芯片之心,电能之跃:碳化硅如何重塑电动汽车的明天
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2025-12-19 23:48:42
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在电动汽车追求续航突破的浪潮下,一场深刻的变革正在静默发生。数据显示,目前已有21家主流OEM推出了搭载SiC逆变器的量产乘用车,其渗透率正快速攀升至15%以上。更令人瞩目的是,作为行业新势力的小米汽车,其SiC车型的销量已占据了整个SiC车型市场的四分之一,上演了一场“后来者居上”。这不仅是市场份额的重新划分,更是宣告:SiC的时代,已从先锋尝鲜步入主流竞技的新阶段。

效率之核:为何是SiC?

传统电动汽车的“心脏”——电驱系统,长期由基于硅(Si)的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)主宰。然而,硅材料在物理特性上已接近其理论极限。SiC的崛起,源于其碾压性的材料优势:其击穿电场强度是硅的10倍,热导率高3倍以上,且能在200°C甚至更高温度下稳定工作。

这些特性转化为系统级的巨大收益:

更低的损耗:在主驱逆变器中,SiC MOSFET的开关损耗比硅基IGBT降低70%-80%。这意味着更少的电能浪费在发热上,直接贡献约5%-10% 的续航里程提升。

更高的频率:SiC支持数十倍于IGBT的开关频率,允许使用更小、更轻的被动元件(电感、电容),使电驱系统功率密度大幅提升,助力车辆空间的优化与轻量化。

高压的天然搭档:随着800V甚至1000V高压平台成为高端车型标配,SiC耐高压的特性成为不可替代的选择。它不仅使峰值充电功率突破400kW成为可能,还显著降低了高压系统中的能量损耗。

市场的选择清晰地反映了这一趋势。根据佐思汽研的报告,2024年中国800-1000V高压架构乘用车销量已达73.9万辆,预计到2030年,其渗透率将超过35%,销量规模为2024年的10倍以上。这庞大的高压车型浪潮,正是SiC需求爆发的核心驱动力。

前沿之弈:技术降本与应用拓疆

当前SiC产业已跨越“从0到1”的突破期,正处在“从1到N”爆发的前夜。核心命题已从“能否好用”转变为“如何用得更便宜、更广泛”。

1. 技术迭代:向成本核心区进军

SiC器件的成本结构中,衬底占据了约50%的比重。因此,降低衬底成本是普及的关键。

晶圆大型化:行业正从主流的6英寸晶圆向8英寸快速迁移。一片8英寸晶圆的可用面积是6英寸的1.83倍,可产出的芯片数量几乎翻倍,能显著降低单位成本。

结构创新:从平面栅到沟槽栅的演进,是另一条降本增效之路。以英飞凌最新的沟槽-超结(TSJ)技术为例,其将SiC MOSFET的导通电阻降低了40%,电流承载能力提升25%,意味着在相同性能下可以使用更小尺寸的芯片。罗姆半导体的第4代双沟槽SiC MOSFET也已应用于舍弗勒量产的高压“逆变砖”,支持高于800V的电压平台。

衬底精密加工的挑战:然而,衬底成本的降低不仅依赖于晶圆尺寸的升级,更取决于从晶锭到衬底这一复杂加工过程的能力。碳化硅材料硬度高、脆性大,其切割、研磨与抛光(“切磨抛”)环节技术壁垒极高,加工过程中的材料损耗、表面损伤和最终平整度(如TTV值)直接决定了衬底的良率、可靠性和有效产出。矽加半导体专注于提供覆盖全工序的精密加工与自动化解决方案,正是为了攻克这一瓶颈,为SiC产业的规模化供应夯实制造基础。

2.应用渗透:从主驱走向全车

SiC的应用正从最初的主驱逆变器(核心降耗),快速向车载能源系统的各个环节渗透,形成“星火燎原”之势:

车载充电机(OBC)与DC-DC转换器:这些部件对效率和高频特性极为敏感,是SiC和另一第三代半导体氮化镓(GaN)的理想战场。已有车型计划采用GaN OBC,将功率密度提升至传统方案的3倍。

超高压平台探索:为追求极致的充电速度,产业链已在谋划下一代方案。例如,比亚迪已推出车规级1500V SiC功率芯片,东风奕派则计划在超1000V平台上采用1700V SiC模块。

未来之镜:畅想“整车SiC”生态

如果SiC器件成本因技术成熟和规模效应持续下探,我们或许将迎来一个“整车SiC”的终极图景。这不只是部件的替换,而是一场从车辆架构到用户体验的系统性变革。

当然,实现这一远景仍需跨越诸多挑战:除了持续的成本控制,还包括车规级极高可靠性的保证、高压系统安全保障、以及适应800V/1000V平台的整车电气架构的全面升级。

SiC在电动汽车上的征程,是一部从“性能加持”到“定义架构”的进化史。从小米汽车的异军突起,到800V平台成为高端标配,再到产业链在8英寸晶圆、沟槽技术以及衬底精密加工设备上的埋头深耕,无不印证着这一趋势的不可逆转。

它不仅仅是提升续航的“省电神器”,更是通向超快充、高集成、长寿命未来电动汽车的钥匙。随着中国在新能源汽车市场和SiC供应链中扮演越来越核心的角色,这场由碳化硅驱动的电能效率革命,不仅将决定下一阶段电动汽车竞争的胜负手,更可能由中国企业来书写关键的篇章。当电能转换的损耗被压缩到极致,电动汽车的潜力,才真正开始显现。

关于矽加半导体

传承森松匠心精神,融合日本尖端技术,矽加半导体专注提供碳化硅衬底剥离、减薄、抛光全制程解决方案。 我们以“精磨每一片晶圆,成就每一颗芯片”为使命,依托产学研协同创新,持续提升超精密晶圆加工设备与工艺,助力先进半导体制造快速发展。

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