导 读
日前在上海举行的PCIM Asia 2023（上海国际电力元件、可再生能源管理展览会暨研讨会）上，记者与安森美()中国区汽车市场技术应用负责人、碳化硅首席专家吴桐博士就安森美的运营模式、公司业绩、汽车市场、碳化硅采用、工艺进展、合作进展等内容进行了深入的交流。
安森美中国区汽车市场技术应用负责人、碳化硅首席专家吴桐博士
▋完善碳化硅产业链的意义
展会上，安森美重点向参观者展示了从原材料到晶圆、芯片制造的整个过程。事实上，这源于2021年安森美收购碳化硅厂商GT (GTAT)，补充了原来空缺的上游材料制造环节，进一步形成了全碳化硅产业链IDM态势。
全碳化硅产业链IDM
对此，吴桐博士表示，碳化硅产业链非常复杂，从最底层的硅粉到晶锭生长、晶锭切割成薄片，然后做外延，再做芯片，芯片切割后还要进行封装，每一个环节对整个碳化硅的成本和性能都有很大的影响。“只有将整个碳化硅产业链掌握在自己手里，才有利于企业可持续地扩张碳化硅的生产规模，对成本控制也有很大帮助。”他说。
碳化硅衬底是制约碳化硅成本的关键，安森美收购了GTAT后，整合了衬底资源，实现了内部供应，同时也带给企业更大的自由度。GTAT的生产过程经过了国际认证，它不光做材料，还做设备，收购为安森美打开了整个产业链，不需要额外外采衬底制造设备。
“如果供应链的部分环节靠外面供给，风险就会很大。将所有关键环节都掌握在自己手里，就可以控制生产节奏，可以按照市场需求去扩展我们的产品。”吴桐博士补充说。
从芯片设计角度看，安森美的第三代SiC 在行内比较领先。而采用IDM模式也并不完全是为了供应链安全，因为晶锭制造过程某一个细节参数就会影响最终封装模块的性能，有了全产业链，就会使下游模块到上游晶锭设计形成一个很大的闭环。“如果脱离了模块制造，很多芯片设计可能很难适配模块的封装，性能也不能达到最优化。”他解释说。
通过供应链整合，安森美在每一个环节的know-how都可以借鉴到上游其他环节，能够很好地控制从最开始到最后产品的整个过程。每一个环节的失效都可以向上溯源，看到底是哪个环节出了问题。这样，就会使技术和产品迭代更快，同时也能够确保产品质量。
▋碳化硅收入涨4倍的背后
安森美Q2拿下30亿美元订单，碳化硅收入涨了4倍，主要应用领域是哪些呢？据吴桐博士介绍，当中汽车相关产品占比至少在七八成。汽车应用主要就是三大件，占比最大的是逆变器，其次是OBC，然后是其他车载电子产品等等。
VE-Trac B2-SiC主驱逆变器功率模块
他认为，现在碳化硅在汽车中的应用越来越多，虽然成本会有一定提升，但为汽车带来了性能方面的优势。“所以，使用碳化硅要选择适合的终端市场。”汽车就是最好的应用，因为汽车跟电池相关，如果能提升效率，就能延长电池的使用寿命；同时可以提升里程，减少零部件的尺寸和重量，这些都是碳化硅的优势，也值得用户花更多的钱。而一些传统行业对价格很敏感，不是碳化硅合适的应用场景。
新兴的光伏行业也是碳化硅的应用赛道，碳化硅可以实现更高电压，使电流能力更强，从根本上解决一些现有问题。这方面的应用包括混合模块和纯碳化硅方案，因为成本较高，后者的应用突破还需要几年时间通过更高压的SiC MOS甚至SiC IGBT来实现。
▋碳化硅的应用机会
最新发布报告显示，2023年Q1全球电动汽车销量达267万辆，渗透率达到14.6%；中国占据主导地位，销量达到133万辆，占全球总量的49.4%。
现实是，车企新的平台都是以电动化为主，中间过渡包括混动或增程式，但电动化大趋势已成必然。对安森美来说，增量趋势就是很大的机会。
电动汽车的挑战在于，续航里程对产品竞争力和消费者采用至关重要。现有电池技术要大幅提升电池容量并不现实，如何进一步提高动力系统效率，同时降低电池组容量或提高续航里程的问题已提上日程。
吴桐博士认为，电池容量还是在慢慢提升，行业也在开发半固态和固态电池，电机则趋向于高转速电机及励磁电机来提升功率密度以及性价比，同时通过多合一的设计来扩展电机的使用场景。在三大件中，电控对效率的影响最大，采用碳化硅的主要目的就是为了提升电控效率的同时实现高压平台应用和更高的功率密度。
一些客户采用了安森美的碳化硅，最大的好处是碳化硅能够带来续航里程的很大提升。现在可以看到，一些低压车型也在从IGBT转到碳化硅，同样是为了提高效率。
他特别提到，采用800V平台对系统效率会有进一步的提升，包括功率密度，甚至电机转速。根据欧姆定律，电压提高了，电流就会减小很多，所有部件的损耗就会更低，线束也可以变得更小，这些都对效率提升有很大帮助，结果是延长了行驶里程。所以，800V平台是未来的迭代方向。
适用于400V和800V的25kW快速直流电动汽车充电方案
现在的情况是，虽然800V高压平台和碳化硅是一对绝配，但向800V的过渡需要增加一些成本，一些中低端车型有没有就会采用碳化硅来提升动力系统效率呢？
对此，吴桐博士表示，目前800V平台主要应用于高端车型，因为它对成本并没有那么敏感。不过，伴随汽车智能化的发展，许多功能都在下沉到低端车型，同时一些低端车型也会推出长续航版本，也会采用800V平台。未来，随着碳化硅的成本下降以及800V应用的普及，势必也会为碳化硅带来更多的机会。
▋碳化硅的工艺迭代
如今，碳化硅头部企业都在量产平面栅结构的碳化硅器件，同时也在研发栅极结构工艺，安森美在这方面有哪些进展呢？
据吴桐博士介绍，在栅极结构方面，安森美量产的第三代碳化硅器件还是采用平面栅结构，因为这方面有很多结构设计的know-how，例如受专利保护的Strip Cell，好处是能用平面栅结构实现更低的比电阻，能够和沟槽栅媲美；其制造难度也降低很多，可以保证良率和可靠性，产品成本也不会增加。
事实上，安森美在沟槽栅方面已经研究了很多年，也有很多样品在进行内部测试，他认为，唯一的问题在于，过早的推出沟槽栅产品在可靠性方面还有一定的风险。所以，公司正在进行可靠性优化，提升沟槽栅的利用率。另外，未来提升可靠性，安森美也在对沟槽栅进行摸底，在标准测试的基础上加一些认为有风险的测试点，力图将风险搞清楚。
第三是从封装角度讲，安森美提供各种不同的封装选项。还将推出下一代设计很强的封装，通过封装的不断迭代来适配不同的需求。
▋合作共赢，推进碳化硅应用
中国是电动汽车最大的生产和出口国，碳化硅的逐步采用势必对中车企的竞争力起到一定的推动作用。现在几家主流车企都确定了未来采用碳化硅的大方向。安森美这两年也适时切入了正确的方向，匹配了市场和客户的需求。
“我们确实找准了客户最迫切需要一起合作的方向——智能电源和智能感知技术，满足了客户未来的平台要求，包括产品迭代的需求。我们明确了战略方向，客户跟我们的沟通更高效，合作也越来越深入。”吴桐博士表示。
从公开信息看，除了蔚来，安森美还与吉利极氪合作，签署了一份长期供应协议，以进一步加强双方在碳化硅功率器件领域的合作。安森美也一直为Tier1汇川联合动力提供高性能和高稳定性的解决方案和广泛的产品组合，包括IGBT、碳化硅器件和模块。今年上半年，大众汽车、现代-起亚、宝马、纬湃科技也都投资了安森美的碳化硅项目。
VE-Trac SiC主驱碳化硅功率模块
对于重点客户，安森美还有一个共建联合技术应用实验室平台计划，旨在与客户进行深入的合作，共同推动碳化硅在汽车领域的应用。例如，欣锐科技(.SZ)近期与安森美共同打造的联合技术应用实验室已正式投入使用。欣锐科技提到，与安森美成立联合技术应用实验室的目的是对核心功率器件，特别是对SiC的应用技术进行先期研究，并为其更高频率、更高功率密度，更可靠的产品设计提供助力。
吴桐博士说：“安森美的产品在迭代，客户的产品也在迭代，联合技术应用实验室可以找到一个很好的品牌去匹配我们的产品，而客户的一些需求也会影响我们的产品设计。”
通过联合技术应用实验室平台的量产之外的深层次合作，安森美可以了解很多市场需求信息，知道客户需要什么样的东西，然后进行有针对性的研发，推出客户需要的产品和解决方案。
如吴桐博士所说，现在碳化硅的量还不够大，目前还没有所谓的冲突，每家都在起量的阶段，碳化硅的产能也在提升，车的量也在向上走，所以现在还没有到红海阶段，大家都有机会。“至少在现阶段，我们的产品性能可以帮助客户提升车的性能。通过短期、中期、长期战略合作关系，大家形成合力才能推动碳化硅在车上的应用。”
文章首发于电力电子产业
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