从Tesla特斯拉Model 3拆解来了解碳化硅SiC器件的未来需求
发表时间：2021-08-18 09:50:08 作者： 来源： 点击：
引言：前段时间，Tesla Model3的拆解分析在行业内确实很火，现在我们结合最新的市场进展，针对其中使用的碳化硅SiC器件，来了解一下SiC器件的未来需求。
目前Tesla的SiC MOSFET只用在主驱逆变器电力模块上，共24颗，拆开封装每颗有2个SiC裸晶(Die)所以共48颗SiC MOSFET。除此之外，其他包括OBC、一辆车附2个一般充电器、快充电桩等，都可以放上SiC，只是SiC久缺而未快速导入。
不过，市场估算，循续渐进采用SiC后，平均2辆Tesla的纯电动车就需要一片6吋SiC晶圆。当然，这算法未得到Tesla官方证实。
业者分析，单从Tesla可创造的需求来看，2020年如果不是COVID-19(新冠肺炎)带来销售及生产等多重变量，Tesla第1季宣称6月底美国工厂Model 3及Model Y的年产能将达50万辆，上海厂(Gigafactory 3)计划年底产能50万辆，使其总产能规模近100万辆，也就是说，Tesla一年平均约要50万片6吋SiC。
而目前全球SiC硅晶圆总年产能约在40万~60万片，其实光应付Tesla需求就显得吃紧。更何况其他车厂也积极跨足电动车，而且不单只有电动车对SiC有需要，包括5G基建，大电流、大电压等其他领域电力领域对SiC都有需求。
可见，目前SiC器件的产能严重之后于产业的发展。
Model3拆解后可以看到，其SiC器件使用的型号是：ST GK026 (24颗)，由于这颗料在网上没有详细参数，我们来通过下面专家专业的分析来了解这颗料。
PCB只有一块，集成了控制、驱动等全部硬件，PCB通过焊接与下面的SiC MOSFET相连，除PCB外的壳体上安装了膜电容、SiC MOSFET、DC滤波模块、交直流母排、低压接插件等。可以说结构一目了然，相比Model S/X的要简单许多。
SiC MOSFET及铜排
采用ST的GK026，这是裸片型号，封装是特斯拉定制的，其他公司买不到。每半桥四个并联，排列方式如下图，单个器件的清晰图片前面有。可以看到采用了大量激光焊接的工艺将SiC MOSFET、输入母排和输出三相铜排连接起来。
SiC MOSFET、PCB和集成铜排的连接比较复杂，是个三明治结构，SiC MOSFET在最下，通过一个白色塑料组件固定在散热板上，输入母排和输出三相铜排在中间，将MOSFET的D、S级以及正负极连接起来，PCB在最上，MOSFET的GS伸出较长焊接在PCB上。中间的白色塑料组件既起到固定作用，同时也是装配必不可少的夹具。
构成Model3全系列的电机电控有三个版本，分别是147kW、188kW、211kW，分析逆变器参数的铺垫。345VDC，211kW，永磁同步电机（功率因数稍高）。可以估算出逆变器峰值相电流为715Arms左右，4个SiC MOSFET并联，平均每个电流178Arms。如果仍采用前代的IGBT，则需要9~10个，从目前掌握的信息来看，还是用IGBT成本更低，不过以Tesla目前的体量和议价能力，有可能综合考虑了各方面因素，决定用SiC MOSFET的。如下图，供应商是ST，官网上查不到这个型号，只有裸片，封装是专门为Tesla定制的。
从以上的众多信息我们基本可以了解到，Model3中使用的SiC MOSFET器件应该是650V/100A的产品，根据我们目前掌握的一些资料，这种碳化硅器件按照目前的生产工艺，大概的单芯片尺寸是5.8mm*5.8mm，一个6"的碳化硅晶圆，目前大概可以生产出300个良品的裸晶。
前面的介绍中我们提到：目前Tesla的SiC MOSFET只用在主驱逆变器电力模块上，共24颗，拆开封装每颗有2个SiC裸晶(Die)所以共48颗SiC MOSFET。除此之外，其他包括OBC、一辆车附2个一般充电器、快充电桩等，都可以放上SiC（将来还会有电动汽车无线充电）。如果一台电动车的关键部位全部使用SiC器件，每台这样规格电动车SiC器件使用到到150颗是完全有可能的，那么一片6”晶圆是只能满足2台车的使用。
而我们目前所谈到的电动车的应用只占到碳化硅器件市场的30%左右，目前阶段碳化硅(SiC)器件市场估计将以30%以上的复合年增长率(CAGR)上升，预计会从2019年的5亿美元上升到2025年的25亿多美元。
这么强劲的市场增长势头势必会带动第三代半导体产业的迅猛发展，国产器件厂商也不甘落后，目前纷纷投资SiC产业，相信会有很大的发展。