活動現場，英飛凌科技（中國）有限公司大中華區汽車電子事業部市場負責人秦繼峰發表了演講。

 

 

以下為演講實錄：

 

首先，為什么車用功率半導體在電氣化的過程中特別重要呢？我看了百人會的會議宣傳材料，里面也說的很清楚了。我們還是用數據來說話，傳統的動力總成的車，車里面的半導體價值平均大概是350美金，功率半導體大概占了20%，就是70美金，而隨著電氣化的發展，以純電動車為例子，里面半導體的價值增加了一倍，就是700美金，而其中大概一半都是功率半導體。也就是說汽車在電氣化的過程中，增量的半導體市場絕大部分都在功率半導體方面，這也是為什么車用功率半導體是一個關鍵的話題。

 

接下來我給大家分享幾個方向：第一，總結一下車用功率半導體目前市場的情況。第二，探討一下第三代功率半導體，以及功率半導體的封裝以后的發展趨勢，第三，在發展過程中的機遇和挑戰。

 

首先看一看電動車里面有哪些應用需要用到功率半導體。如果看左邊的這個圖，功率半導體應用主要分三類：第一類是主逆變器，就是直接驅動馬達、大功率，這里面主要用到大功率的IGBT模塊；第二類是和充電相關的應用，比如車載充電器(OBC)、直流電壓換器（DC/DC）。第三類是輔助類的應用，這里面包括了PTC加熱器、空調壓縮機、水泵、油泵等，這里面主要用的是IGBT分立封裝的解決方案。

 

右邊這張圖針對這三類應用給出了相應的主流器件和功率等級的范圍，大家可以看到這里面的趨勢。如果我們現在看，從前道晶圓的角度來說，硅的解決方案300V以下還是MOSFET， 600V以上是IGBT。而第三代半導體的解決方案，特別是碳化硅，已經逐漸開始在主逆變器、OBC、DC/DC、壓縮機里面開始應用了。接下來我會從前道（晶圓）、后道（封裝）兩個方面跟大家分享。

 

針對晶圓的技術，英飛凌對以后市場的預測大致如下： （如PPT）左上角這張圖，我們認為，一直到2025年硅還是占了主導地位。而碳化硅現在整個市場大概是在1%到3%，隨著碳化硅技術的發展，到2025年大概1/5的市場會使用碳化硅的方案，考慮到新能源車的量將會越來越多，所以這個市場是非常可觀的。

 

如果我們專門來看看碳化硅的市場，封裝形式有裸片、有分立器件、還有模塊。那么碳化硅的市場以后哪一種封裝會更有優勢呢？我們看到現在大部分產品這個市場上還是用碳化硅二極管和碳化硅MOSFET的方案，而到了2025年大部分的市場會被碳化硅的模塊占據，這是為什么呢？ 這里我先賣一個小關子，希望我后面的分享可以給大家解答這個問題。

 

了解了硅和碳化硅的市場，下面的問題就是，碳化硅和硅相比有哪些技術優勢？首先是功率密度的提高：汽車里面空間是非常小的，所以功率密度的提高是以后的發展趨勢，碳化硅器件的特性可以不僅使功率半導體的封裝相比較硅的方案做得更小，而且使與功率器件配套的無源器件和散熱器都做得更小。其次是系統效率的提高：比如說用在主逆變器里面，用碳化硅模塊和IGBT模塊相比可以提高大概5%的系統效率，那對于整車廠就有兩個選擇：第一，用相同的電池容量，續航里程可以高5%；第二，如果設計相同的續航里程，電池容量可以減5%。比如Model 3大概是80度的電池，5%就是4度電，目前按照每度電大概人民幣700-1000元來算的話，節約下來的成本還是比較可觀的，當然這里面還要考慮到碳化硅模塊會比IGBT貴一些，以后這個平衡點怎么找是碳化硅模塊什么時候進入市場的關鍵。最后碳化硅還有一個重要的優勢，就是非常適合高壓的應用。我們看到一些主流車廠已經把車的電池電壓提高到了800V，以后的高壓直流充電樁里面也是用的高壓，在這些高壓的應用里，以后碳化硅，特別是高壓的1200V的碳化硅比硅會更有優勢。

 

這里講的碳化硅這么多優點，大家可能會想為什么現在的碳化硅只有2%、3%的份額？我們來看下面我們總結的碳化硅產業鏈成功的四個因素：襯底、器件、產品組合、系統。

 

第一，襯底和晶圓。碳化硅晶圓的生長比硅慢一些，碳化硅比較硬，切割稍微困難一點。比較重要的是，目前碳化硅主流的晶圓尺寸還是6寸，而硅已經到了12寸。這是什么概念？如果一片6寸的晶圓能切割成100個裸片，那放到8寸相同的尺寸的裸片就可以有180個，放到12寸那就是405個，而晶圓尺寸從小變大造成的成本增加小于對應的裸片數量的增長，這樣每一個裸片的成本隨著晶圓尺寸的增長而下降。我們預計碳化硅的模塊2022、2023年以后會是慢慢起量的一個時間點。第二， 器件，英飛凌使用了業界領先的基于溝槽的結構，能更好地提升碳化硅產品的性能。

 

而接下來的兩點針對碳化硅和硅都適用，裸片生產出來后，需要合適的后道封裝的配合，才能體現整個產品的最優價值。下面我們把視角從前端（裸片和晶圓）移到后端（封裝），看看封裝發展的趨勢。

 

這里列了一下英飛凌目前提供的一些比較主流的封裝，包括分立器件封裝， 三相模塊封裝， 雙面水冷封裝，Easy 半橋模塊封裝。為什么有這么多的封裝？這是由不同的使用場景來決定的。 以主逆變器應用為例子：我們看到分立器件是業界比較成熟的，用在功率比較小的應用，A00、A0級的電動車用得比較多。 我們看到之前補貼退坡造成A00在市場的占比有所下降，市場轉向了需要更高功率的A級以上的車。當功率上去以后，如果用分立器件，就需要更多的并聯，并聯多，問題就出來了，怎么保證每一個并聯器件的一致性是一個關鍵問題。所以大功率的車會更適合三相模塊的應用。雙面水冷的模塊，也是以后業界的一個趨勢，雙面水冷具備更好的散熱性，能提高功率密度，比較適合在空間要求比較小，比如混合動力汽車的應用。英飛凌還有Easy封裝的半橋模塊，給用戶提供更靈活的解決方案。

 

不同的使用場景需要多樣化的封裝方式，那未來發展的趨勢是什么樣的呢？我們來看看下一頁的例子。英飛凌在2019年做了一件很重要的事， 那就是我們成功把HybridPACKTM Drive系列的產品推向了市場。我借用這個例子給大家講一講以后封裝的趨勢： 那就是產品組合易延展、熱性能提升、減少寄生電感、以及更高的集成度。

 

首先產品組合的易延展性是很重要的。這樣可以幫助開發者更快速簡單的設計配套的系統方案，而無需改變系統的設計就能實現不同的系統功率的需求，比如散熱器或者水冷系統。我們推向市場的四個HybridPACKTM Drive系列的產品， 里面的晶圓都是一樣的，而如果把模塊拆開來看，就可以看出，在封裝上我們使用不同的外殼連接器, 陶瓷板和底基板組合來實現不同的性能需求。