碳化硅的崛起跟汽车行业正在推进的800V高压平台系统算是绝配

导｜语

2021，碳化硅爆发元年2022年，800V爆发元年

责编丨罗超

10月份，美国《华尔街日报》报道，全球汽车行业正把数以十亿美元计的资金投向以碳化硅材料制成的芯片。

比如通用汽车公司，其副总裁希尔潘·阿明就表示:电动汽车用户正追求更长的续航里程，我们把碳化硅视为电力电子设计中的一种重要材料。

在说这话之前，通用汽车已经与总部位于达勒姆的沃尔夫斯皮德公司达成了一项协议，将使用后者生产的碳化硅器件。Yamamoto称，碳化硅和硅的价格差在不断缩小，量产和其他因素，使得两者的价格差由5年前的约10倍收窄至2倍。。

而相辅相成的是，碳化硅的崛起，跟汽车行业正在推进的800V高压平台系统算是绝配在800V高压平台趋近的趋势下，行业预计，未来几年SiC功率元器件将伴随着800V平台的大规模上车进入快速爆发阶段

为什么这么说因为，在800V甚至更高水平的平台上，原本的硅基IGBT芯片达到了材料极限，碳化硅则具备耐高压，耐高温，高频等优势，无疑是IGBT最佳的替代方案

作为今年热炒的第三代功率半导体材料，碳化硅和氮化镓应用在更高阶的高压功率元器件以及高频通讯元器件领域，代表5G时代的主要材料特别是碳化硅，可谓集万千宠爱于一身

当然，碳化硅面临的一大挑战是它高企的价格而如何确保以碳化硅芯片实现的成本节约效益，盖过碳化硅芯片较高生产成本这一不利因素，就成为当下最重要的任务

俗话说，榜样的力量是无穷的，就像特斯拉所做的那样——特斯拉数年来在功率控制芯片中使用碳化硅，效果是能量损失减少，造就更强大的发动机，提升续航里程，从TCO的角度来讲，单车成本反而下降了不少。

实际上，当下SiC＋800V大热，说不清是碳化硅成就了800V，还是800V成就了碳化硅，我们能确定的是，接下来，碳化硅替代IGBT正在成为主流。部分供应商开始生产尺寸更大的碳化硅晶圆，将进一步缩小两者的价格差。

碳化硅的优势

从价格方面来说，目前国际上SiC价格是对应硅基产品的5～6倍，并以每年10％的速度下降据预测，伴随着未来2～3年市场供应加大，预计价格达到对应硅基产品的2～3倍时，由系统成本减少和性能提升带来的优势，将推动SiC逐步替代硅基IGBT等产品

按照《华尔街日报》的报道，研究者估计，根据电动车种类的不同，碳化硅相关技术可以帮助一辆车最终节约出750美元的电池成本也有人测算，最终使用SiC合计大约会产生约2000元左右的成本降低不过，碳化硅材料的成本要接近硅基材料，估计还要等几年

而碳化硅价格高的原因很简单，因为难造碳化硅为什么那么难造可以这么说，钻石有多硬，它就有多硬所以，碳化硅的制造成本在短期內依然高企

但是，碳化硅的优势却是非常明确的比如，体积缩小是其一，丰田的碳化硅元器件体积就要比硅基的缩小80％此外，据相关分析数据，续航方面，与使用硅基芯片的电动汽车相比，搭载SiC芯片的电动汽车行驶距离平均延长6％

举个国内的例子，想比亚迪汉EV的SiC模块同功率情况下体积较硅IGBT缩小一半以上，功率密度提升一倍而且，根据比亚迪公司计划，到2023年比亚迪旗下所有电动车会用SiC功率半导体全面替代IGBT碳化硅的趋势真是势不可挡啊

不过，若论及碳化硅的大规模应用，则始于特斯拉。

2018年，特斯拉在Model 3中首次将IGBT模块换成了碳化硅模块使用下来，在相同功率等级下，碳化硅模块的封装尺寸明显小于硅模块，并且开关损耗降低了75％而且，换算下来，采用SiC模块替代IGBT模块，其系统效率可以提高5％左右

当然，从成本来讲，这样并不划算因为逆变器的功率器件由IGBT替换成碳化硅之后，采购成本上升将近1500元但是，因为整车效率的提升，导致电池装机量的下降，从电池端把成本又省回来了

从发展历史来说，全球首款碳化硅功率半导体SiC MOSFET的推出，是在2011年而在这之前，美国科锐公司经过了将近二十年的研发，可谓难产十年之后，SiC才终于迎来爆发元年

而Cree首席执行官Gregg Lowe还确认，公司有望在2022年初建成世界上最大的碳化硅工厂，使其能够充分利用未来几十年的增长机遇。

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