本低,、易制備二氧化硅絕緣層，是最廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體,、功率器件材料,；碳化硅（晶體結(jié)構(gòu)多樣，其 中 4H 晶型綜合性能最優(yōu)越）禁帶寬,，擊穿場(chǎng)強(qiáng)大,，雖然電子遷移率稍低但可進(jìn)行更重的摻雜，也可制備二氧 化硅絕緣層,，且熱導(dǎo)率高便于散熱,，故耐高壓大電流、有更低的導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗，性能優(yōu)越,，成本高,；氮化鎵 高頻特性好，但以碳化硅為襯底外延是主要生產(chǎn)方法,，成本更高,，且熱導(dǎo)是短板。綜合各種因素,，硅和碳化硅 最適于作為新能源汽車(chē)功率半導(dǎo)體的基礎(chǔ)材料,。3、硅基 IGBT,、碳化硅基 MOSFET 承擔(dān)新能源汽車(chē)功率半導(dǎo)體重任常用的功率半導(dǎo)體器件包括功率二極管（Power Diode,，含 pin 二極管/肖特基二極管） 、雙極型晶體管（BJT）,、 晶閘管（SCR）,、 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）,、絕緣柵雙極型晶體 管（IGBT）等,。不同類(lèi)型功率半導(dǎo)體器件的對(duì)電信號(hào)可控程度、驅(qū)動(dòng)信號(hào),、有效信號(hào)波形,、載流子參與導(dǎo)電情況可能不同。
對(duì)使用同樣基材的半導(dǎo)體器件而言,，其能達(dá)到的開(kāi)關(guān)功率和開(kāi)關(guān)頻率的乘積近似為常數(shù),。對(duì)硅而言，該常 數(shù)約為 109 VA/s：
Psw-hardfsw=Vmax-hardImax-hardfaw ≈ 109 VA/s上述經(jīng)驗(yàn)公式指導(dǎo)下,，不同器件的工作電流,、工作電壓和開(kāi)關(guān)頻率范圍有所不同。
MOSFET 的開(kāi)關(guān)速度快,、開(kāi)關(guān)損耗低,、工作頻率高、所需驅(qū)動(dòng)功率小,、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,，不存在二次擊穿問(wèn) 題。但硅基 MOSFET 在高壓應(yīng)用時(shí),，導(dǎo)通電阻隨耐壓的 2.5 次方急劇上升,，故額定電流和額定電壓較小，只適用于不超過(guò) 10kW 的電力電子裝置（對(duì)應(yīng)于汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域的 12V 或 48V 系統(tǒng)） ,，而對(duì)大功率的純電驅(qū)動(dòng)不適 用。
所以，對(duì)于仍然采用硅基材的純電動(dòng)車(chē)型電控用功率半導(dǎo)體,，有必要以較低的開(kāi)關(guān)速度,、較高的驅(qū)動(dòng)功率 與開(kāi)關(guān)損耗、較復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路和二次擊穿危險(xiǎn)為代價(jià),，將柵極（即圖中門(mén)極）通過(guò)一層氧化膜（p+層）與發(fā) 射極實(shí)現(xiàn)電隔離,，應(yīng)用相當(dāng)于 MOS 和 BJT 組合的，耐壓能力,、電流密度及最大功率更高,，高壓條件下導(dǎo)通電 阻更低的 IGBT 器件。
IGBT 的導(dǎo)通和關(guān)斷由柵-射極（即上圖中源極）電壓 UGE 控制,。其工作原理是柵極電壓 UGE 為正向電壓且 大于開(kāi)啟電壓時(shí),，IGBT 中的 MOSFET 部分形成溝道，提供基極電流,，器件導(dǎo)通,，IC和 UGE大部分保持線性；而在柵極加零或負(fù)電壓時(shí),，溝道消失,，基極電流為 0，IGBT 關(guān)斷,。IGBT 導(dǎo)通電阻的降低是因?yàn)?PNPN 四層結(jié) 構(gòu)帶來(lái)的 PN 結(jié)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),。靜態(tài)電氣特性方面最高柵-射極電壓受最大集電極電流限制，飽和區(qū)類(lèi)似 MOS 結(jié)構(gòu)特性有源區(qū)類(lèi)似于晶體管特性,，所以 IGBT 主要工作在飽和區(qū)（開(kāi)）和正向阻斷區(qū)（關(guān)）,；而動(dòng)態(tài)電氣特性 方面，器件導(dǎo)通需要經(jīng)歷柵極正向電壓-基極電流產(chǎn)生-集電極電流產(chǎn)生的過(guò)程,，故有兩次延遲,；器件關(guān)斷時(shí)因?yàn)?沒(méi)有反向基極電流抽取過(guò)量載流子，故只能通過(guò)集電極傳導(dǎo),，形成拖尾電流,。綜上，IGBT 可以滿足逆變的基本 需求,，但開(kāi)關(guān)速度,、開(kāi)關(guān)損耗等存在一定劣勢(shì)。當(dāng)前硅基 IGBT 系統(tǒng)的綜合效率（以逆變器效率計(jì)）約 92%,， 相比于其峰值效率仍有一定差距,。
對(duì)于試圖利用 MOSFET 器件諸多優(yōu)勢(shì)的純電動(dòng)車(chē)型電控用功率半導(dǎo)體，則需改變基礎(chǔ)材料,，以相對(duì)昂貴 的碳化硅為基材,，控制承壓層深度和摻雜濃度等技術(shù)參數(shù)，最終獲得更高的工作電壓及最大功率以及綜合效率。當(dāng)前碳化硅基 MOSFET 系統(tǒng)的綜合效率（以逆變器效率計(jì)）約 98%,。可以說(shuō)在應(yīng)用層面碳化硅基 MOSFET 相 比于硅基 IGBT 具有本征優(yōu)勢(shì),。
綜上所述，硅基 IGBT 和碳化硅基 MOSFET 是多因素限制下新能源汽車(chē)功率半導(dǎo)體的適宜選擇,；后者性能 更強(qiáng),，但成本也更高；整車(chē)動(dòng)力電池包越大,、電機(jī)最大功率/峰值扭矩越高,，碳化硅基 MOSFET 的作用就越顯 著。三,、硅基 IGBT,，新能源汽車(chē)功率半導(dǎo)體規(guī)模統(tǒng)治者1、技術(shù)幾經(jīng)迭代,，生產(chǎn)工藝復(fù)雜穩(wěn)定IGBT（硅基,，下同）發(fā)明于上世紀(jì) 80 年代的美國(guó)，后引入日本,、歐洲市場(chǎng),。自發(fā)明以來(lái)，其技術(shù)經(jīng)過(guò)了 數(shù)次迭代,，芯片面積降低,，飽和壓降降低，最大工作頻率提升,，損耗降低,。
IGBT 芯片的生產(chǎn)屬于典型的半導(dǎo)體工藝，需要晶體生長(zhǎng),、摻雜,、氧化和掩蔽、邊緣終端處理,、鈍化等基本 過(guò)程,。
高純單晶硅襯底采取區(qū)熔法生長(zhǎng)后切得。
后續(xù)摻雜多使用離子注入方式,；工藝次序?yàn)橄日嬖俦趁妗?/span>除全程高潔凈度要求外,，襯底背面工藝中的減 薄極易使硅片破碎、翹曲,，加工工藝非常重要,。
IGBT 芯片經(jīng)多芯片并聯(lián)、襯板加裝,、基板加裝,、外殼加裝,、硅膠固化密封等封裝工藝后，形成 IGBT 模塊,。鑒于車(chē)用 IGBT 的散熱效率要求比工業(yè)級(jí)要高得多,，同時(shí)要考慮強(qiáng)振動(dòng)條件，因此封裝要求遠(yuǎn)高于工業(yè)級(jí)別,。定制化模塊封裝、雙面冷卻集成等手段是進(jìn)一步提升 IGBT 模塊綜合性能的可行方向,。
2,、國(guó)際巨頭規(guī)模領(lǐng)先，自主企業(yè)日夜兼程IGBT 市場(chǎng)是半導(dǎo)體市場(chǎng),、功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的重要組成部分,。2018 年，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 4688 億美元,， 其中功率半導(dǎo)體市場(chǎng) 717 億美元,，2018 年 IGBT 市場(chǎng)約 58 億美元，其中汽車(chē)用 IGBT 占比約為 1/4,。
根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu) Strategy Analytics 的數(shù)據(jù),，純電動(dòng)汽車(chē)的半導(dǎo)體成本約達(dá) 704 美元，相對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)的 350 美元增加了 1 倍,，功率器件成本為 387 美元,，占比達(dá)到 55%。相比傳統(tǒng)汽車(chē)新增的半導(dǎo)體成本中,，功率器 件成本約為 269 美元,，占總增加成本的 76%。特斯拉 model X 雙電機(jī)版使用了 132 個(gè) IGBT 器件,，總價(jià)值約 650 美元,。我們估計(jì)，根據(jù)整車(chē)電機(jī)數(shù)量,、電機(jī)動(dòng)力性的不同,，新能源汽車(chē)硅基 IGBT 單車(chē)價(jià)值量在近 1000 元到約 5000 元不等，占電控成本約一半,。
全球 IGBT 市場(chǎng)的主要供應(yīng)商包括德國(guó)英飛凌,，日本三菱、富士,，美國(guó)安森美,，瑞士 ABB 等，CR5 約 70%,。主要 IGBT 供應(yīng)商多采取 IDM（國(guó)際整合元件制造商）模式,，經(jīng)營(yíng)范圍涵蓋了 IC 設(shè)計(jì),、IC 制造、封裝測(cè)試等 各個(gè)環(huán)節(jié),；也多和上游晶圓廠之間建立了緊密的聯(lián)系,，上游 12 寸電子級(jí)晶圓供應(yīng)形勢(shì)好。
我國(guó) IGBT 對(duì)外依賴(lài)嚴(yán)重,。根據(jù)智研咨詢(xún)統(tǒng)計(jì),，2018 年我國(guó) IGBT 芯片需求量為 7989 萬(wàn)個(gè)，而產(chǎn)量?jī)H為 1115 萬(wàn)個(gè),。國(guó)內(nèi) IGBT 企業(yè)主要有華虹宏力,、中芯國(guó)際、中科君芯,、士蘭微,、華潤(rùn)微電子、上海先進(jìn),、株洲中車(chē)時(shí)代 電氣,、比亞迪等。總體而言國(guó)內(nèi)企業(yè)仍處在構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈,、提高良率,、追趕國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平的過(guò)程中，但也已 有重大技術(shù)及市場(chǎng)應(yīng)用成果,。比亞迪是中國(guó)唯一一家擁有 IGBT 完整產(chǎn)業(yè)鏈的車(chē)企：包含 IGBT 芯片設(shè)計(jì)和制造,、模組設(shè)計(jì)和制造、大功 率器件測(cè)試應(yīng)用平臺(tái),、電源及電控等,。其車(chē)規(guī)級(jí) IGBT 4.0 產(chǎn)品已并批量化用于其“王朝”車(chē)型。2019 年底產(chǎn)能 預(yù)計(jì)將達(dá) 5 萬(wàn)片/月,，可以滿足其全部新能源車(chē)型每年的需求且有富余產(chǎn)能,。
和國(guó)際 IGBT 供應(yīng)商建立合資公司也是保證產(chǎn)品供應(yīng)的重要手段。如上汽集團(tuán)和英飛凌成立上汽英飛凌汽 車(chē)功率半導(dǎo)體（上海）有限公司,，上汽集團(tuán)持股 51%,。現(xiàn)已實(shí)現(xiàn) 10 萬(wàn)套 IGBT 模塊下線。我們估計(jì),，自主硅基 IGBT 在我國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)中的份額有望逐步提升,；類(lèi)似于合資生產(chǎn)動(dòng)力電池，合 資生產(chǎn)硅基 IGBT 也將是未來(lái)產(chǎn)業(yè)整合的重要趨勢(shì)之一,。四,、碳化硅基 MOSFET，新能源汽車(chē)功率半導(dǎo)體性能翹楚1,、基體材料困難度大,，器件生產(chǎn)工藝復(fù)雜碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈包含制取晶錠,、切割鏡片、外延生長(zhǎng),、獲取芯片,、制造分立器件/模塊等過(guò)程。
單晶硅僅有一種晶體結(jié)構(gòu),，而碳化硅已知的同素異形體數(shù)量逾 200 種,。相對(duì)典型的碳化硅晶型是 3C、4H,、 6H 等,。
和單晶硅不同，碳化硅無(wú)法形成穩(wěn)定的本征熔體（而會(huì)直接升華）,，故不可采用和單晶硅類(lèi)似的本征材料提 拉/區(qū)熔等方式制備；高溫熔體混合物可能制備碳化硅單晶,，但雜質(zhì)不易控制,。
目前生長(zhǎng)碳化硅單晶最成熟的方法是物理氣相輸運(yùn)（PVT）法，其生長(zhǎng)機(jī)理是：在超過(guò) 2000 ℃高溫下將 碳粉和硅粉升華分解成為 Si 原子,、Si2C 分子和 SiC2等氣相組分,；在溫度梯度的驅(qū)動(dòng)下，這些氣相物質(zhì)被輸運(yùn)到溫度較低的碳化硅籽晶上形成較厚的晶錠（上述過(guò)程俗稱(chēng)拉單晶,，但并非以提拉法制取材料）,。相比于提拉/區(qū)熔，PVT 法的物相控制難度更高,，固/氣組分更多,，溫度分布均勻性更差，所以高質(zhì)量碳化硅 晶錠的獲得面臨多種生長(zhǎng)缺陷的威脅：多型,，碳化硅多種晶型的吉布斯生成自由能相近,，故易造成多型共生；微管,，溫度梯度,、雜質(zhì)粒子、籽晶和背底缺陷等易引發(fā)貫穿晶錠/部分晶錠的管道,；工藝控制不當(dāng)容易形成位錯(cuò),；原料中的雜質(zhì)粒子可能嵌入晶錠；真空室中殘留的氮?dú)鉃榫уV的電阻率控制帶來(lái)不確定性,，可能需按要求加以 摻雜調(diào)控補(bǔ)償,；如晶錠形狀偏離圓柱狀較多，則后續(xù)工藝的損耗也較多,。總之,，在基體單晶材料制備方面,，碳 化硅面臨的問(wèn)題遠(yuǎn)多于硅。加之晶錠直徑較硅更小,，8 英寸技術(shù)尚未成熟,，碳化硅的成本高于硅。碳化硅晶錠到晶片制造需要經(jīng)過(guò)滾圓,、切片,、研磨、拋光等多個(gè)工藝步驟,。高質(zhì)量的晶片也是后續(xù)芯片高 良率的基礎(chǔ),。
碳化硅基 MOSFET 芯片的制造需要在導(dǎo)電 4H-碳化硅襯底上外延生長(zhǎng) n 型漂移層，以高劑量離子注入形成 高摻雜 n+源區(qū),、P 阱,、MOS 溝道、歐姆接觸區(qū)和保護(hù)層等,。
碳化硅基 MOSFET 芯片經(jīng)封裝工藝形成相應(yīng)功率器件/模塊,。以特斯拉 Model 3 搭載的意法半導(dǎo)體碳化硅基 MOSFET 器件為例：芯片焙銀連接至氮化硅基板；芯片門(mén)極采用標(biāo)準(zhǔn)鋁線鍵合技術(shù)進(jìn)行電氣互聯(lián),；采用鉛焊料回流焊工藝連接引線框架,；塑封電鍍等完成最終封裝。
2,、產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)期規(guī)模待爆發(fā),，Model 3 樹(shù)立應(yīng)用標(biāo)桿如前所述，碳化硅功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)尚處于成長(zhǎng)期,，單晶襯底（當(dāng)前國(guó)際成熟技術(shù)水平是 4 英寸,、6 英寸商 用，8 英寸初步商用,；國(guó)內(nèi)是 4 英寸商用,，6 英寸初步商用）是主要限制因素。據(jù)中國(guó)寬禁帶功率半導(dǎo)體及應(yīng)用 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì),，2017 年,，全球?qū)ㄐ?4 英寸碳化硅襯底銷(xiāo)量約 10 萬(wàn)片，6 英寸約 1.5 萬(wàn)片,；2020 年 4 英寸市場(chǎng) 空間預(yù)計(jì)仍為 10 萬(wàn)片,，但 6 英寸會(huì)增長(zhǎng)至 8 萬(wàn)片；此后 6 英寸總量,、份額都將逐步提升（未考慮 8 英寸技術(shù)進(jìn) 展）
根據(jù) Yole 報(bào)告估計(jì),，2018 年全球 EV/HEV 用碳化硅基功率器件市場(chǎng)規(guī)模約 1.7 億美元。從特斯拉 Model 3 車(chē)型 2018 年銷(xiāo)量反推,，碳化硅基 MOSFET 單車(chē)價(jià)值量約 1300 美元,。考慮到能效提升對(duì)同等工況續(xù)航條件下動(dòng) 力電池用量的節(jié)約作用,，我們估計(jì)使用碳化硅基 MOSFET 比硅基 IGBT 實(shí)際的總成本提升在 100-150 美元。對(duì)于定位在 10 萬(wàn)元級(jí)別以及以下的車(chē)型而言,，使用碳化硅基 MOSFET 仍有一定成本壓力,，對(duì)于定位在 30 萬(wàn)元乃 至更高的車(chē)型而言，鑒于消費(fèi)者對(duì)工況續(xù)航,、整車(chē)動(dòng)力性的要求較高,，所以動(dòng)力電池搭載量較大，電機(jī)最大功 率/峰值扭矩較高,，碳化硅基 MOSFET 對(duì)整車(chē)極限性能的提升有相當(dāng)程度的幫助,。
國(guó)際碳化硅功率半導(dǎo)體相關(guān)廠商主要包括單晶襯底企業(yè) Cree、DowCorning,、SiCrystal,、II-VI、羅姆,、新日 鐵住金,、Norstel 等；外延片企業(yè) DowCorning,、II-VI、Norstel,、Cree,、羅姆、三菱,、英飛凌等,；器件/模塊企業(yè) Cree、英飛凌,、羅姆,、意法半導(dǎo)體、安森美,、電裝,、富士、三菱等,。總體而言,，Cree 是全球碳化硅相關(guān)技術(shù)的 龍頭企業(yè)。
國(guó)內(nèi)碳化硅功率半導(dǎo)體相關(guān)廠商主要包括單晶襯底企業(yè)山東天岳,、天科合達(dá),、同光晶體、中電科等,；外延 片企業(yè)天域半導(dǎo)體,、瀚天天成等,；器件/模塊企業(yè)中車(chē)時(shí)代電氣、世紀(jì)金光,、泰科天潤(rùn),、揚(yáng)杰電子；設(shè)備企業(yè)北 方華創(chuàng),、沈科儀等,。碳化硅在新能源汽車(chē)方面的應(yīng)用引發(fā)業(yè)界關(guān)注并有實(shí)質(zhì)性動(dòng)作。如 Cree 積極擴(kuò)大其 SiC 襯底產(chǎn)能并將業(yè)務(wù) 重心從 LED 向功率器件轉(zhuǎn)移,，成為大眾 FAST（未來(lái)汽車(chē)供應(yīng)鏈）項(xiàng)目合作伙伴,，和安森美簽署多年期協(xié)議為 其供應(yīng) 6 英寸襯底及外延片，擴(kuò)大和意法半導(dǎo)體的長(zhǎng)期訂單,；意法半導(dǎo)體收購(gòu) Norstel 部分股權(quán),；豐田和電裝、 富士,、三菱合作開(kāi)發(fā)碳化硅 MOSFET,；博世擬用其位于羅伊特林根的半導(dǎo)體制造廠生產(chǎn)碳化硅晶片；華為戰(zhàn)略 投資山東天岳獲 10%股權(quán),，北方華創(chuàng)向天岳批量供應(yīng) 6 英寸單晶爐,，產(chǎn)品缺陷控制情況較好；比亞迪也在進(jìn)行 碳化硅基功率半導(dǎo)體相關(guān)技術(shù)研發(fā),。我們認(rèn)為,，碳化硅基 MOSFET 在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用格局還遠(yuǎn)未確定。自主和國(guó)際先進(jìn)水平雖有差距,， 但突圍提供部分國(guó)產(chǎn)滲透率仍有相當(dāng)可能,。截至目前，特斯拉 Model 3 是碳化硅基 MOSFET 在新能源汽車(chē)上面應(yīng)用的成功案例,。Model 3 的電控共搭 載了 24 個(gè) 650V,、100A 碳化硅基 MOSFET 功率模塊，每個(gè)模塊為 2 芯片并聯(lián),。
特斯拉在設(shè)計(jì)電控過(guò)程中,，充分考慮了回路電感對(duì)開(kāi)關(guān)速度、開(kāi)關(guān)損耗,、電氣可靠性和功率密度的影響,。以碳化硅基 MOSFET 為核心的高效電控是整車(chē)低電耗的有力保障之一。五,、新能源汽車(chē)規(guī)模增長(zhǎng)品質(zhì)提升,，功率半導(dǎo)體如箭在弦1、銷(xiāo)量回調(diào)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)發(fā)展無(wú)需悲觀補(bǔ)貼政策是我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵直接推動(dòng)力,。2019 年,，我國(guó)新能源汽車(chē)補(bǔ)貼全面大幅退坡。
市場(chǎng)銷(xiāo)量暫時(shí)遇冷,，但純電乘用車(chē)車(chē)型結(jié)構(gòu)向好趨勢(shì)不變,。2019 年以來(lái)純電動(dòng) A 級(jí)車(chē)銷(xiāo)量占比在純電動(dòng)內(nèi)部持續(xù)高于 50%，銷(xiāo)量占比遠(yuǎn)高于 2018 年全年的約 1/3 和下半年的約 37%,。
2019 年以來(lái),，累計(jì)銷(xiāo)量超過(guò) 15000 輛的新能源汽車(chē)包括北汽 EU 系列、EC 系列,，比亞迪元 EV,、E5，上汽 榮威 Ei5,、寶駿 E100,，廣汽 Aion S，吉利帝豪系列,，長(zhǎng)安逸動(dòng)系列,，江淮 iEV 系列，長(zhǎng)城歐拉 R1,，奇瑞 EQ 系 列等,。車(chē)型結(jié)構(gòu)顯著向好；當(dāng)前我國(guó)質(zhì)量較高的新能源汽車(chē)產(chǎn)品數(shù)量明顯增加,，和特斯拉 Model 3 相比也有亮 點(diǎn),。
2019 年 1-9 月，全球范圍內(nèi)銷(xiāo)量超過(guò) 2 萬(wàn)輛的純電動(dòng)乘用車(chē)中,，車(chē)型亮點(diǎn)突出，以品質(zhì)或性?xún)r(jià)比,，而非單純廉價(jià)取勝的車(chē)型也占據(jù)絕大多數(shù),。
可以認(rèn)為，補(bǔ)貼退坡,、有效需求增速降低是行業(yè)暫時(shí)面臨的“數(shù)量困境”,；但產(chǎn)品供給持續(xù)優(yōu)化、中端車(chē)型需求堅(jiān)挺則是行業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展前景可以保持樂(lè)觀態(tài)度的強(qiáng)理由,。
2,、雙積分助力規(guī)模增長(zhǎng)電耗降低，功率半導(dǎo)體長(zhǎng)期受益補(bǔ)貼退坡后,，我國(guó)新能源汽車(chē)長(zhǎng)期扶持的方法是“雙積分”政策,，以新能源汽車(chē)取得新能源積分（NEV 積 分），需滿足最低標(biāo)準(zhǔn)，可彌補(bǔ)燃油負(fù)分（CAFC 積分）,，可攤薄油耗,。現(xiàn)行“雙積分”政策實(shí)行至 2020 年底， 2021-2023 年“雙積分”政策（《乘用車(chē)企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車(chē)積分并行管理辦法》修正案）已開(kāi)始征求意見(jiàn),。
“雙積分”修正案如和最終版本一致,，則起到促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)升級(jí)的作用，以節(jié)能降耗為代表的燃油,、 新能源車(chē)型技術(shù)進(jìn)步是大勢(shì)所趨,。基于節(jié)油降耗的基本考慮，燃油車(chē)型優(yōu)化各類(lèi)機(jī)內(nèi)技術(shù),，采用阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī),，降低風(fēng)阻滾阻，以各類(lèi)混合動(dòng)力技術(shù)優(yōu)化工況油耗等的重要性增加,；基于提升 EC 系數(shù)的基本考慮,，純電動(dòng)車(chē)型優(yōu)化三電系統(tǒng)效率，降低風(fēng)阻滾阻,，優(yōu)化傳動(dòng)系效率的重要性增加,；插混乘用車(chē)則需兼顧兩者，動(dòng)力構(gòu)型的選擇和技術(shù)優(yōu)化重要性均有所提升,。
我們估計(jì),，自主品牌整車(chē)電耗至 2025 年有望在目前基礎(chǔ)上再降低 10%以上；電控中功率半導(dǎo)體在系統(tǒng)乃至整車(chē)層面的重要作用有望保持甚至強(qiáng)化,。
3,、放眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，硅基 IGBT 仍是主流碳化硅基 MOSFET 中高端發(fā)力我們估計(jì),，至2025 年,，我國(guó)新能源汽車(chē)用功率器件市場(chǎng)規(guī)模在100 億元以上。其中硅基 IGBT 逾70億元,， 碳化硅基 MOSFET近 40 億元,。
功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中自主可控程度相對(duì)較低的環(huán)節(jié)。我們認(rèn)為,，隨著我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，銷(xiāo)量提高、銷(xiāo)量結(jié)構(gòu)向好,，新能源汽車(chē)用功率半導(dǎo)體的對(duì)外依賴(lài)度也將逐步降低,。新能源汽車(chē)有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈全環(huán)節(jié)自主可控、全環(huán)節(jié)在競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)中立足,。
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