来自 国际 2020-12-16 16:25 的文章

卡住比亚迪产能脖子的,为什么会是这样一颗小

关注「黑洞科技观察」

传递科技背后的思考

汉作为比亚迪冲击高端的首款产品,从发布以来就受到众多关注。

卡住比亚迪产能脖子的,为什么会是这样一颗小

然而从7月上市以来,汉一直处在比较尴尬的产能困境,由于产量不足订单交付周期很长。

影响产能的因素很多,从刀片电池的供应,到比亚迪对汉的销售预期。然而有一个原因很特别,这个原因只影响汉EV四驱高性能版的产能。这就是汉的后驱电机控制器所必须的SiC芯片。

今天我们就来说说这颗特别的芯片,这颗芯片的全称是SiC MOSFET。

SiC是碳化硅的简称,是第三代半导体材料。MOSFET是金氧半导体场效应晶体管的简称。MOSFET本质上就是一个电子开关。SiC MOSFET就是以碳化硅为基底制成的MOSFET,在新能源领域一般就简称SiC。

卡住比亚迪产能脖子的,为什么会是这样一颗小

英飞凌SiC MOSFET图片

这个SiC有多重要呢?它是汉后驱电机控制器里面必不可少的开关功率器件。没有它控制器就不能将电池的直流电逆变成三相交流电,电机也就无法工作。汉的后驱电机控制器使用的是由6颗SiC组成的控制模块,如下图:

卡住比亚迪产能脖子的,为什么会是这样一颗小

比亚迪汉碳化硅MOSFET控制模块

有读者可能会问,你为啥说后驱电机控制器必须要用这个SiC,前驱电机控制器难道不需要么?

对,汉的前驱电机控制器没有用SiC,它用的开关功率器件叫做IGBT,就是俗称电动汽车CPU的那个IGBT。IGBT是以硅(Si)为基底制成的,属于第一代半导体材料。所以前驱版本的汉产能不受SiC影响。

SiC的优势

业界第一个采用SiC的是特斯拉,Model 3的前后电机控制器都使用SiC。比亚迪是第二个采用SiC的厂家,汉后驱电机控制器采用SiC。其他品牌包括保时捷的电动汽车,采用的都是IGBT。

SiC作为第三代半导体,显然是有自己的优势,要不然特斯拉和比亚迪也不会使用。我国更是在十四五期间推出政策大力扶植第三代半导体产业化。

SiC相比IGBT优势很明显:SiC的开关损耗更低,所以更省电;SiC的开关速度更快,所以频率更高;SiC器件的体积更小,适合做电驱电控一体化。


卡住比亚迪产能脖子的,为什么会是这样一颗小

采用SiC电控单元体积大幅减小

这些优点放到电动汽车上就是,更省电、速度更快,更省空间!

而且SiC代表着功率半导体的未来。

这样看起来SiC香不香?真香!

那为啥其他厂家都不用?

呃,这是个严肃的问题!

原因就是,SiC除了有优点,它也有缺点啊!

SiC的缺点

首先,SiC成本高,价格贵!

新东西成本高是一定的。特斯拉能用SiC,主要是因为有销量做背书。特斯拉采用的SiC和比亚迪有些区别,Model 3的一个电机控制器需要24颗SiC,也就是说它的4颗SiC并连,作用和汉的一颗SiC一样。意法半导体和英飞凌是特斯拉SiC的主要供应商。

卡住比亚迪产能脖子的,为什么会是这样一颗小

特斯拉Model 3 SiC MOSFET器件

按照Model 3年销量30万辆(假设一半为双电机)算,一共需要采购1080万颗芯片,这个采购量足以让特斯拉和供应商谈判。

全球除了特斯拉,还有哪家车企有这个销量?其他车企估计英飞凌连谈价的意愿都没有。

而比亚迪为啥能用,因为比亚迪自己产SiC呀,不需要去谈判。而且比亚迪半导体巴不得自己的产品被使用。不能商用就没法量产,没法量产就没有技术进步的可能,怎么去追赶国际巨头。所以某种程度上来说汉也是一个试验品,SiC和刀片电池都是首次量产。

其次,SiC的生产工艺不稳定,产能低。

SiC基板的开发全流程,包括设备/工艺/处理/切割等都需要新的生产工艺和生产设备,这是所有厂家的最大瓶颈。

碳化硅相比硅而言,生长慢, 产量低;生长周期长过程不好控制所以良率也低;晶圆材料品质参差不齐,这些都制约着SiC的整体产能。国外的产业形成时间更早,上下游更完善,所以比国内情况还好一些。

但是总体而言,SiC也还是刚刚起步,所以不可能马上大量应用。

最后,SiC器件的可靠性数据不足

生产工艺的不成熟,决定了SiC的可靠性要比IGBT的成熟度差很多。所以大多数车企也不敢贸然使用,否则出了问题连分析的能力都没有,怎么办?

电子器件可靠性是一个累计的过程,不可能一蹴而就。从这个角度看,特斯拉和比亚迪也算是新能源领域的英雄。

随着应用案例的增加,SiC器件也必然更加成熟,过几年可能国内高端一点的车型就会开始广泛使用了。据说蔚来的第四代电机将采用SiC。

比亚迪现在的困难

关于汉四驱高性能版本的产能问题,大家清楚一些了吧。

SiC不是唯一原因,但也是一个重要原因。

比亚迪面对的困难主要是:

1、和特斯拉有相对成熟的供应商相比,比亚迪选择了支持自己的半导体事业,所以也注定要走更多的弯路。罗马不是一天建成的,芯片也不是一天能造好的。该走的路,该趟的雷,都得去经历。所以想让比亚迪一下把SiC的产能提上来,也不现实。

2、和特斯拉相比,比亚迪采用的单个SiC MOSFET更大,可以理解为一个抵四个。所以单个SiC要承受的电流更大,而且面积更大。没有一个方案是完美的,这个方案有优势,但是也有缺点。缺点就是良率更难控制。

这也可以形象地描述为,比亚迪一方面摸着石头,一方面试图弯道超车过河。

这难度可想而知,所以比亚迪SiC的产能怎么能高呢?

作为比亚迪第一款高端车型,汉承载得东西很多。

刀片电池、SiC、品牌......

希望汉能够挺过来,用销量和质量来证明自己是真正的高端!