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汽车电子SiC专家资料整理

嘉宾:新能源汽车电子芯片专家

KeyTakeaways

升级V对整车的影响:

1)功率模块:方案选择上倾向于SiC,性能更好

2)电池一致性要求更高

3)线束、连接器的变化,绝缘要求高

V为什么倾向于SiC的功率模块:

1)体积小、耐压强、效率高,逆变器角度成本有优势

2)现在价格是IGBT的3倍,从英飞凌HDP方案到块

3)降低系统成本,续航提升4%-5%,电池部分可节约3k元左右、冷却系统节约1k元左右

4)规模化量产之后成本会更低,SiC是未来的一个方向

国内外SiC企业的发展进度:

国外:欧洲就是瑞典的Norstel是做衬底和外延;英飞凌是外延、芯片、封装;ST是芯片和外延,封装买Norstel和科锐的,博世也在做晶圆、丹佛斯做封装。日本是住友,罗姆是全产业链IDM模式、三菱电机。美国做的是科锐做衬底、外延和芯片,奥瑞是衬底和外延,芯片、封装是安森美还有一个博格华纳下面的公司。国内:三安是全产业链去做,当年设备没到位,后面设备到位以后基本具备全产业链,但是跟国外比技术还是差一些的,华大半导体其实在在临港建了一个6寸线的基塔,还有在香港有一个阿尔法APS的设计公司,全产业链主要就是厦门的三安和华大半导体,还有一家世纪精光主要是外延和衬底,但他们在汽车领域没有很多导入。

Q、升级V对整个系统零部件新的要求?

我们目前电压平台都是V-V之间,考虑到未来快充V,现在很多车还有一些里程焦虑问题,之前的理想ONE包括现在小鹏推出的G9,和蔚来的换电方案都在尝试解决这个问题,最核心的问题就是解决里程焦虑和充电速度慢的问题。像特斯拉的KW的超级快充,现在小鹏G9的最新方案做到了KW以上就是5c充电,10分钟可以到达公里的情况。

前段时间我们都是讨论V,V的功率半导体国产化还没有结束,V趋势也来了。影响主要是电驱,电池也有相关性,电驱的SIC使用也是一个要点,SIC主要是耐高温性,运行温度可以达到度,传统的硅是度,对于冷却系统的要求相对来说要好一点,耐压特性特别好,还有一个低开关损耗,这一点不仅仅是V的使用,V的也在用。V平台带来的变化:1)Powermodule;2)对电池的一致性要求也非常高;

3)线束、接插件的变化非常大,因为线束本身材质用的更少,但是耐压绝缘和接插件的可靠性难度更大,包括隔离芯片也会产生很大的变化。关于powermodule,大家可能会说硅也能做到V以上的应用,SIC可以做到V以上,在这个过程中没有用到硅主要有几个原因:1)因为本身SIC功率密度高于硅的功率密度,2)硅的芯片体积会更大,模块的体积会更大,3)还有就是成本的边界效应不是那么明显,不像V对比的时候优势大,还有效率本身高压以后损耗更大。

V的SIC的IGBT的使用在V并不具有优势,1V的SIC就成了必然的选择:

1)优势体积小,耐压能力强、效率高,逆变器角度有成本优势。

2)模块价格增加了3-4倍左右,英飞凌HPD在-元,用了SIC以后就到了的价格。

3)用SiC还有一个优势就是系统成本,从整车厂的角度来说整车成本会发生一些变化,比如80KW的电池,根据NEDC的计算,续航里程可以提升4%-5%左右,也就是说可以节约4-5千块左右。目前电池价格也在不断下降,从0年以来到现在有80%的下降,电池可以降-0元,考虑到冷却系统也会降元,整体来看可以降低0-元左右,有一些材料可以降到元/斤,实际上电池的减小会更多。

总体来说用了SIC相比V条件下的应用也有一些优势,要考虑到未来电池成本的降低和未来SIC产能上去以后成本降低,整个产品的优势会更加明显,目前来看一定会是个优势,续航里程增加,效率提升,整体体积能到20%-25%的减少,V以后系统的成本会降低的更多,SIC应用在高压下更明显,高功率下效率提升更多,性能提升会更多,如果用硅来做更没有优势,SIC是未来的一个方向。

Q、V的架构下硅基IGBT和SIC的MOS方案价格上的差异?

1)续航里程NEDC标准提升4-5%,逆变器和电驱动的效率可以从89%提升到91%,整体提升可以有6-7%的提升,驱动功率相同的情况下是这个成果。

2)随着续航里程提升,SIC本身的逆变器的价格会上升,现在硅基的价格很便宜,现在用英飞凌的HPD—个-元,用SIC的价格至少三倍,就是元,无形加了元左右。如果在相同的续航里程的情况下,电池可以节省4KWH,电池是元,增加了元,还有是节省下来的,用SIC效率的提升和系统成本的降低可以节省元,结合冷却系统也能节省元,可以做到0-元的降低,从价值体系是这样的。我们要做一个相同性能下的产品,SI和SIC的优势。

Q、V硅基IGBT和V对比成本和性能的变化?

V以后性能是会好的,电池解决快充问题,成本是增加的。SIC价格增加是必然的。V以后,接插件及线束的节省,电流降一半线束也会省-0元左右,刚刚说的价格整体上V系统会比V用硅方案会多多元左右,但是电池串并联带来的不均衡型带来的成本增加也要考虑,V以后电池的一致性要求会更高。

Q、SIC在V电压架构和V电压架构区别?

晶圆大小没有太大的差别,耐压等级上去,需要晶圆的厚度和耐压能力更强。甚至V用的更多,V里的SIC可能是耐压绝缘特性,在外部绝缘驱动也会增加一些成本,不会很多,几十元到-元,会增加一些,不会那么明显,SIC本身会增加一些价格。

Q、以后我们电动车中高端的车型往SIC升级,中低端停留在硅基IGBT,SIC与硅基成本差异?

现在看高端车大功率就是性能的区别,像保时捷Taycon,国内解决续航里程的问题新势力造车,30万以上的车型都会上这个东西,比如理想S系列在年会上V的,必须用V解决。渗透率不一定是高端车,30万左右也会上,取决于SIC产能是不是已经够了。大功率快充是不是真正解决续航里程焦虑问题,如果有强制性的需求,那就不止止是高端车了。未来SIC和硅的比例,-年左右SIC的渗透率不会超过20%,剩下80%是IGBT模块。

Q、为什么不能替代的理由?

年的比例会更高,不仅仅是本身基数的优势,还有市场效应问题,不会剩下的去替代的,很快就会全部走向SIC的方案。全球的产能SIC每年产能60万片左右,特斯拉万台如果全部用SIC,就全部用掉了,特斯拉不是所有的车型都是SIC方案,也就1/3是用的。

Q、产能还是卡在衬底,所以国内国夕所产很慢?

目前整个技术还是在科锐(CREE),罗姆,杜有等手上,国内的厦门三安,世纪星光也有一些机会,国内都在慢慢成熟,但是跟他们比还是有很多差距的。

Q、以后成本差异趋势?

成本一定会贵,产能再高也不会便宜,硅本身就是晶圆提纯,相对比较简单,产量本身就比较低,生长速度非常慢,目前是3-5倍的价格,未来5-6年可能1.5倍的价格左右,就达到平衡了,因为硅的产量已经足够大了,就看SIC产量上去之后带来的边际效应,1.5倍就是增加50%左右。

Q、SIC模块是硅基的两倍,时间点是由什么影响的?

目前产能释放,规划到-年才能释放,预计-才能达到价格趋势,SIC的良品率是远低于硅的,技术升级和良品率也帮助价格提升的。

Q、60万片的SIC的产能是4寸片?

是的。

Q、硅基本身也是有8-12的转化,硅基本身也在降价,SIC也在降价,年产能释放,到时候价格还是在硅基的2倍以上?

英飞凌和国内的华虹12英寸线已经上了,硅基价格已经到了一个瓶颈了,英飞凌第七代出来价格是降了一些但是降的不是特别多。

Q、除了SIC成本端,技术端的可靠性的问题?

SIC本身的可靠性是有很大的挑战,不像IGBT本身的硅的晶圆的面积比较大,热熔非常大,短路能力比较强,SIC热阻比较大,热熔比较大,瞬态电流能力比较弱,IGBT能扛6微秒的短路性能,SIC2微秒不至U,瞬态电流过大SIC可能有失效的风险。可靠性在应用,驱动电压大小,抗干扰能力,由于变化速率很快,对电机要求也会更高,也是技术挑战,也是一个风险。

Q、生产端上SIC,对IGBT制造商难度下降?技术难度没有下降的,会更大的。

Q、IGBT本身有BJT和三极管的结合,换成SIC只是一个MOS管?IGBT本身是

一个电流型驱动,加了一个MOS管帮助驱动,这都是很成熟的工艺,主要还是功率级的IGBT,前面的MOS是一个功率不是特别大的,是帮助驱动的放大作用,IGBT可以看到三极管。

Q、氮化稼弯道超车?

不太可能,电压不会上去,扛耐压能力是跟距离相关的,扛耐压很高会距离非常大,就没有优势了。而且基本没有扛段路能力的,也没有M级吸收能力,所以不支持大功率的使用,氮化稼是高频电源产品的使用,在工业级像文泰会做一些这样的产品,像电驱动做了一个20KW的驱动电机产品,用也是V平台的A00级车使用。

Q、V平台使用SIC的进展?国内用的不是特别多,主要是特斯拉的Models和ModelYV平台用这种产品,国内都是往V走的,像小鹏G9和比亚迪汉EV都是往这个方向走的,至少V在国内的SIC大规模批产不会太多。

Q、与V方案相比,特斯拉大电流增压方案成本更低,特斯拉的迭代方案,SIC会不会升到V?

特斯拉的充电方案和市场上的充电方案是不一样的,他的最大的充电功率是V30的KW的功率,电流已经很大了,是采用水冷的冷却方案,但是充电时间也要用到30分钟,因为恒功率允许充电时间不是很多,SOC30%-40%以后会降额oV方案以后,快充功率能到-KW,基本10分钟就能冲到KM的情况,目前看特斯拉并没有新的V的方案出来。

Q、如果用V的大电压快充和特斯拉的V的大电流快充成本比较?需要有一个很好的冷却系统,模块很多像英飞凌50-60KW的SIC方案已经出来了,模块成本看功率,SIC体积变小,效率更高,硅的快充方案和SIC的快充方案相比,SIC依然会贵1.2倍,因为SIC整体的边际效应,体积会降很多,用的器件更少,水冷用SIC以后就不用了也是一个问题,目前还没有定论,将来可能也会用,因为充电线路损耗非常大,水冷以后不会少,总体来说SIC充电端的价格一定会增加。

Q、SIC国产厂家,各家企业进度?国外:欧洲就是瑞典的Norstel是做衬底和外延;英飞凌是外延、芯片、封装;ST是芯片和外延,封装买Norstel和科锐的,博世也在做晶圆、丹佛斯做封装。日本是住友,罗姆是全产业链IDM模式、三菱电机。美国做的是科锐做衬底、外延和芯片,奥瑞是衬底和外延,芯片、封装是安森美还有一个博格华纳下面的公司。

国内:三安是全产业链去做,当年设备没到位,后面设备到位以后基本具备全产业链,但是跟国外比技术还是差一些的,华大半导体其实在在临港建了一个6寸线的基塔,还有在香港有一个阿尔法APS的设计公司,全产业链主要就是厦门的三安和华大半导体,还有一家世纪精光主要是外延和衬底,但他们在汽车领域没有很多导入。

衬底本身主要是山东天岳,外延是东莞天昱和厦门的瀚天天成,芯片是中电55所和深圳基本半导体,台湾的翰兴科技是芯片设计公司,性能和产品是非常不错的,是分立器件后面也在做模块,是全部汽车认证的,泰科的二极管在年已经经过国际车企认证了。

封装斯达用科锐的芯片给小鹏G9供的V方案,杭州士兰微也在发力,目前还是在封装这一块,国内有3家比较完整,目前来看三安在上汽系里面做认证和认可,但是还没有上到车企,华大在充电桩里占的量还是比较大的,翰兴在DCDC和充电桩里面还有很大的量。

Q、SIC相对于IGBT体积减小比例多少?

KW的逆变器要10-20公斤,体积和重量减小要20%-30%左右,重量优化是对一体车身的优化,这样的降10几斤对整体的续航里程提升不是特别大。

Q、中低端车IGBT的渗透率水平?

中低端的车像A00级车的80V的方案还用分立的MOS在做,也有在用分立的IGBT来做,但是A0级以上%都是在用IGBT来做。

Q、中电做的器件也挺好的,中电科、三安这几家哪家做的好?

中电55所做的时间比较长了,但是衬底和外延是买的,有一条6寸的生产线,还有一条4寸线,做外延和芯片设计和生产,中电产业链布局优势中等,技术能力很优秀,汽车技术认证基本没有。三安目前来看,产發布局比较完整,产品出货不是特别多,技术能力中等偏上、汽车认证中等偏上,综合下来还是非常靠前的。

Q、V升到V,DCDC的功率半导体成本会有变化吗?

它主要是有两块,第一个是主区单元,叫做抛券。第二个是供电单元,分为两块,第一块是充电机(充电宝);第二个是高压转低压的直流变嬲,也就是DCDC。

充电机会有很大的变化,电压升高V以后,V的硅方案基本上就不会使用了,所以就会通过碳化硅的方案做。11KW的充电机会用SIC的方案,充电机从全硅方案向SIC转移,价值量会直接转移。如果是KW,后期是V,可能会好一些,用1V的SIC去做。

DCDC电池至U了V以后,考虑到高频特性,V的IGBT也不能选(效率太低),还是要选SIC的方案。所以从V到V以后,充电里的关键功率器件70%以上都要换成SIC的方案。

Q、会有哪些主流厂家参与到V当中,包括OEM和供应商?

主流的玩家今年是小鹏,年是理想one,-年才是产品大年,包括东风岚图、北汽等,但是目前没有看到可以量产的车型。理想ONE是最迫切的,-年一定会量产电动车(V)。主流厂家的布局主要是斯达跟科锐的合作(小鹏),还有就是士兰微(并无客户信息),海外主要是英飞凌和博世,博世给理想开发,小米在年是做V的(重点

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