碳化硅技術(shù)推動向全電動未來的轉(zhuǎn)變

Wolfspeed，前身為 Cree，以一項重大的設(shè)計勝利開始了其品牌重塑：與通用汽車達(dá)成供應(yīng)鏈協(xié)議，為汽車制造商的電動汽車開發(fā)和生產(chǎn)碳化硅 (SiC) 半導(dǎo)體。8 月，Wolfspeed 以 8 億美元的價格擴(kuò)大了與 STMicroelectronics 的多年協(xié)議，以供應(yīng) 150 毫米裸片和外延 SiC 晶圓。

這兩筆交易都凸顯了 SiC 技術(shù)在汽車行業(yè)向全電動未來過渡中的關(guān)鍵作用。據(jù) Yole Development 電源與無線部門主管 Claire Trodec 稱，基于 SiC 的功率半導(dǎo)體可以為汽車制造商節(jié)省高達(dá) 750 美元的每輛 EV 電池成本。

早些時候出售其 LED 業(yè)務(wù)的 Cree 在采用其 Wolfspeed 部門的名稱后，現(xiàn)在押注于 SiC 功率半導(dǎo)體?！斑@就是我們，”公司首席執(zhí)行官 Gregg Lowe 表示，他斷言 SiC 技術(shù)將推動下一代功率半導(dǎo)體的發(fā)展。

從 2022 年初開始，位于北卡羅來納州達(dá)勒姆的 Wolfspeed 將在其位于紐約州馬西的 200 毫米晶圓廠生產(chǎn) SiC 功率半導(dǎo)體。莫霍克谷晶圓廠將成為世界上最大的 SiC 生產(chǎn)線，投資 10 億美元。

盡管全球芯片短缺成為頭條新聞，但 Wolfspeed 多年來一直在提高 SiC 產(chǎn)能。

意法半導(dǎo)體還預(yù)計 IC 供應(yīng)鏈會中斷。在芯片短缺之前，它簽署了長期的碳化硅晶圓協(xié)議，以幫助填補(bǔ)供需缺口。除了與 Wolfspeed 簽訂 SiC 晶圓供應(yīng)協(xié)議外，這家法國-意大利芯片制造商還與位于德國紐倫堡的 ROHM 公司晶圓制造商 SiCrystal 簽署了類似的協(xié)議。2019 年，意法半導(dǎo)體收購了瑞典 SiC 晶圓制造商 Norstel，以啟動 200 毫米晶圓的研發(fā)。

同時，其他 SiC 廠商也一直在尋求晶圓供應(yīng)協(xié)議，以預(yù)期電動汽車設(shè)計中對 SiC 器件的未來需求。例如，在 2017 年試圖收購 Cree 的 Wolfspeed 業(yè)務(wù)失敗后，英飛凌與 Cree 簽署了一項提供 SiC 晶圓的多年協(xié)議。這家德國芯片制造商還與日本晶圓制造商 Showa Denko KK 接洽，以獲得其 SiC 材料和外延技術(shù)。

當(dāng)時，英飛凌預(yù)計 SiC 半導(dǎo)體在未來五年內(nèi)的年增長率將高達(dá) 40%。事實(shí)上，正是 SiC 半導(dǎo)體在 400 V 至 800 V 及更高電壓范圍內(nèi)的電力推進(jìn)系統(tǒng)中的廣泛采用推動了主要的 SiC 廠商。

回想起來，這是因禍得福。

供應(yīng)商幾乎不知道即將面臨更大的產(chǎn)能緊縮。這個故事所講的道德？正如英特爾前 CEO Andrew Grove 所說，“只有偏執(zhí)狂才能生存。”

Tesla Model 3 逆變器由 24 個功率模塊組成，每個模塊都包含兩個 SiC MOSFET。

以意法半導(dǎo)體與特斯拉的供應(yīng)關(guān)系為例，特斯拉是 2018 年推出的Model 3中率先推出 SiC 組件的電動汽車制造商。據(jù)業(yè)內(nèi)報道，意法半導(dǎo)體是用于作為 Model 3 牽引電機(jī)的功率模塊的 SiC 半導(dǎo)體的供應(yīng)商。System Plus Consulting 的拆解報告顯示，功率模塊包含 ST 的 SiC MOSFET。

快進(jìn)到 2021 年，由于芯片短缺嚴(yán)重擾亂了汽車制造商的供應(yīng)鏈，與特斯拉的 SiC 供應(yīng)協(xié)議似乎很穩(wěn)定。

歸根結(jié)底，EV 電源設(shè)計和 SiC 半導(dǎo)體可以很好地協(xié)同工作。除了牽引逆變器，SiC 組件還被用于車載充電器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。例如，意法半導(dǎo)體與雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟和中國電動汽車制造商比亞迪合作，為車載充電器提供碳化硅組件。