导｜语
2021，碳化硅爆发“元年”。2022年，800V爆发“元年”。
作者丨王小西
责编丨罗超
编辑丨朱锦斌
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（SiC）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（北卡罗来纳州）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。
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（SiC）和氮化镓（GaN）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（总体拥有成本）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。
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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，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（Cree）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。
