日前，一汽在官微上官宣了一則新聞，引起了行業(yè)熱議：“一汽紅旗的研發(fā)總院新能源開(kāi)發(fā)院功率電子開(kāi)發(fā)部與中國(guó)電子科技集團(tuán)第55研究所聯(lián)合開(kāi)發(fā)的紅旗首款全國(guó)產(chǎn)電驅(qū)用1200V塑封2in1碳化硅功率模塊A樣件試制完成?！?/p> 
目前SiC車(chē)用情況
過(guò)去兩年的時(shí)間里，國(guó)內(nèi)已有蔚來(lái)、小鵬等造車(chē)新勢(shì)力車(chē)企的多個(gè)車(chē)型陸續(xù)搭載了碳化硅，比亞迪旗下漢、唐 PHEV和唐EV車(chē)型也用碳化硅功率器件部分替代IGBT。據(jù)統(tǒng)計(jì)，配套SiC的新能源汽車(chē)品牌到今年1月份已經(jīng)增加到6家，車(chē)型款數(shù)多達(dá)12款，總量達(dá)4.48萬(wàn)輛，占整體新能源乘用車(chē)市場(chǎng)的比重增長(zhǎng)至15.4%。
圖片數(shù)據(jù)來(lái)源：NE時(shí)代
據(jù)Insemi不完整統(tǒng)計(jì)，2023年2季度后各大車(chē)企要推出的碳化硅車(chē)型更是將突破30款之多。但功率芯片供應(yīng)來(lái)看，主驅(qū)中應(yīng)用的芯片供應(yīng)商仍為ST、onsemi、英飛凌、博世、羅姆等頭部供應(yīng)商，當(dāng)前主驅(qū)用SiC MOSFET芯片仍處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，上述公司的產(chǎn)品訂單已排至2024年之后。
國(guó)產(chǎn)方面，雖然在2022年國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET 推出迅速。據(jù)CASA數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)至少有14家企業(yè)推出多款 SiC MOSFET產(chǎn)品，但可用于主驅(qū)應(yīng)用的mos產(chǎn)品仍屈指可數(shù)。當(dāng)前只有較少數(shù)公司如五十五所、清純半導(dǎo)體、士蘭微、瞻芯、愛(ài)仕特等公司開(kāi)始給主驅(qū)送樣測(cè)試。
國(guó)產(chǎn)上主驅(qū)？距量產(chǎn)恐仍有一段距離
五十五所與紅旗的組合確實(shí)讓行業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片開(kāi)始側(cè)目，但從實(shí)際情況出發(fā)，國(guó)產(chǎn)芯片上主驅(qū)，可能仍需要一段時(shí)間。
1、芯片制造的瓶頸
雖然業(yè)內(nèi)人士都知道SiC功率器件制造工藝與Si基功率器件制造工藝差異不是很大。但是SiC功率器件的良率卻遠(yuǎn)低于Si基功率器件，這里主要有以下幾個(gè)原因：
①與襯底、外延的質(zhì)量有關(guān)；
②SiC的摻雜只能通過(guò)離子注入機(jī)注入高能粒子，這個(gè)過(guò)程會(huì)破壞晶格結(jié)構(gòu)，因此需要高溫退火進(jìn)行恢復(fù)，但是SiC的退火溫度在1600℃左右，這么高的溫度既要保證晶圓上的器件結(jié)構(gòu)不被破壞，還要達(dá)到高的離子激活率和準(zhǔn)確的P型區(qū)域是非常難的；
③MOSFET是通過(guò)是否給柵極加電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)源極和漏極是否導(dǎo)通的控制，那么柵氧層的質(zhì)量就尤為關(guān)鍵，柵極氧化層出現(xiàn)缺陷會(huì)影響溝道遷移率導(dǎo)致MOSFET閾值漂移，進(jìn)而導(dǎo)致漏電增加。
本征的4H-SiC遷移率約為1000cm2/Vs，但目前商用的SiC MOS遷移率要遠(yuǎn)低于1000cm2/Vs，在小幾百的水平，這是SiC材料特質(zhì)導(dǎo)致的。Si基MOSFET只要高溫通O?就可以制作出SiO?作為柵極氧化層，而SiC基MOSFET在此過(guò)程中會(huì)有C原子的析出，多出來(lái)的C原子影響了柵氧層的可靠性，因此柵氧這一工藝環(huán)節(jié)是SiC MOSFET良率問(wèn)題最大的卡點(diǎn)。
主驅(qū)應(yīng)用所需的碳化硅芯片導(dǎo)通電阻在10-20毫歐之間，芯片面積目前在5*5mm2，芯片制造的技術(shù)壁壘較高，當(dāng)前國(guó)內(nèi)的SiC芯片產(chǎn)能仍以二極管為主，量產(chǎn)的MOS也多以滿足OBC等要求的40-80毫歐產(chǎn)品，且良率水平一般。
同時(shí)，我們假設(shè)國(guó)內(nèi)主驅(qū)MOS良率和技術(shù)水平日后會(huì)逐步追平國(guó)外，國(guó)內(nèi)Foundry的擴(kuò)產(chǎn)可能也不會(huì)很快。當(dāng)前，高能離子注入機(jī)等核心設(shè)備是Foundry環(huán)節(jié)最核心的設(shè)備，當(dāng)前設(shè)備交期也是限制國(guó)內(nèi)企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)的速度的主要原因。
2、一定的車(chē)規(guī)認(rèn)證周期
目前，碳化硅產(chǎn)品上車(chē)和IGBT的流程類(lèi)似，都是先做 bench test（系統(tǒng)級(jí)測(cè)試），再做 DV、PV 測(cè)試，以及冬測(cè)、夏測(cè)，之后做上車(chē)測(cè)試，市場(chǎng)上并沒(méi)有特別針對(duì) SiC 的測(cè)試，也沒(méi)有特別針對(duì)外延和襯底的認(rèn)證，只要模組過(guò)了 AQG324、芯片過(guò)了AEC-Q101 等就認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)可控。國(guó)內(nèi)雖有不少企業(yè)通過(guò)了車(chē)規(guī)認(rèn)證，但對(duì)車(chē)本身而言，真正的認(rèn)證只有量產(chǎn)認(rèn)證。
那碳化硅產(chǎn)品上車(chē)，大概需要多久呢？以 ET7 為例，從 2020 年 6 月立項(xiàng)開(kāi)始做，到 2022 年 Q1 SOP，大約需要 1.5-2 年。DV、PV 測(cè)試都是 3-6 個(gè)月，前期設(shè)計(jì)約 3 個(gè)月，上車(chē)后冬測(cè)、夏測(cè)約 3-6 個(gè)月，期間有一些重疊，最后爬產(chǎn)、產(chǎn)線升級(jí)整理和供應(yīng)商備貨總共需要 0.5-1 年，因此真正量產(chǎn)上車(chē)需要經(jīng)歷 1.5-2 年的研發(fā)周期。目前五十五所的該款產(chǎn)品，仍在A樣階段，后續(xù)還需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的驗(yàn)證周期后，才能真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
好的開(kāi)端
即使如上文所說(shuō)量產(chǎn)仍需一定時(shí)間，我們還是要為五十五所與紅旗的合作碰撞感到欣慰，這意味著國(guó)產(chǎn)芯片具備了主驅(qū)應(yīng)用的技術(shù)能力，離真正量產(chǎn)僅有一步之遙。
據(jù)調(diào)研，五十五所的襯底采用的是天科合達(dá)、爍科等生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)襯底。這意味著，國(guó)產(chǎn)襯底的頭部企業(yè)也具備了主驅(qū)應(yīng)用的技術(shù)水平，即使國(guó)產(chǎn)碳化硅的技術(shù)迭代與良率提升仍較為緩慢，但這則新聞無(wú)疑是給國(guó)產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展注入了強(qiáng)心針。讓我們看到了國(guó)產(chǎn)替代的巨大市場(chǎng)機(jī)會(huì)。
未來(lái)隨著新能源汽車(chē)碳化硅車(chē)型的推出放量，汽車(chē)“缺芯”難題有望能夠得到緩解，汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全能夠得以保障，這也是五十五所一直以來(lái)的初衷和堅(jiān)持實(shí)現(xiàn)的使命。（文：碳化硅芯觀察）
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