近期，特斯拉宣布將大砍碳化硅用量75%的消息沖上了熱搜。這一消息，也讓業(yè)內(nèi)對于碳化硅究竟能否替代IGBT在新能源汽車中的地位，產(chǎn)生了懷疑。曾被“捧上天”的碳化硅是否真的要“跌落神壇”？碳化硅在新能源汽車領(lǐng)域究竟有沒有替代IGBT的能力？在這場“代際”之爭中，誰會是真正的贏家？

碳化硅“動搖”IGBT地位

在2018年特斯拉將碳化硅應(yīng)用到其Model 3車型中以前，新能源車中一直使用的功率IC是IGBT。彼時，IGBT是新能源車電控系統(tǒng)的核心組成部分，被譽為新能源車的“心臟”。但隨著特斯拉用48顆碳化硅芯片取代原有的84顆IGBT后，碳化硅在新能源車中的應(yīng)用加速，隨著800V高壓的到來，IGBT在新能源車中的核心地位開始被動搖。

據(jù)Qorvo高級現(xiàn)場支持工程師周虎介紹，碳化硅之所以在新能源汽車中更被看好，源于其獨有的技術(shù)特性。碳化硅器件導(dǎo)通后的特性類似于電阻，且導(dǎo)通阻抗相比硅基IGBT更低，其損耗模型為P=I2*R，在較小功率或較小電流應(yīng)用中，其損耗小于IGBT，因此碳化硅的這一優(yōu)點更符合小型轎車的應(yīng)用場景。而且碳化硅的熱傳遞性非常好，且絕緣能力強，這些特性非常適合高功率的應(yīng)用。除此之外，碳化硅器件的開關(guān)頻率可以做得更高，有利于減小磁性器件的匝數(shù)并減小體積，也有利于減小濾波電容和母線電容的用量?？梢詭椭蛻魷p小系統(tǒng)尺寸并減少成本，提高功率密度。

數(shù)據(jù)來源：網(wǎng)絡(luò)整理

目前，業(yè)界為了兼容全級別車型快充功能開始推動800V電氣架構(gòu)，以實現(xiàn)在功率相同的情況下，通過抬高電池電壓，減少流過的電流，減少發(fā)熱損耗，以提高汽車的續(xù)航里程。中國科學院半導(dǎo)體所教授級高級工程師鈕應(yīng)喜介紹，750V以下的應(yīng)用場景中，硅基IGBT和碳化硅功率器件性能差距不大，二者存在的競爭主要來自成本。但由于IGBT在高壓場景中性能會下降很多，800V高壓的應(yīng)用場景成為適用高電壓環(huán)境碳化硅的主要“秀場”，大大動搖了IGBT的地位。

碳化硅上車是“大膽且冒險的操作”

然而，碳化硅“上車”看似動搖了IGBT的地位，同時也是一個大膽且冒險的操作，從某種意義上而言，碳化硅在短時間內(nèi)很難撼動IGBT的“江湖地位”。

復(fù)旦大學工程與應(yīng)用技術(shù)研究院研究員雷光寅表示，碳化硅作為新技術(shù)，從零到一的階段需要一段時間的磨合期。雖然，特斯拉在2018年便在新能源汽車中采用了碳化硅，但實際上“這是一個非常大膽且冒險的操作”。此前，多方預(yù)測顯示，碳化硅技術(shù)將于2025年左右才能達到上車標準，而特斯拉卻將這一時間大大提前?！斑@是由于特斯拉并非傳統(tǒng)車企，而是一家科技公司。采用碳化硅上車的方式來提升公司的科技感，從而市值提升，是一個絕佳且大膽的方案，但真正的車企并不能將特斯拉作為一個典型的案例來學習。”雷光寅表示。盡管距離碳化硅上車已經(jīng)歷4年，但如今達到車規(guī)級標準的碳化硅沒有多少，且仍需要一定時間磨合才可大規(guī)模達到車規(guī)級標準。

成本的制約使碳化硅技術(shù)往往只能用在出貨量較小的高端車型中。雷光寅向《中國電子報》記者表示：“雖然碳化硅本身價格相比較于硅IGBT相對便宜，但是新材料、新技術(shù)往往需要更多的宣傳力度，這部分額外成本也會增加碳化硅新能源汽車自身的成本。相比較于常規(guī)車型而言，高端車型有議價優(yōu)勢，因此高端車型中采用碳化硅的比例會更高。其次，碳化硅新能源汽車屬于新技術(shù)，在前期的發(fā)展過程中需要有磨合期，在這過程中會出現(xiàn)一些問題。而高端車型體量較小，若出現(xiàn)問題進行召回損失也比較小。以上兩點原因也導(dǎo)致了現(xiàn)階段碳化硅在新能源汽車領(lǐng)域難以大規(guī)模普及，短時間內(nèi)也難以替代IGBT的‘江湖地位’。”

周虎表示，不少碳化硅企業(yè)開始嘗試通過增加晶圓面積來解決碳化硅成本方面的痛點，將傳統(tǒng)的4英寸或6英寸晶圓提升至8英寸甚至未來12英寸的晶圓。這是由于不同晶圓面積的切割成本相似，在大尺寸的晶圓上能夠切割出更多的die片，從而可以有效降低die片單位成本。但是，在提升晶圓面積的同時，如何保證良率是目前需要解決的挑戰(zhàn)，目前良率相對穩(wěn)定的依舊是6英寸及以下的晶圓。

此外，800V高壓作為碳化硅的主要“秀場”，在實施過程中也面臨著很多挑戰(zhàn)。周虎表示，800V高壓在實施的過程中，需要注意以下潛在安全風險：首先，電壓提升至800V對于汽車“三電”系統(tǒng)的安全性也帶來了很多挑戰(zhàn)，空調(diào)壓縮機、DCDC直流變換器、OBC車載充電機等各項應(yīng)用場景必須能滿足在800V高電壓平臺上的安全工作。其次，隨著電壓的提升，平臺的絕緣問題也需要加強，否則會發(fā)生漏電的情況。最后，由于高電壓是通過很多電池串聯(lián)實現(xiàn)的，在高壓及大電流工作環(huán)境下如何保證電池的安全，如何合理計算電池整體的續(xù)航里程并保證電池的使用壽命也需要更多關(guān)注。

代際之爭沒有絕對贏家

事實上，在這場“代際”之爭中，沒有絕對的贏家。未來，二者在新能源汽車市場中的合作關(guān)系遠遠大于競爭關(guān)系。

據(jù)了解，特斯拉將碳化硅用量砍掉75%，并不意味著這部分的應(yīng)用將完全放棄碳化硅，而是采用碳化硅+IGBT的組合方式，這一方式也被視為最具成本效益的解決方案之一。

安森美中國汽車市場現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)理彭超介紹，目前在高壓雙電驅(qū)應(yīng)用里，會存在碳化硅和IGBT的“高低搭配”整車系統(tǒng)，既能發(fā)揮碳化硅適用于大功率電驅(qū)的性能優(yōu)勢，也能發(fā)揮IGBT在低功率電驅(qū)應(yīng)用中的性價比優(yōu)勢，可謂一舉兩得。

意法半導(dǎo)體公司執(zhí)行副總裁、功率晶體管產(chǎn)品部總經(jīng)理Edoardo Merli認為，很多電動車開始向雙電機技術(shù)發(fā)展，使得汽車系統(tǒng)部件的重量能夠均勻分配、縮小尺寸，還能使車擁有第二個備用驅(qū)動。在這一技術(shù)下，會同時用到碳化硅和硅功率器件，且都發(fā)揮重要作用。例如，碳化硅器件可以應(yīng)用在低負載條件下，如WLTP驅(qū)動循環(huán)中，再用硅器件提升車輛的加速性能，二者各司其職，能夠共同縮小逆變器尺寸，更具商業(yè)價值。

中信證券數(shù)據(jù)預(yù)測，2025年碳化硅+IGBT的雙電驅(qū)車型占比將達到54%。

未來，二者在新能源汽車市場的占比將處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)。雷光寅認為，未來新能源汽車是大趨勢，是增量市場。隨著碳化硅技術(shù)的不斷完善，會取代一部分IGBT市場，但是不會完全取代。在碳化硅市場增長的同時，硅基IGBT的市場同樣也會增長。碳化硅在技術(shù)相對成熟后，未來將在新能源汽車領(lǐng)域保持40%～50%的市場占有率，而IGBT將會保持50%～60%的市場占有率，在總體市場份額不斷攀升的情況下，形成動態(tài)平衡的關(guān)系。