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)總院新能源開發(fā)院功率電子開發(fā)部與中國電子科技集團第55研究所聯(lián)合開發(fā)的紅旗首款全國產(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車用情況
過去兩年的時間里，國內(nèi)已有蔚來、小鵬等造車新勢力車企的多個車型陸續(xù)搭載了碳化硅，比亞迪旗下漢、唐 PHEV和唐EV車型也用碳化硅功率器件部分替代IGBT。據(jù)統(tǒng)計，配套SiC的新能源汽車品牌到今年1月份已經(jīng)增加到6家，車型款數(shù)多達12款，總量達4.48萬輛，占整體新能源乘用車市場的比重增長至15.4%。
圖片數(shù)據(jù)來源：NE時代
據(jù)Insemi不完整統(tǒng)計，2023年2季度后各大車企要推出的碳化硅車型更是將突破30款之多。但功率芯片供應(yīng)來看，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。
國產(chǎn)方面，雖然在2022年國產(chǎn)SiC MOSFET 推出迅速。據(jù)CASA數(shù)據(jù)，國內(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、愛仕特等公司開始給主驅(qū)送樣測試。
國產(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讓行業(yè)對國產(chǎn)芯片開始側(cè)目，但從實際情況出發(fā)，國產(chǎn)芯片上主驅(qū)，可能仍需要一段時間。
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原因：
①與襯底、外延的質(zhì)量有關(guān)；
②SiC的摻雜只能通過離子注入機注入高能粒子，這個過程會破壞晶格結(jié)構(gòu)，因此需要高溫退火進行恢復(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是通過是否給柵極加電壓實現(xiàn)對源極和漏極是否導(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)缺陷會影響溝道遷移率導(dǎo)致MOSFET閾值漂移，進而導(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在此過程中會有C原子的析出，多出來的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良率問題最大的卡點。
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，我們假設(shè)國內(nèi)主驅(qū)MOS良率和技術(shù)水平日后會逐步追平國外，國內(nèi)Foundry的擴產(chǎn)可能也不會很快。當(dāng)前，高能離子注入機等核心設(shè)備是Foundry環(huán)節(jié)最核心的設(shè)備，當(dāng)前設(shè)備交期也是限制國內(nèi)企業(yè)擴產(chǎn)的速度的主要原因。
2、一定的車規(guī)認(rèn)證周期
目前，碳化硅產(chǎn)品上車和IGBT的流程類似，都是先做 bench test（系統(tǒng)級測試），再做 DV、PV 測試，以及冬測、夏測，之后做上車測試，市場上并沒有特別針對 SiC 的測試，也沒有特別針對外延和襯底的認(rèn)證，只要模組過了 AQG324、芯片過了AEC-Q101 等就認(rèn)為風(fēng)險可控。國內(nèi)雖有不少企業(yè)通過了車規(guī)認(rèn)證，但對車本身而言，真正的認(rèn)證只有量產(chǎn)認(rèn)證。
那碳化硅產(chǎn)品上車，大概需要多久呢？以 ET7 為例，從 2020 年 6 月立項開始做，到 2022 年 Q1 SOP，大約需要 1.5-2 年。DV、PV 測試都是 3-6 個月，前期設(shè)計約 3 個月，上車后冬測、夏測約 3-6 個月，期間有一些重疊，最后爬產(chǎn)、產(chǎn)線升級整理和供應(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)歷較長的驗證周期后，才能真正實現(xiàn)量產(chǎn)。
好的開端
即使如上文所說量產(chǎn)仍需一定時間，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、爍科等生產(chǎn)的國產(chǎn)襯底。這意味著，國產(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，但這則新聞無疑是給國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展注入了強心針。讓我們看到了國產(chǎn)替代的巨大市場機會。
未來隨著新能源汽車碳化硅車型的推出放量，汽車“缺芯”難題有望能夠得到緩解，汽車電子產(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的初衷和堅持實現(xiàn)的使命。（文：碳化硅芯觀察）
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